李藝穎 王媞

摘 要：為研究碼頭油氣回收工藝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)及難點(diǎn)，以湄洲灣港斗尾港區(qū)外走馬埭作業(yè)區(qū)2-8#泊位工程為例，結(jié)合國(guó)內(nèi)油氣回收技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及項(xiàng)目多泊位多貨種的特點(diǎn)與依托情況，逐一分析碼頭油氣回收系統(tǒng)三個(gè)單元的選型要素，并針對(duì)碼頭項(xiàng)目的特點(diǎn)總結(jié)了碼頭油氣回收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)。

關(guān) 鍵 詞：油氣回收；碼頭；設(shè)計(jì)；多泊位；多貨種

中圖分類號(hào)：U 656.1+32 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1671-0460（2016）04-0805-04

Abstract： In order to research design key points and difficulties of the oil-gas recovery process system for terminals， taking Meizhou bay Douwei port outside Zoumadai area 2-8# berth project as an example， combined with the development status of the oil-gas recovery technology in China， considering the characteristics and the support of multi-berth and multi-cargo terminal， selection elements of the three units in the oil-gas recovery system were analyzed， and the design considerations of oil-gas recovery system based on the characteristics of terminals were summarized.

Key words： Oil-gas recovery； Terminal； Design； Multi-berth； Multi-cargo

油品蒸發(fā)氣含有較大比例的不飽和烴及多種致癌組分，是一種揮發(fā)性有機(jī)污染物（VOCs，Volatile Organic Compounds），是形成臭氧污染和光化學(xué)煙霧的重要因素之一[1]。目前國(guó)內(nèi)液體散貨碼頭運(yùn)營(yíng)的一般現(xiàn)狀是不對(duì)油品蒸發(fā)氣進(jìn)行回收，在裝船作業(yè)過(guò)程中，船艙內(nèi)的油品蒸發(fā)氣通過(guò)船艙通氣管、呼吸閥直接排入大氣。由于碼頭貨運(yùn)量大、裝船效率高，因此油氣揮發(fā)量大，易造成大氣環(huán)境污染、能源損耗浪費(fèi)及形成安全隱患等一系列問(wèn)題[2]。根據(jù)《中華人民共和國(guó)大氣污染防治法》和《國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃的通知》（國(guó)發(fā)[2013]37號(hào)），為促進(jìn)水運(yùn)行業(yè)節(jié)能減排，加快綠色水運(yùn)建設(shè)步伐，交通運(yùn)輸部正大力推行碼頭油氣回收項(xiàng)目，目前已將中化興中原油裝船油氣回收作為全國(guó)原油成品油碼頭油氣回收首批試點(diǎn)項(xiàng)目。

由此可以看出，液體散貨碼頭設(shè)置油氣回收設(shè)施是今后項(xiàng)目發(fā)展的必然趨勢(shì)。但是目前國(guó)內(nèi)碼頭油氣回收技術(shù)投入實(shí)際應(yīng)用的范例較少，且使用效果不甚理想[3]。絕大部分應(yīng)用案例還都是單一泊位回收單一貨種，而碼頭作為貨物儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中重要的中轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)，常常是同一碼頭具有多個(gè)泊位并作業(yè)多個(gè)貨種。因此，多泊位多貨種油氣回收技術(shù)的應(yīng)用在液體散貨碼頭工程中顯得尤為重要。本文以湄洲灣港斗尾港區(qū)外走馬埭作業(yè)區(qū)2-8#泊位油氣回收工程為例，對(duì)碼頭油氣回收設(shè)計(jì)進(jìn)行分析探討。

1 項(xiàng)目背景

湄洲灣港斗尾港區(qū)外走馬埭作業(yè)區(qū)2-8#泊位是中化泉州1200萬(wàn)t/a煉油項(xiàng)目的配套碼頭工程，主要用于煉廠產(chǎn)品的海上出運(yùn)，主要的裝船貨種有汽油、柴油、航煤、LPG、苯、甲苯、二甲苯等。碼頭共7個(gè)3 000 DWT泊位，靠泊船型為1 000～

3 000 DWT成品油船或化工品船。根據(jù)該項(xiàng)目環(huán)評(píng)報(bào)告的要求，需對(duì)裝船貨種中的汽油、苯、甲苯和二甲苯進(jìn)行油氣回收。該項(xiàng)目油氣回收工程于2014年11月設(shè)計(jì)完成，并于2015年7月交工。

2 油氣處理方式選擇

宏觀上來(lái)看，處理船舶裝船過(guò)程中的VOCs主要有兩種方法——燃燒處理法和回收處理法[4]。燃燒處理法操作簡(jiǎn)便、投資少，但是沒(méi)有回收物，不能創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益，并且需額外損耗燃料，而產(chǎn)生的熱能又過(guò)于分散難以利用，耗能大。再考慮到碼頭上沒(méi)有天然氣、丙烷氣等燃料供給，故本項(xiàng)目不考慮燃燒處理法，而選擇油氣回收處理法。

