蘇 倩，戴仁川，王 綱，賈 晉，孟春暉，王念兵，龐月峰

1.中國(guó)石油集團(tuán)工程技術(shù)研究有限公司，天津 300451

2.中國(guó)石油天然氣股份有限公司山東銷(xiāo)售分公司，山東濟(jì)南 266071

3.中國(guó)石油天然氣銷(xiāo)售江西分公司宜春公司，江西南昌 330038

為降低加油站有毒有害物質(zhì)的排放量并減少安全隱患，國(guó)家環(huán)保總局和國(guó)家質(zhì)檢總局根據(jù)國(guó)內(nèi)加油站的實(shí)際情況，聯(lián)合頒布了GB 20952—2007《加油站大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，并于2007 年8 月1 日開(kāi)始實(shí)施。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了加油站油氣排放限值，提出了“油氣排放處理裝置的油氣排放濃度應(yīng)小于等于25 g/m3，排放口距地平面高度應(yīng)不低于4 m，排放濃度每年至少檢測(cè)1 次”的要求。

2010 年以來(lái)，霧霾在全國(guó)范圍內(nèi)持續(xù)爆發(fā)，加油站排放的油氣作為揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs），是形成PM2.5 的重要前體物。北京市為改善空氣質(zhì)量，對(duì)加油站油氣排放限值提出了進(jìn)一步的要求，北京市環(huán)境保護(hù)局修訂的DB 11/208—2010《加油站油氣排放控制和限值》明確了加油站油氣排放處理裝置的油氣排放質(zhì)量濃度應(yīng)小于等于20 g/m3。

2013 年，國(guó)務(wù)院又相繼印發(fā)了《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，將控制VOCs 排放列為改善環(huán)境空氣質(zhì)量的重點(diǎn)任務(wù)，并要求加油站限時(shí)完成油氣回收治理。2016 年以來(lái)，國(guó)內(nèi)部分地區(qū)政府（北京、山東等） 相繼出臺(tái)了政策，強(qiáng)制加油站推行安裝油氣排放處理裝置以達(dá)到排放要求。在國(guó)家環(huán)保要求日益嚴(yán)格的今天，增設(shè)油氣排放處理裝置已逐步成為各地區(qū)加油站油氣回收治理的重點(diǎn)任務(wù)。

1 加油站油氣回收系統(tǒng)

加油站油氣回收系統(tǒng)共分為三個(gè)階段：一次油氣回收、二次油氣回收和三次油氣回收，見(jiàn)圖1。一次油氣回收即卸油油氣回收，是將油罐車(chē)卸油時(shí)產(chǎn)生的油氣通過(guò)密閉的方式進(jìn)行收集，然后重新返回油罐車(chē)罐內(nèi)氣相空間；二次油氣回收即加油油氣回收，在給汽車(chē)油箱加油過(guò)程中，通過(guò)真空泵將由加油槍和加油箱中揮發(fā)產(chǎn)生的油氣進(jìn)行回收，使其重新返回地下油罐的氣相空間。

圖1 加油站油氣回收系統(tǒng)示意

然而，二次油氣回收并沒(méi)有完全實(shí)現(xiàn)“油氣回收和再利用”的目的。隨著回收的油氣不斷進(jìn)入地下油罐，油罐內(nèi)氣相空間的壓力逐漸增大，當(dāng)壓力上升至呼吸閥的開(kāi)啟壓力（2 ～3 kPa） 時(shí)，回收的油氣還是會(huì)經(jīng)過(guò)通氣管排到大氣中，直至油罐內(nèi)的壓力低于呼吸閥的開(kāi)啟壓力。

三次油氣回收即安裝油氣排放處理裝置（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“處理裝置”），主要用于收集由于二次回收引起的油罐壓力過(guò)高而排放的油氣。油氣通過(guò)處理裝置進(jìn)行液化分離，形成的高濃度油氣（或液態(tài)油） 再次被利用，可以有效抑制油氣經(jīng)呼吸閥大量排出，降低加油站油氣排放的濃度[1-4]。

