閆鴻壽，趙志君，王維斌，張永林，馬馳

（中石油克拉瑪依石化有限責(zé)任公司，新疆克拉瑪依 834003）

VOCs 即揮發(fā)性有機(jī)物，常見的有苯、甲苯、甲醛、乙醛、硫醚、硫醇等。近年來(lái)，為逐步改善空氣質(zhì)量，按照《石化行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物綜合整治方案》環(huán)發(fā)[2014]177 號(hào)控制揮發(fā)性有機(jī)物排放的要求，中石油克拉瑪依石化加快推進(jìn)各裝置VOCs治理項(xiàng)目的實(shí)施。

克石化目前有兩套酸性水汽提裝置，均采用單塔側(cè)抽工藝。其中Ⅰ套酸性水汽提裝置投用產(chǎn)于2001年，設(shè)計(jì)處理能力45 t/h，后擴(kuò)建至65 t/h，主要處理加氫裝置酸性水，裝置內(nèi)設(shè)有兩臺(tái)1 000 m3酸性水原料罐；Ⅱ套酸性水汽提裝置投用于2009年，設(shè)計(jì)處理能力80 t/h，2018年檢修擴(kuò)能改造后處理能力為120 t/h，主要處理焦化、蒸餾、催化等裝置酸性水，裝置內(nèi)設(shè)有兩臺(tái)3 000 m3酸性水原料罐。

兩套裝置酸性水原料罐罐頂均采用雙向安全水封罐，儲(chǔ)罐操作壓力-5 ～2 kPa，罐頂呼出的揮發(fā)氣體經(jīng)脫臭設(shè)施后高空排入大氣，揮發(fā)氣體組成復(fù)雜，主要成分是硫化氫、二氧化硫、硫醚、硫醇、氨、苯系物及低分子烴等。受上游來(lái)水量、系統(tǒng)操作、氣候變化等影響，罐頂氣相易突破水封，對(duì)周圍環(huán)境和人身健康造成影響，需有針對(duì)性地進(jìn)行VOCs綜合治理。

1 改造方案選擇

Ⅰ套和Ⅱ套酸性水原料罐尾氣處理原有工藝采用高效脫臭劑吸附法，通過循環(huán)泵將液相除臭劑輸送到脫臭塔頂部，以噴淋方式在散堆填料中與臭氣逆向接觸，吸收惡臭氣體中的有害物質(zhì)，處理后的凈化尾氣通過25米高的放空管高空排放，除臭劑循環(huán)使用，定期更換，但單純采用脫臭劑不能除去酸性水原料罐頂尾氣中的低分子烴等VOCs排放物。

目前用于煉廠尾氣VOCs 治理的常用技術(shù)主要包括吸附法、吸收法、冷凝法和催化氧化（燃燒）法等。吸附法是利用活性炭等多孔性固體吸附劑來(lái)處理VOCs 流體混合物，再利用變溫或變壓等方法進(jìn)行解析再生，主要用于低濃度高流量有機(jī)廢氣的凈化[1]。吸收法主要是利用各種氣體在吸收劑中的選擇性吸收作用，在吸收塔內(nèi)烴和吸收劑經(jīng)過逆流接觸，達(dá)到將容易溶于吸收劑的烴類組分和難溶于吸收劑的組分分開的目的。冷凝法主要是利用VOCs 中廢氣組分飽和蒸氣壓的不同，通過增加壓力或者減低溫度將廢氣冷凝，使部分有機(jī)物冷凝并逐級(jí)分離出來(lái)，通常此法只能回收部分有機(jī)物，需要與其他方法結(jié)合使用。催化氧化（燃燒）法是指在較低的溫度下（250～500℃），廢氣中的可燃組分在催化劑的作用下氧化生成二氧化碳、水以及其他危害較小的化合物，從而凈化可燃?xì)怏w組分的一種VOCs處理方法[2]。

由于酸性水儲(chǔ)罐罐頂氣中不能通過脫臭劑脫除的組分主要是低分子輕烴，通過吸收及吸附法都很難達(dá)標(biāo)排放，冷凝法則回收成本高且不適用于復(fù)雜組分情形，而催化氧化（燃燒）法沒有同類裝置實(shí)際工程應(yīng)用借鑒。經(jīng)過調(diào)研，有煉廠目前所采用的方法是將脫臭后尾氣利用水環(huán)泵升壓排入火炬管網(wǎng)，現(xiàn)場(chǎng)效果較好，主要體現(xiàn)在設(shè)備少，占地面積小、操作簡(jiǎn)單，日常無(wú)需維護(hù)，除水電外沒有任何消耗，能夠徹底根治VOCs泄漏。

最終根據(jù)實(shí)際情況，選擇在原有脫臭設(shè)施基礎(chǔ)上新增水環(huán)真空泵，將尾氣升壓后排入火炬管網(wǎng)及硫黃裝置。由于Ⅰ套酸性水汽提裝置和Ⅱ套酸性水汽提裝置酸性水罐相距較遠(yuǎn)，兩套裝置需分別設(shè)置尾氣升壓撬塊，此項(xiàng)工程于2018年實(shí)施并于當(dāng)年年底投入運(yùn)行至今。

圖1 改造后流程

2 改造措施

2.1 增加升壓撬塊

每套裝置兩臺(tái)酸性水原料罐罐頂氣經(jīng)原有脫臭設(shè)施后直接引入VOCs 治理設(shè)施（尾氣升壓撬塊）內(nèi)，由水環(huán)真空泵升壓，經(jīng)過氣液分離罐將夾帶的液體分離后進(jìn)入低壓火炬管網(wǎng)或和硫黃裝置。

