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        港口碼頭油氣回收技術(shù)的發(fā)展

        2017-08-23 11:17:53張君名
        水上消防 2017年2期
        關(guān)鍵詞:鼓風(fēng)機(jī)混合氣吸收塔

        ■ 張君名

        港口碼頭油氣回收技術(shù)的發(fā)展

        ■ 張君名

        0 引 言

        油氣回收是指按照規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)對石油在加工、儲運(yùn)、銷售及使用過程中所揮發(fā)的烴類氣體進(jìn)行收集、處理,消除油氣的大量散發(fā)以避免安全事故、大氣污染和油品損失。油庫作為油品作業(yè)的主要場所,開展油庫油氣回收技術(shù)應(yīng)用的研究具有實際意義。自20世紀(jì)70年代起,發(fā)達(dá)工業(yè)國家開始研究油氣回收技術(shù)并設(shè)計出油氣回收裝置,中國在80年代左右也開始對吸收法油氣回收技術(shù)進(jìn)行研究,并根據(jù)國內(nèi)當(dāng)時技術(shù)設(shè)備的情況,開發(fā)出以輕柴油、低溫汽油作吸收劑的吸收法油氣回收裝置。隨著近年來環(huán)保意識的不斷提高,我國政府不斷加大環(huán)保工作力度,到目前為止,北京和上海的部分油庫都安裝了油氣回收裝置。

        1 油氣回收的必要性

        1.1 油氣回收的環(huán)境效益

        隨著全球氣候變暖、能源緊張,氣候變化和生態(tài)安全已成為國際社會普遍關(guān)注的全球性問題。我國政府提出了到 2020 年單位國內(nèi)生產(chǎn)總值 CO2排放比2005年下降 40%~45%的目標(biāo)。黨的十六屆六中全會提出建設(shè)“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”社會 的要求,黨的十八大提出將生態(tài)文明納入“五位一體”的總要求中,將“綠色發(fā)展”提到了前所未有的高度。

        我國為能源消耗大國,每年需大量進(jìn)口石油類產(chǎn)品。僅 2011 年,進(jìn)口原油就達(dá) 2.5 億t。油氣中不僅含有大量的烴組份,同時也含有可吸入顆粒物 PM10 和 PM2.5,大量的油氣排放到空氣中,除造成環(huán)境污染外,還會增加霧霾天氣出現(xiàn)的概率。油氣被紫外線照射后釋放毒氣等級升高,受污染的空氣和水被人接觸后會嚴(yán)重危害人體健康。有研究表明,長期從事加油等揮發(fā)性作業(yè)人群的異常發(fā)病率高于普通人群。此外,油氣為易燃物,混合氧氣存在于空氣中時,容易達(dá)到含氧量 8%的臨界值而發(fā)生爆炸危險。

        1.2 油氣回收的經(jīng)濟(jì)效益

        以大連港東港區(qū)油品碼頭及配套設(shè)施遷建工程油氣回收工程為例,該工程年汽油裝船量為200 萬t,汽油揮發(fā)量按0.08%計,油氣回收處理率95%,該項目投產(chǎn)后汽油年回收量為1 520 t,每年節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤2 234 t,減少二氧化碳排放為5 854 t。根據(jù)碼頭年汽油裝船量、汽油揮發(fā)量和回收處理率計算,本項目投產(chǎn)后年汽油年回收量1 520 t,經(jīng)調(diào)和后即可作為汽油使用。油氣回收產(chǎn)生的大量汽油,具有較高經(jīng)濟(jì)價值,可作為碼頭收入提高碼頭運(yùn)營效益。

        2 油氣回收技術(shù)方法

        油氣回收處理工藝主要包括循環(huán)回路法、吸附法、吸收法、冷凝法和膜法油氣回收工藝等。

        1.1 循環(huán)回路法

        該處理工藝是在收、發(fā)油容器的頂部連接一條氣體管道,使其與工藝管道共同組成密閉的回路。油品從發(fā)油容器沿管道泵送到收油容器,同時將收油容器中的氣體置換回發(fā)油容器。