2 三次油氣回收工藝和技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 三次油氣回收工藝流程

三次油氣回收系統(tǒng)，即油氣排放處理裝置通過(guò)管道與油罐連接形成的密閉回路。處理裝置的入口設(shè)有電磁閥和壓力傳感器，當(dāng)檢測(cè)到油罐氣相空間的壓力上升至裝置的啟動(dòng)壓力時(shí)，電磁閥開(kāi)啟，吸入的油氣經(jīng)過(guò)相關(guān)工藝處理后被液化分離，得到的高濃度油氣（或液態(tài)油） 回收至油罐中再次利用，而其余空氣通過(guò)尾氣排放管排出；當(dāng)檢測(cè)到罐內(nèi)氣相空間的壓力下降至停止壓力時(shí)，處理裝置停止運(yùn)行，結(jié)束本次處理過(guò)程。需要注意的是：油氣排放處理裝置的啟動(dòng)和停止壓力可根據(jù)其工藝和工況的不同進(jìn)行調(diào)整，啟動(dòng)壓力宜在300～1000Pa 之間；停止壓力宜在-500～0Pa 之間。啟動(dòng)壓力過(guò)低會(huì)造成裝置頻繁啟動(dòng)，過(guò)高則達(dá)不到預(yù)期的處理效果。

2.2 技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

油氣排放處理裝置從原理上可分為冷凝法、吸附法、吸收法、膜分離法。由于四種油氣排放處理工藝各具優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，因此通常會(huì)采用多種工藝結(jié)合的方法，以達(dá)到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的目的。目前，我國(guó)油氣排放處理裝置應(yīng)用的主流處理工藝包括：吸附法、冷凝- 吸附法、冷凝- 膜處理法。

2.2.1 吸附法

吸附法主要利用油氣中各組分與吸附劑（活性炭、硅膠、分子篩等） 間結(jié)合力存在強(qiáng)弱差別的原理，實(shí)現(xiàn)烴類(lèi)物質(zhì)和空氣（主要是氧氣和氮?dú)猓?的分離。

吸附法處理裝置主要由吸附系統(tǒng)（吸附泵、吸附罐） 和再生系統(tǒng)（脫附泵） 組成，如圖2 所示。吸附系統(tǒng)設(shè)有兩座并聯(lián)的吸附罐，當(dāng)吸附罐A工作至設(shè)定時(shí)間（吸附劑吸附的油氣達(dá)到一定體積） 時(shí)，切換至吸附罐B，這時(shí)脫附泵開(kāi)始對(duì)吸附罐A 進(jìn)行脫附，脫附的高濃度油氣將返回到汽油罐中。兩座吸附罐交替進(jìn)行吸附和脫附的過(guò)程，以實(shí)現(xiàn)處理裝置的不間斷運(yùn)行。

圖2 吸附法處理裝置示意

吸附法處理裝置具有易維護(hù)、低能耗、高效率的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于加油站中。但由于吸附材料易飽和且壽命短，在頻繁開(kāi)停和異常工況下容易導(dǎo)致吸附劑失效；同時(shí)，吸附床容易產(chǎn)生高溫?zé)狳c(diǎn)，存在安全隱患。

2.2.2 冷凝-吸附法

冷凝- 吸附法采用冷凝法和吸附法的組合工藝。首先，利用油氣在不同溫度和壓力下具有不同的飽和蒸氣壓的原理，將油氣冷凝至液態(tài)油（冷凝溫度為-10 ～-20℃），而未冷凝為液態(tài)的濃度較低的油氣再通過(guò)一個(gè)吸附系統(tǒng)，烴類(lèi)物質(zhì)進(jìn)一步被吸附劑吸附。冷凝液化的液態(tài)油和脫附的高濃度油氣均返回至油罐中。冷凝- 吸附法處理裝置示意見(jiàn)圖3。

圖3 冷凝- 吸附法處理裝置示意

冷凝- 吸附法處理裝置綜合了兩種工藝的優(yōu)點(diǎn)，規(guī)避了缺點(diǎn)。冷凝法的安全性及油氣回收的效率較高，但要達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)需要將油氣冷卻到-70℃的低溫，所需能耗大，運(yùn)行費(fèi)用高；吸附法所需能耗較低，但吸附材料易飽和，并易產(chǎn)生高溫?zé)狳c(diǎn)。而冷凝- 吸附法處理裝置采用先冷凝再吸附的方案，既降低了裝置能耗，又避免了高溫?zé)狳c(diǎn)，克服了安全隱患。