3 碼頭油氣回收系統(tǒng)組成

碼頭油氣回收系統(tǒng)主要由三個(gè)單元組成，分別是船岸對(duì)接安全裝置（DSU，Dock Safety Unit）、引風(fēng)機(jī)模塊（VBS，Vapor Blower Skid）和油氣回收裝置（VRU，Vapor Recovery Unit）。

當(dāng)船舶靠泊完畢后，碼頭通過(guò)氣相回收臂連接油輪上的對(duì)外油氣回收接口，油氣經(jīng)船岸對(duì)接安全裝置（DSU）后匯入碼頭集氣管，再通過(guò)啟動(dòng)引風(fēng)機(jī)模塊（VBS），將油氣輸送至油氣回收裝置（VRU）進(jìn)行回收（圖1）。

4 油氣回收裝置選址

本項(xiàng)目碼頭距陸域約340 m，距后方中化煉廠直線距離約2 km。碼頭泊位數(shù)量多，岸線長(zhǎng)約980 m。若將油氣回收裝置設(shè)置在陸域岸邊，業(yè)主需要征地，且運(yùn)營(yíng)管理不便；若設(shè)置在廠區(qū)，油氣回收裝置距離碼頭太遠(yuǎn)，引風(fēng)難度大?？紤]本項(xiàng)目碼頭為連片式結(jié)構(gòu)，泊位裝卸點(diǎn)之間有足夠的空間可以安放油氣回收裝置，且便于碼頭統(tǒng)一管理。因此，將油氣回收裝置設(shè)置在碼頭2#～8#泊位中間位置，即5#～6#泊位之間（如圖2）。

5 確定油氣回收處理量

本項(xiàng)目碼頭為企業(yè)自有碼頭，不存在多個(gè)業(yè)主利益分割的問(wèn)題。而回收油氣的組分較復(fù)雜，若每個(gè)泊位或每個(gè)貨種單獨(dú)采用一套油氣回收設(shè)施，則需要投入多套設(shè)備，成本較高，且不利于生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的集中管理。對(duì)回收貨種性質(zhì)（見(jiàn)表1）分析后可知，汽油、苯、甲苯及二甲苯性質(zhì)相近，混合氣體不會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。且本項(xiàng)目碼頭依托煉廠油庫(kù)，回收液處理方式多樣。因此，綜合考慮后確定各貨種各泊位共用一套回收裝置。

碼頭共7個(gè)3 000 DWT泊位，單個(gè)泊位最大裝船流量為350 t/h，即480 m3/h。根據(jù)碼頭貨運(yùn)量任務(wù)測(cè)算，碼頭需回收油氣的貨種最多同時(shí)?？?jī)伤? 000 DWT船，即回收油氣貨種最大裝船流量為960 m3/h。而油氣返回流量可近似等于貨種液相裝船流量[5]，即回收貨種最大油氣返回流量為960 m3/h。根據(jù)國(guó)際海洋公約MSC/Circ.585通函《關(guān)于蒸氣排放控制系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)》的設(shè)計(jì)要求，油氣回收系統(tǒng)的處理能力應(yīng)至少達(dá)到1.25倍最大設(shè)計(jì)載荷流量，因此油氣回收裝置設(shè)計(jì)最大油氣處理量為1 200 m3/h。進(jìn)入回收裝置的油氣為汽油、苯、甲苯和二甲苯的單貨種油氣或是幾個(gè)貨種的混合氣。

6 油氣回收工藝選擇

國(guó)內(nèi)油庫(kù)及加油站的油氣回收處理技術(shù)發(fā)展多年，已較為成熟，目前應(yīng)用較多的有吸附法、吸收法和冷凝法等，并常采用幾種方法組合的工藝[1]。選擇碼頭油氣回收方法需考慮多方面因素，如碼頭裝船貨種、碼頭運(yùn)營(yíng)方式、碼頭與后方庫(kù)區(qū)或廠區(qū)的依托關(guān)系等[6]。

國(guó)內(nèi)汽油油氣回收應(yīng)用最多的是活性炭吸附+貧油吸收的方式。如果采用吸收法，須首先解決吸收劑的問(wèn)題。本項(xiàng)目油氣回收裝置設(shè)置在碼頭平臺(tái)上，距廠區(qū)油罐較遠(yuǎn)，碼頭上也無(wú)存儲(chǔ)設(shè)施。根據(jù)裝船作業(yè)的貧油用量，油氣回收裝置旁需設(shè)置一個(gè)幾百方的貧油暫存罐。但是碼頭空間緊湊，無(wú)法布置如此大容量的儲(chǔ)罐。而岸側(cè)陸域又涉及到征地問(wèn)題，也沒(méi)有位置放置貧油罐。因此，吸收法不適用于本碼頭工況。