        1.2 吸附法

        吸附法是使含烴混合氣在常溫常壓下流經(jīng)吸附床,與吸附劑接觸,從而使混合氣中的烴類蒸氣吸附于吸附劑中,排出混合氣中的空氣。當(dāng)吸附劑中的烴含量達(dá)到或接近飽和時,對其解吸、再生,回收油品,吸附劑重新使用。

        1.3 吸收法

        吸收法包括常壓常溫吸收法與常壓低溫吸收法。常壓常溫吸收法是在常壓常溫下,利用餾出輕組分的汽油(或廢油)、煤油系溶劑、輕柴油、特制有機(jī)溶劑等易吸收油氣的吸收液,在吸收塔內(nèi)與混合氣噴淋接觸以溶解吸收其中的油氣。常壓低溫吸收法是使用冷凍機(jī)將吸收液冷卻到低溫,然后送到吸收塔對混合氣進(jìn)行噴淋,利用物理降溫方法回收油氣 。

        1.4 冷凝法

        冷凝法是采用多級連續(xù)冷卻方法降低揮發(fā)油氣的溫度,使油氣中的輕油成分凝聚為液體而排出潔凈空氣的一種回收方法。冷凝法回收裝置的冷凝溫度一般按預(yù)冷、機(jī)械制冷、液氮制冷等步驟來實現(xiàn)。

        1.5 膜法

        將收集的油氣貯存在氣柜中,針對不同油品的分子大小選擇好適合孔徑的膜,油蒸氣與空氣混合氣的薄膜分離,主要是利用了油氣和空氣分子透過高分子膜片時的傳遞速率的差異(油氣比空氣優(yōu)先透過),實現(xiàn)兩者的分離。濾出的空氣被直接排入大氣中,濃縮的油氣被送入吸收塔進(jìn)行反復(fù)噴淋吸收,未吸凈的油氣被送回膜重復(fù)處理。

        3 油氣回收技術(shù)發(fā)展

        隨著全球環(huán)保意識的增強(qiáng),各國對油氣回收裝置尾氣排放要求也越來越嚴(yán),單一的一種油氣回收技術(shù)和工藝,逐漸顯露出其缺點(diǎn)。例如,對于尾氣中非甲烷總烴允許排放標(biāo)準(zhǔn),瑞士最初執(zhí)行的是 35 g/Nm3,當(dāng)初安裝了許多套活性炭再生吸附法油氣回收裝置;但2002年后瑞士執(zhí)行更加嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)150 mg/Nm3,單一的活性炭再生吸附法不再能夠滿足要求,目前大多數(shù)處理工藝采用“吸附+吸收”,即“活性炭吸附+貧油吸收”的處理工藝(見圖1)。

        圖 1 “吸附+吸收”處理工藝

        油氣首先進(jìn)入回收裝置中已裝滿活性炭吸附塔中的一個,空氣—油氣混合氣體中的碳?xì)浠衔锉晃交钚蕴苛W颖砻?,并在大氣作用下停留??諝狻蜌饣旌蠚怏w中的空氣成分不受活性炭的影響,通過活性炭后排入大氣,中間不再摻雜碳?xì)浠衔铩?/p>

        當(dāng)空氣—油氣混合氣體通過活性炭吸收表面后,碳?xì)浠衔锉晃降交钚蕴勘砻妫⑼A粼诨钚蕴勘砻娉霈F(xiàn)更大的反向力,這種吸引的現(xiàn)象叫做“吸附”。 在吸附過程中,油氣吸附在活性炭的表面。一旦活性炭接近其吸附極限,炭床必須再生,以繼續(xù)作為吸附劑發(fā)揮作用。通過暴露在高真空(負(fù)壓)下的方式使活性炭再生。高真空能產(chǎn)生足夠大的解吸能量破壞烴分子和活性炭顆粒間的分子力,使碳?xì)?化合物從活性炭顆粒中釋放出來,并通過活性炭顆粒間真空作用從炭床底部流出。這種再生現(xiàn)象叫做“解吸”。從活性炭中解吸出來的油氣被送入吸收塔,在吸收塔中,濃縮碳?xì)浠衔锊粩嘞蛏线\(yùn)動,穿過填料層。同時成品汽油從塔頂流下,向下流過填料,填料為向下流動成品汽油和向上運(yùn)動的油氣提供了足夠大的接觸表面積。接觸過程使?jié)饪s的氣相碳?xì)浠衔锊粩嘣谝后w油品中溶解,這種現(xiàn)象叫做“吸收”。