2.2.3 冷凝-膜分離法

冷凝- 膜分離法采用冷凝法和膜分離法的組合工藝，其處理裝置示意見(jiàn)圖4。

圖4 冷凝-膜分離法油氣處理裝置示意

冷凝- 膜分離法處理工藝的工作原理是：首先使部分油氣冷凝液化，未冷凝為液態(tài)的濃度較低的油氣利用不同組分在膜表面滲透速率存在差異的原理，實(shí)現(xiàn)烴類(lèi)物質(zhì)的分離。

膜分離法是目前最新研發(fā)的油氣回收工藝，投資較大、能耗高，其優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備體積小，適合在場(chǎng)地較小的加油站內(nèi)使用[7-8]。冷凝- 膜分離法油氣回收裝置綜合了兩種工藝的優(yōu)點(diǎn)，具有裝置占地面積小、操作簡(jiǎn)便、容易維護(hù)、運(yùn)行安全、投資回報(bào)率高的特點(diǎn)，因此，該方法自投入市場(chǎng)以來(lái)得到了廣泛的應(yīng)用。

3 加油站三次油氣回收工藝設(shè)計(jì)

3.1 三次油氣回收設(shè)計(jì)原則

3.1.1 管道設(shè)計(jì)原則

三次油氣回收系統(tǒng)工藝管道連接方案如圖5 所示。油氣排放處理裝置為橇裝設(shè)備，設(shè)有進(jìn)氣管、回氣管和尾氣排放管，進(jìn)氣管與高標(biāo)號(hào)汽油罐氣相連接，回氣管與低標(biāo)號(hào)汽油罐氣相連接，凈化后的空氣通過(guò)尾氣排放管排出。在管路的鋪設(shè)過(guò)程中應(yīng)保持管道坡度≥1%，以保證凝液回流到油罐中。

圖5 三次油氣回收系統(tǒng)工藝管道連接方案示意

3.1.2 設(shè)備布置原則

（1） 安全間距滿(mǎn)足規(guī)范要求。GB 50156—2012（2014 年版）《汽車(chē)加油加氣站設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》中對(duì)加油站內(nèi)汽、柴油設(shè)備與站內(nèi)外的建（構(gòu)） 筑物的安全間距均有詳細(xì)的規(guī)定，但未明確對(duì)油氣排放處理裝置安全間距的相關(guān)要求。

目前，在設(shè)計(jì)中通常采用將處理裝置比照為其他工藝設(shè)施的方法來(lái)確定其安全間距。一些設(shè)計(jì)單位將處理裝置比照為卸油口；Q/SH 0117—2007《油氣回收系統(tǒng)工程技術(shù)導(dǎo)則》中規(guī)定：將處理裝置比照為通氣管；而中國(guó)石油集團(tuán)工程技術(shù)研究有限公司采取了更為保守的做法，將其比照為加油機(jī)（根據(jù)加油站爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分，處理裝置與站區(qū)圍墻和可用地界線(xiàn)的距離不應(yīng)小于3 m）。

（2） 從節(jié)約投資、減少工期的角度選擇布置方位。宜選擇處理裝置的進(jìn)氣管、回氣管和尾氣排放管管道長(zhǎng)度較短、地面開(kāi)挖較少的方案。

（3） 根據(jù)實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，選擇美觀、易操作的位置。美觀：處理裝置的接管一側(cè)不宜朝向加油區(qū)的方向，其正面應(yīng)朝向加油區(qū)方向；易操作：處理裝置的正前方不應(yīng)設(shè)有遮擋物，以確保有足夠的檢修空間。

3.2 三次油氣回收工藝設(shè)計(jì)方案

近年來(lái)，為響應(yīng)國(guó)家環(huán)保政策和地方政府的要求，新建加油站和已建成運(yùn)營(yíng)的加油站均有增設(shè)三次油氣回收系統(tǒng)的需求。新建加油站和改造加油站的設(shè)計(jì)思路存在差異：對(duì)于新建加油站，三次油氣回收系統(tǒng)與站內(nèi)其他設(shè)施統(tǒng)一設(shè)計(jì)，協(xié)調(diào)布局，并同時(shí)開(kāi)展施工；而對(duì)于已經(jīng)建成投入運(yùn)營(yíng)的加油站，則要求在不改變其他設(shè)施，盡量減小施工工程量的情況下，增設(shè)三次油氣回收系統(tǒng)。

