總后油料研究所 傅蘇紅 張東生 張衛(wèi)華

1.引言

汽油作為機動車輛的主要燃料，其成分復(fù)雜、易汽化、揮發(fā)性強。在汽油的運輸、儲存和加注過程中，油氣排放到大氣中，帶來污染環(huán)境、影響人類健康和能源浪費等嚴重危害。[1][2]目前，煉油廠、油庫、加油站等場所一般利用油氣回收裝置來降低油氣揮發(fā)，以減少對大氣的污染。常用的油氣回收技術(shù)包括冷凝法、吸附法、吸收法和膜分離法四種方法，其中吸附法對控制油氣的排放濃度比較理想，[3][4]但現(xiàn)有油氣回收吸附裝置的吸附與脫附工藝過于繁瑣，為實現(xiàn)吸附與脫附的轉(zhuǎn)換，通常用到的閥門就達到6個之多，[5]控制十分不便。

為此，本文設(shè)計了一種吸附法油氣回收設(shè)備實現(xiàn)吸附與脫附工藝轉(zhuǎn)換的切換裝置，該切換裝置可以實現(xiàn)吸附與脫附工藝的同步轉(zhuǎn)換，并且結(jié)構(gòu)簡單便于控制，從而減少了油氣回收系統(tǒng)中閥門的數(shù)量，同時解決了閥門誤操作造成的管路“憋氣”問題。

2.結(jié)構(gòu)及工作原理

2.1 吸附法油氣回收裝置結(jié)構(gòu)及工作原理

圖1 傳統(tǒng)吸附法油氣回收裝置

圖2 增加切換裝置后的油氣回收裝置

吸附法的油氣回收裝置，如圖1所示，通常包括多個吸附罐（以兩個為例）、轉(zhuǎn)換閥門和真空泵。其工作原理為：開啟閥門3、9，關(guān)閉閥門5、8，使吸附罐2處于吸附、吸附罐4處于待機狀態(tài)，即吸附罐2與油氣入口和空氣出口聯(lián)通。當吸附罐2飽和后，關(guān)閉閥門3、9，同時開啟閥門5、8和7，啟動真空泵，使吸附罐2處于脫附、吸附罐4處于吸附狀態(tài)。當吸附罐4飽和后，轉(zhuǎn)換閥門，使吸附罐2處于吸附、吸附罐4處于脫附狀態(tài)。如此交替循環(huán)，油氣回收裝置進行連續(xù)回收工作。

如圖1所示，在傳統(tǒng)的吸附與脫附的切換中需要使用6個閥門，吸附法工藝運行的一個特點是有兩路氣路通過閥門的動作切換運行，即通過如圖1所示的6個閥門切換（分兩組）實現(xiàn)兩個吸附罐的吸附與脫附的切換，這樣當閥門動作不一致或出現(xiàn)故障時，影響工藝運行，甚至出現(xiàn)各個支路皆關(guān)而“憋氣”的現(xiàn)象。

為此，本文簡化管路工藝，放棄單閥門操作，采用切換裝置同步啟閉的方式，通過3個三通切換閥來實現(xiàn)兩個吸附罐2、4之間吸附與脫附的切換。如圖2所示，三通切換閥分別設(shè)置在兩個并聯(lián)的吸附罐與油氣入口之間、兩并聯(lián)的吸附罐與油氣出口之間以及兩并聯(lián)的吸附罐與排氣口之間，而控制器可同步控制上述三通切換閥。這樣不僅減少了閥門數(shù)量，同時也減少了運行故障的幾率。另外由于三通切換閥的特點，總能保證一個支路處于聯(lián)通狀態(tài)，從而避免了出現(xiàn)“憋氣”的現(xiàn)象。