考慮到本項(xiàng)目芳烴類化工品較多，液化較容易，因此選用冷凝+活性炭吸附的回收工藝。

7 油氣回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)

7.1 船岸對(duì)接安全裝置

每個(gè)泊位設(shè)置1臺(tái)4”氣相裝卸臂，用于連接碼頭與船艙油氣回收口。

與液相管道不同，油氣管道輸送的不是純介質(zhì)，而是油品蒸發(fā)氣與其它氣體（包含氧氣）的混合氣。因此，管道內(nèi)油氣濃度有達(dá)到爆炸極限的可能，且油氣燃燒或爆炸蔓延地極其迅速，因此氣相管道的安全要求應(yīng)高于液相管道[7]。根據(jù)國(guó)際海洋公約MSC/Circ.585通函《關(guān)于蒸氣排放控制系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)》提出的一系列預(yù)防和阻止事故發(fā)生及蔓延的具體要求，每個(gè)泊位均在氣相回收臂后側(cè)配置了一套船岸對(duì)接安全裝置。其可在裝船過(guò)程中監(jiān)測(cè)油氣的壓力、溫度、氧含量及流量等參數(shù)，并對(duì)以上參數(shù)的報(bào)警值做出反應(yīng)，調(diào)整或切斷油氣輸送，防止發(fā)生安全事故，保障油輪和碼頭作業(yè)安全。

船岸對(duì)接安全裝置在安全方面需達(dá)到USCG 33CFR 154 Subpart E、IMO MSC/Circ.1009及IMO MSC/Circ.677的要求。主要設(shè)備包括高精度過(guò)濾器、真空泄放閥、阻爆器等，主要儀表包括流量計(jì)、壓力變送器、溫度變送器及差壓變送器等。

7.2 引風(fēng)機(jī)模塊

油氣回收裝置距離最遠(yuǎn)泊位約400 m，需設(shè)置引風(fēng)機(jī)模塊。引風(fēng)機(jī)模塊主要包括氣液分離器、引風(fēng)機(jī)、阻火器等設(shè)備，以及壓力、溫度等監(jiān)測(cè)儀表。其主要作用是輸送油氣至油氣回收裝置（圖3）。

為保證油氣回收系統(tǒng)平穩(wěn)安全運(yùn)行，引風(fēng)機(jī)模塊需在整個(gè)運(yùn)行期間實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并記錄管道的壓力、真空度、溫度、流量等參數(shù)，并根據(jù)油氣管道壓力，變頻調(diào)節(jié)油氣流量，以通過(guò)主控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)前端船岸對(duì)接安全裝置控制船艙壓力。

7.3 油氣回收裝置

油氣回收裝置具有兩方面核心目的：一方面是分離油品蒸發(fā)氣，達(dá)標(biāo)排放空氣；另一方面是處理收集到的油氣，使其達(dá)到可再儲(chǔ)存或可再利用的形態(tài)[8]。而各種回收工藝中分離和回收的順序又各不相同，有些是先分離再回收，有些是先回收大部分油氣，再進(jìn)行剩余油氣和空氣的分離。本項(xiàng)目油氣回收裝置是采用冷凝法先對(duì)大部分油氣進(jìn)行回收，再用活性炭對(duì)油氣和空氣進(jìn)行分離。

本項(xiàng)目油氣回收裝置設(shè)置三級(jí)冷凝，油氣經(jīng)過(guò)預(yù)冷器、一級(jí)冷凝器冷卻至5 ℃，油氣中的大部分水、苯及部分其他油氣凝結(jié)；其余未凝油氣繼續(xù)經(jīng)過(guò)二級(jí)冷凝器冷卻至-35 ℃，凝結(jié)大部分甲苯、二甲苯和汽油；再剩余的未凝油氣繼續(xù)經(jīng)過(guò)三級(jí)冷凝器冷卻至-75 ℃，主要用于汽油油氣冷凝。所有冷凝下來(lái)的冷凝液流至儲(chǔ)液罐。冷凝器設(shè)置兩臺(tái)互為備用，即保證一臺(tái)進(jìn)行化霜時(shí)另一臺(tái)可正常工作，解決水和苯結(jié)晶的問(wèn)題。

經(jīng)過(guò)冷凝系統(tǒng)后，絕大部分油氣凝結(jié)為液態(tài)，而尚未冷凝的氣體繼續(xù)進(jìn)入吸附系統(tǒng)。冷卻后的未凝氣體再通過(guò)預(yù)冷器的冷端將進(jìn)冷凝機(jī)組的油氣預(yù)冷并進(jìn)行冷量回收，之后進(jìn)入活性炭吸附罐。其中油氣被活性炭吸附，空氣直接達(dá)標(biāo)排放。