3.2.1 新建加油站

3.2.1.1 工藝設(shè)計(jì)方案

針對(duì)新建站點(diǎn)，三次油氣回收系統(tǒng)常規(guī)的工藝設(shè)計(jì)方案是將處理裝置的進(jìn)氣管連接到高標(biāo)號(hào)汽油罐的人孔蓋上，回氣管連接至低標(biāo)號(hào)汽油罐的人孔蓋上，尾氣排放管通常與油罐通氣管統(tǒng)一協(xié)調(diào)布置。工藝流程見(jiàn)圖6。

圖6 三次油氣回收系統(tǒng)常規(guī)工藝設(shè)計(jì)方案

當(dāng)遇到特殊情況（例如：油罐人孔蓋開(kāi)孔空間有限、處理裝置遠(yuǎn)離罐區(qū)布置） 或從減少管道安裝工程量的角度考慮，處理裝置的進(jìn)氣管可連接到高標(biāo)號(hào)汽油罐通氣管上，回氣管連接至二次油氣回收主管道上。

3.2.1.2 設(shè)備布置方案

當(dāng)罐區(qū)非承重布置（采用非車(chē)行道下罐區(qū)）時(shí)，按照減小管道長(zhǎng)度的原則考慮，處理裝置宜布置在罐區(qū)附近；根據(jù)美觀且易操作的原則，處理裝置的正面宜面向加油區(qū)，而接管一側(cè)面向圍墻。設(shè)備布置方案參見(jiàn)圖7。

圖7 油氣排放處理裝置布置方案（新建加油站、非承重罐區(qū)）

當(dāng)罐區(qū)承重布置（采用車(chē)行道下罐區(qū)）時(shí)，處理裝置應(yīng)布置在不影響行車(chē)的位置，宜靠近圍墻或在加油島上布置，裝置的正面應(yīng)朝向加油區(qū)進(jìn)口方向。當(dāng)靠近圍墻布置時(shí)，處理裝置的邊緣應(yīng)與通氣管、卸油口齊平，為油罐車(chē)進(jìn)站卸油提供足夠的空間，同時(shí)在工藝設(shè)施靠近行車(chē)道方向設(shè)防撞柱，以防止工藝設(shè)施被機(jī)動(dòng)車(chē)誤撞，如圖8 方案一所示；當(dāng)通氣管沿罩棚立柱向上敷設(shè)時(shí)，處理裝置可考慮在加油島上布置，進(jìn)氣管與高標(biāo)號(hào)通氣管相連，回氣管與二次回收管道相連，如圖8 方案二所示。

3.2.2 改造加油站

3.2.2.1 工藝設(shè)計(jì)方案

對(duì)于實(shí)施改造（已建加油站增設(shè)三次油氣回收系統(tǒng)） 的加油站，若采用常規(guī)的工藝設(shè)計(jì)方案，將管道連接至汽油罐的人孔蓋上，會(huì)帶來(lái)大量的施工工程量（包括地面開(kāi)挖、法蘭蓋開(kāi)孔等），同時(shí)增加了不必要的投資，施工時(shí)間也相對(duì)較長(zhǎng)。因此，通常采用設(shè)備與現(xiàn)有管道連接的方案，不需要在人孔蓋上重新開(kāi)孔。

改造方案一：采用從高標(biāo)號(hào)汽油通氣管取氣、回氣至低標(biāo)號(hào)汽油通氣管的方案。

由于油罐的氣相空間通過(guò)通氣管與大氣連通，因此當(dāng)進(jìn)氣管連接至高標(biāo)號(hào)汽油通氣管上時(shí)，即與高標(biāo)號(hào)汽油罐的氣相空間連通，可以實(shí)現(xiàn)從高標(biāo)號(hào)汽油罐取氣的目的；當(dāng)回氣管連接至低標(biāo)號(hào)汽油通氣管上時(shí)，即與低標(biāo)號(hào)汽油罐連通，可以實(shí)現(xiàn)回氣至低標(biāo)號(hào)汽油罐的目的。

圖8 油氣排放處理裝置布置方案（新建加油站、承重罐區(qū)）

該方法無(wú)需動(dòng)火和破壞地面，通氣管與設(shè)備進(jìn)氣管連接采用三通管件連接，通氣管根法蘭以上、球閥以下部分管件在預(yù)制廠提前預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)安裝即可。工藝設(shè)計(jì)方案見(jiàn)圖9。