        上述,油氣在回收裝置中的吸附、解吸和吸收過程被稱作“吸附+吸收”處理工藝。

        4 油氣回收安全隱患及處置

        4.1 平面位置

        船岸對接模塊和油氣回收裝置與已建相鄰構(gòu)筑物、道路、消防車回車場等安全距離應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)范要求。

        4.2 操作過程

        油氣回收設(shè)施用于汽油裝船過程產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)物 VOCs 進(jìn)行回收處理,其回收介質(zhì)為氣態(tài)汽油、處理后產(chǎn)品為液態(tài)汽油,操作過程如有不慎將會引起安全事故。

        船岸對接模塊(DSU)是船舶油氣返回接口與油氣回收裝置連接單元之一,保證船舶產(chǎn)生的油氣安全輸送至油氣回收裝置。

        首先船艙內(nèi)產(chǎn)生的油氣等通過軟管進(jìn)入船岸對接模塊,汽油通過船岸對接模塊中高精度過濾器時,可以將油氣中夾帶的 10 μm 以上的顆粒去除,從而可以降低油氣中顆粒物對后續(xù)鼓風(fēng)機(jī)模塊產(chǎn)生良影響,之后油氣經(jīng)阻爆器后進(jìn)入鼓風(fēng)機(jī)模塊,在鼓風(fēng)機(jī)模塊中的引風(fēng)機(jī)抽送至油氣回收裝置進(jìn)行處理,阻爆器主要起阻隔火焰的作用,一旦船岸對接模塊(DSU)或鼓風(fēng)機(jī)模塊(VBU)發(fā)生火災(zāi)事故,該阻爆器可以保障鼓風(fēng)機(jī)模塊(VBU)和船岸對接模塊(DSU)安全。

        同時,在緊急切斷閥前安裝壓力變送器和氧含量分析儀,隨時監(jiān)測船舶和碼頭油氣壓力變化和油氣中的氧含量的變化,氧含量控制在 8%以內(nèi)。在事故狀態(tài)下確??焖偾袛?,與后續(xù)鼓風(fēng)機(jī)模塊(VBU)和油氣回收裝置(VRU)及庫區(qū)裝船泵系統(tǒng)進(jìn)行緊急停車連鎖控制,保證事故狀態(tài)下船舶和碼頭及油氣回收處理設(shè)施安全。

        圖2 油氣回收流程

        4.3 綜合管理措施

        1)為了保證安全生產(chǎn),對油氣回收工程中所使用的設(shè)備設(shè)施及其附件,均應(yīng)嚴(yán)格進(jìn)行投產(chǎn)前的質(zhì)量檢驗和投產(chǎn)后的質(zhì)量檢查,質(zhì)量合格才允許使用,以避免或減少設(shè)備設(shè)施的質(zhì)量缺陷;在工程正式投產(chǎn)前,應(yīng)進(jìn)行試生產(chǎn),對設(shè)備設(shè)施系統(tǒng)的整體安全性可靠性進(jìn)行檢查,發(fā)現(xiàn)問題,立即解決。

        2)重大危險源應(yīng)當(dāng)?shù)怯浗n,進(jìn)行定期檢測、評估、監(jiān)控,并制定應(yīng)急預(yù)案,告知從業(yè)人員和相關(guān)人員在緊急情況下應(yīng)當(dāng)采取的應(yīng)急措施。

        3)加強(qiáng)安全設(shè)施,如防雷、防靜電、緊急切斷等,做好消防設(shè)施及檢測報警裝置及控制儀表的定期檢測與日常維護(hù)、保養(yǎng)工作,若發(fā)現(xiàn)質(zhì)量缺陷或故障,應(yīng)及時排除,確保其運(yùn)行狀態(tài)完好。

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