當(dāng)吸附罐中的活性炭吸附油氣將近飽和時(shí)，通過(guò)控制閥門(mén)的控制，使活性炭吸附罐按照一臺(tái)吸附一臺(tái)解吸的模式運(yùn)行。解析后的高濃度油氣再次進(jìn)入冷凝器，冷凝產(chǎn)物暫存到儲(chǔ)液罐中。裝置儲(chǔ)液罐內(nèi)回收的油品通過(guò)泵輸送至庫(kù)區(qū)儲(chǔ)罐中（圖3）。

本工程采用的冷凝+活性炭吸附工藝的優(yōu)點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：

（1） 冷凝模塊與活性炭吸附模塊是個(gè)密閉循環(huán)系統(tǒng)，不需要使用吸收劑，減少了油氣回收裝置撬塊的占地面積，解決了碼頭空間受限的問(wèn)題。

（2） 油氣經(jīng)過(guò)冷凝器后消除了油氣中的水蒸汽，排除其對(duì)后續(xù)活性炭床的不利影響。

（3） 油氣經(jīng)過(guò)冷凝器再進(jìn)入活性炭吸附罐中，油氣溫度遠(yuǎn)低于介質(zhì)閃點(diǎn)，并且降低了碳床溫度，使得活性炭吸附更加安全。

8 結(jié)束語(yǔ)

（1） 碼頭裝卸貨種較多，常存在多貨種共用一套回收系統(tǒng)的情況。應(yīng)根據(jù)各貨種性質(zhì)，考慮其相互間影響，選擇合適的油氣回收處理工藝。

（2） 碼頭泊位數(shù)量較多時(shí)，油氣回收裝置的處理量不能用各泊位最大裝船效率來(lái)簡(jiǎn)單的疊加，而應(yīng)結(jié)合總平面布局、泊位功能安排和貨運(yùn)量任務(wù)等因素，預(yù)測(cè)碼頭生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)靠泊情況后確定。

（3） 本項(xiàng)目碼頭為企業(yè)自有碼頭，故可以多貨種共用一套回收系統(tǒng)。在多貨種油氣回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意根據(jù)碼頭性質(zhì)，平衡各方利益需求。

（4） 碼頭空間寶貴，應(yīng)選擇占地面積小的油氣回收工藝。

（5） 安全始終是碼頭設(shè)計(jì)及運(yùn)營(yíng)的第一要素，配置船岸對(duì)接安全裝置是必要的。

（6） 碼頭工藝流程簡(jiǎn)單，主要依托后方庫(kù)區(qū)或廠區(qū)。選擇油氣回收工藝時(shí)，應(yīng)注意各依托條件的落實(shí)情況。

（7） 碼頭（尤其是海港碼頭）的油氣回收處理量往往較大（可達(dá)上千方甚至上萬(wàn)方/小時(shí)），而國(guó)內(nèi)油庫(kù)和加油站油氣回收裝置的常用規(guī)模都在500 m3/h以下[2]，國(guó)產(chǎn)化后的回收裝置大型化的處理效果及技術(shù)水平還有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

（8） 目前我國(guó)尚無(wú)針對(duì)碼頭油氣回收的設(shè)計(jì)規(guī)范，本工程設(shè)計(jì)主要參照的是美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)。而碼頭油氣回收項(xiàng)目市場(chǎng)廣闊，亟待相關(guān)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)文件的出臺(tái)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張煬，李自力，王菲菲，等.原油裝船過(guò)程油氣回收技術(shù)研究現(xiàn)狀[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2014，33（12）：1282-1286.

[2] 潘海濤.油氣回收技術(shù)在港口油品碼頭中的應(yīng)用[A].中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)港口工程分會(huì)技術(shù)交流文集[C].2009：112-116.

[3] 李有森，王婷婷.液體散貨碼頭油氣回收技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀[A].2013中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集（第八卷）[C].2013：6639-6641.

[4] 范志杰，文巖. 油輪裝卸過(guò)程中逸出揮發(fā)性碳?xì)浠衔锏奶幚矸椒ㄔu(píng)述和新技術(shù)展望[J]. 交通環(huán)保，1990，11（3）：14-18.

[5] Howard J Rudd， Nikolas A Hill.Measures to Reduce Emissions of VOCs during Loading and Unloading of Ships in the EU[R].AEA technology environment. August 2001.

[6] 董鋮. 石油化工碼頭油氣回收技術(shù)的應(yīng)用[J]. 港口裝卸，2015，1：51-53.

[7] 王媞，孫紅彥. 碼頭油氣回收工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)[J]. 水運(yùn)工程，2014，2：104-107.

[8] 熊新強(qiáng)，楊智超. 碼頭油氣回收技術(shù)研究[J]. 中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2014（12）：30-31.