圖9 三次油氣回收系統(tǒng)改造的工藝設(shè)計(jì)方案一

改造方案二：采用從高標(biāo)號(hào)汽油通氣管取氣、回氣至低標(biāo)號(hào)汽油罐量油管或二次回收管道的方案。

低標(biāo)號(hào)汽油罐人孔蓋上均設(shè)有與油罐液相連通的量油管和二次油氣回收管。當(dāng)回氣管連接至低標(biāo)號(hào)汽油罐量油管或二次回收管道上時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)處理后的油氣回收至低標(biāo)號(hào)油罐的目的。

量油管與設(shè)備回氣管連接采用焊接連接，量油管根法蘭以上、球閥以下部分管件在預(yù)制廠提前預(yù)制，施工期間現(xiàn)場(chǎng)安裝；二次回收管道與設(shè)備回氣管連接采用現(xiàn)場(chǎng)焊接的方式。工藝設(shè)計(jì)方案見(jiàn)圖10。

圖10 三次油氣回收系統(tǒng)改造的工藝設(shè)計(jì)方案二

3.2.2.2 裝置布置方案

對(duì)于實(shí)施改造的加油站，以減小設(shè)備接管長(zhǎng)度、減小工程量為優(yōu)先考慮原則，設(shè)備宜布置在罐區(qū)通氣管和汽油罐附近。設(shè)備布置方案見(jiàn)圖11。

圖11 油氣排放處理裝置布置方案 （改造加油站）

4 結(jié)論

（1） 雖然加油站內(nèi)一次和二次油氣回收系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了將卸油和加油過(guò)程中揮發(fā)的油氣回收至油罐中，但隨著油罐壓力增大，回收到油罐中的油氣還是會(huì)隨著呼吸閥的開(kāi)啟直接排出，并沒(méi)有完全實(shí)現(xiàn)油氣回收再利用的目的。而三次回收系統(tǒng)可以收集由于油罐壓力升高所排放的油氣，將處理后得到的高濃度油氣（或液態(tài)油） 回收到油罐中再次被利用，有效降低了加油站油氣排放濃度。油氣排放處理裝置已經(jīng)成為目前油氣回收體系中最重要、最有效的一個(gè)環(huán)節(jié)。

（2） 三次油氣回收系統(tǒng)，即油氣排放處理裝置通過(guò)管道與油罐連接形成的密閉回路，實(shí)現(xiàn)從高標(biāo)號(hào)汽油罐氣相取氣，油氣經(jīng)處理后，再次回到低標(biāo)號(hào)汽油罐的過(guò)程。目前，我國(guó)油氣處理裝置應(yīng)用的主流工藝有：吸附法、冷凝- 吸附法、冷凝-膜處理法。其中，吸附法處理裝置具有易維護(hù)、低能耗、高效率的優(yōu)點(diǎn)，但因其吸附材料易發(fā)生飽和，則適用于處理量較小的加油站；冷凝- 吸附法采用“先冷凝再吸附”的方案，綜合了兩種工藝的優(yōu)點(diǎn)，既降低了裝置能耗，又避免了吸附材料發(fā)生飽和后導(dǎo)致的吸附劑失效；冷凝- 膜處理法處理裝置因其設(shè)備體積小，廣泛應(yīng)用于場(chǎng)地較小的加油站內(nèi)。

（3） 油氣排放處理裝置設(shè)有進(jìn)氣管、回氣管和尾氣排放管。三次油氣回收系統(tǒng)常規(guī)的工藝設(shè)計(jì)方案是將設(shè)備的進(jìn)氣管連接到高標(biāo)號(hào)汽油罐的人孔蓋上，回氣管連接至低標(biāo)號(hào)汽油罐的人孔蓋上，尾氣排放管與油罐通氣管統(tǒng)一協(xié)調(diào)布置；而對(duì)于已經(jīng)建成的加油站，考慮到減小施工工程量、縮短工期等訴求，可考慮進(jìn)氣管與高標(biāo)號(hào)通氣管相連、回氣管與低標(biāo)號(hào)汽油罐量油管/二次油氣回收管道相連的方案。處理裝置的布置方案需要從安全距離、實(shí)際操作、節(jié)約投資的角度考慮。