2.2 切換裝置結(jié)構(gòu)及工作原理

圖3 切換裝置結(jié)構(gòu)示意圖

切換裝置如圖3所示，包括3個三通切換閥以及連接并控制三通切換閥的控制器。如圖4所示，三通切換閥包括閥座、設(shè)置在閥座內(nèi)的閥芯、連接閥芯的閥桿以及閥蓋。三通切換閥是連接相互正交的兩條管道，而不同時保持第三條管道的相互連通，依靠控制器通過閥桿控制閥芯旋轉(zhuǎn)來改變氣流通道而使氣體流動方向發(fā)生變化，從而達到改變氣體運動方向（即氣流方向切換）目的。3個三通切換閥采用同步控制，實現(xiàn)同步控制有兩種方案，方案一為：每1個切換閥分別設(shè)置1個控制器，將3個控制器串聯(lián)控制；方案二為：采用1個控制器分別連接3個三通切換閥，用1個控制器來同時帶動3個三通切換閥的閥芯同時轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)吸附/脫附工藝的切換。從經(jīng)濟性考慮，本文采用第二種方案。

以圖2所示的油氣回收裝置，詳細說明吸附和脫附功能的具體實施方式：首先，將三通切換閥6、3的左端接通，并關(guān)閉三通切換閥6、3的右端，將三通切換閥5的右端接通，且關(guān)閉其左端，此時，油氣從進氣管經(jīng)三通切換閥6進入吸附罐4，使油氣被吸附在吸附劑中，而干凈的空氣則沿管道從三通切換閥3的左端和上端進入排氣口管排入大氣。同時，吸附罐2處于脫附狀態(tài)，在干式真空泵1的抽吸作用下，吸附罐2中填充的吸附劑把吸滿的油氣釋放出來，油氣順著管道經(jīng)三通切換閥5的右端和上端經(jīng)干式真空泵1進入下一工藝流程。反之，當三通切換閥6和三通切換閥3的右端接通，關(guān)閉它們的左端，三通切換閥5左端接通，并關(guān)閉其右端，則吸附罐2開始吸附，而吸附罐4開始脫附，實現(xiàn)了吸附與脫附的交替切換。

圖4 三通切換閥結(jié)構(gòu)示意圖

3.推廣應(yīng)用及結(jié)論

截至目前，本文研制的油氣回收裝置用切換裝置，已經(jīng)成功應(yīng)用在24套油庫冷凝吸附油氣回收裝置（處理能力包括100m3/h、200m3/h、500m3/h等規(guī)格）和147套加油站冷凝吸附法油氣回收裝置（處理能力均為5m3/h）上，在油庫和加油站實際應(yīng)用平均時間約3年，該切換裝置運轉(zhuǎn)正常。當吸附劑達到預(yù)定飽和時間后，自動關(guān)閉處于吸附狀態(tài)的罐體閥門，同時打開處于脫附狀態(tài)的罐體閥門，從而實現(xiàn)吸附罐自動吸附和脫附的功能，實際應(yīng)用效果良好。

該油氣回收裝置用切換裝置，采用3個三通切換閥及同步控制的技術(shù)方案相比使用6個兩通閥門，具有以下優(yōu)點：

（1）減少了閥門及控制器數(shù)量，同時簡化了管路工藝，可以大大節(jié)省制造成本，減少了回收裝置發(fā)生運行故障的概率。

（2）利用1個控制器實現(xiàn)3個三通切換閥動作的完全同步，相比采用每個控制器單獨控制閥芯動作的方式相比，由于管路三通的特點，不會出現(xiàn)管路“憋氣”的現(xiàn)象，更能提高工藝穩(wěn)定性。

（3）不僅能夠自動實現(xiàn)吸附罐的吸附和脫附狀態(tài)的自動開啟和關(guān)閉，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)吸附罐吸附和脫附狀態(tài)的同步轉(zhuǎn)換功能。

[1]趙世鍵.油氣回收的必要性和技術(shù)方案的探討[J].石油商技,2000,18(6):26-29.

[2]彭國慶.淺談石油儲運工作中的環(huán)保問題及對策[J].石油化工環(huán)境保護,1998(l):51-56.

[3]黃偉秋,鐘泰.油氣回收技術(shù)分析與比較[J].化學(xué)工程,2005,33(5):53-56.

[4]陳家慶,王建宏,曹建樹,等.加油站VOCs污染及其治理技術(shù)[J].環(huán)境工程學(xué)報,2007,1(3):84-91.

[5]焦婷婷,王同華,柴春玲.吸附法回收油氣的研究[J].現(xiàn)代化工,2009,29(1):268-270.