水環(huán)真空泵工作液采用裝置自產(chǎn)凈化水，泵運(yùn)行中可進(jìn)一步吸收脫臭塔來(lái)尾氣中殘余的氨、硫化氫等可溶于水的組分；產(chǎn)生的廢水進(jìn)入密閉的污水提升池后返回原料水罐。

此外，水環(huán)真空泵轉(zhuǎn)動(dòng)件和固定件之間的密封可直接由水封來(lái)完成，運(yùn)行極為可靠。具有吸氣均勻，工作平穩(wěn)，操作簡(jiǎn)單，維修方便等特點(diǎn)。

2.2 增加罐頂?shù)?/h3>

酸性水原料罐罐頂氣間歇排放，且氣量不穩(wěn)定，為減少原料水罐壓力波動(dòng)，避免抽負(fù)壓，在兩套酸性水裝置原料水罐罐頂增加氮封設(shè)施。系統(tǒng)來(lái)低壓氮?dú)饨?jīng)過自力式調(diào)節(jié)閥減壓之后進(jìn)入原料水罐罐頂，進(jìn)入各罐頂?shù)牡獨(dú)饩€均設(shè)置切斷閥，罐頂壓力低時(shí)補(bǔ)充氮?dú)?，罐頂壓力高時(shí)切斷氮?dú)狻８脑旌罅鞒桃妶D1。

2.3 設(shè)備及管線升級(jí)

原料罐頂雙向水封投用正常是原料水罐安全運(yùn)行的關(guān)鍵，原有水封罐及罐頂氣相管線材質(zhì)為碳鋼，腐蝕剝離物曾多次堵塞排水管線導(dǎo)致水封失效，2018年檢修時(shí)將水封罐及罐頂氣相管線材質(zhì)更換為316 L。同時(shí)，由于液環(huán)真空泵出口至火炬系統(tǒng)和硫黃裝置的管線較長(zhǎng)，且存在多處低點(diǎn)，易造成液封或者雜質(zhì)堵塞。在此次改造中，將泵出口管線材質(zhì)改用不銹鋼、低點(diǎn)設(shè)置放空閥以便于排凝、吹掃，并全線配備伴熱保溫。

2.4 儀表控制優(yōu)化

改造之前判斷罐頂壓力僅依靠原有脫臭塔頂?shù)膲毫χ甘荆诖舜胃脑熘忻總€(gè)罐罐頂都設(shè)置了3 組壓力遠(yuǎn)傳指示，且關(guān)聯(lián)聯(lián)鎖保護(hù)，另外初期的聯(lián)鎖設(shè)置不合理，原料水罐壓力低聯(lián)鎖停車的關(guān)聯(lián)壓力測(cè)量?jī)x表只有一組，存在儀表失真從而造成原料水罐超壓或抽癟的風(fēng)險(xiǎn)，因此增加了專用的三取二壓力聯(lián)鎖指示。

針對(duì)水環(huán)真空泵聯(lián)鎖停機(jī)復(fù)位時(shí)，需操作人員現(xiàn)場(chǎng)關(guān)閉排煙囪切斷閥的問題，增加了DCS遠(yuǎn)程操作控制的聯(lián)鎖恢復(fù)方式，方便了操作。

3 改造效果分析

3.1 環(huán)境效益

原料水罐罐頂VOCs 氣體經(jīng)水環(huán)泵壓送至火炬系統(tǒng)的排放過程相對(duì)穩(wěn)定，目前采用將VOCs 尾氣經(jīng)脫臭塔水洗，排入火炬放空線至氣柜回收，并入干氣系統(tǒng)脫硫的方式對(duì)VOCs 尾氣進(jìn)行密閉處理。目前系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，除臭效果良好，之前出現(xiàn)過的因脫臭劑飽和以及罐頂氣壓力異常增大并突破水封而引起惡臭污染的情況再未出現(xiàn)，極大的改善了周圍環(huán)境。

后期計(jì)劃將原來(lái)的脫臭劑改為連續(xù)補(bǔ)水和排水，使除臭塔可作為水洗塔使用，吸收尾氣中的氨等可溶于水的組分，增強(qiáng)水洗效果。在特殊情況時(shí)，可以將尾氣經(jīng)脫臭劑脫臭后排放至火炬進(jìn)行高空燃燒，燃燒過程配合消煙蒸汽的使用，可以做到無(wú)黑煙燃燒；因其他原因不能排入火炬系統(tǒng)時(shí)也可以將尾氣并入硫黃裝置尾氣焚燒爐焚燒并經(jīng)尾氣處理部分處理后排放。

3.2 安全效果

通過液環(huán)真空泵出口壓力調(diào)節(jié)閥和返回調(diào)節(jié)閥可以控制原料水罐罐頂壓力穩(wěn)定，同時(shí)通過原料水罐罐頂壓力聯(lián)鎖設(shè)置和氮?dú)庋a(bǔ)壓切斷閥可以保證原料水罐壓力始終保持在正常范圍內(nèi)，有效保障了VOCs設(shè)施安全可靠運(yùn)行。

同時(shí)提高對(duì)異常情況的處置能力培訓(xùn)，加強(qiáng)崗位應(yīng)急演練等，確保原料罐出現(xiàn)異常情況時(shí)，能夠快速停運(yùn)液環(huán)真空泵或者切斷氮封；水封罐凈化水補(bǔ)水異常時(shí)，及時(shí)切換至由新水補(bǔ)水流程等，不斷提高崗位判斷處置能力。

3.3 經(jīng)濟(jì)效益

改造后減少了脫臭劑的消耗，以2018年脫臭劑消耗55 t計(jì)，每噸脫臭劑1.95萬(wàn)元，合計(jì)107.25萬(wàn)元；公用工程消耗按年8 400 h計(jì)，新增電力消耗約25.2 kW·h，折合10.8 萬(wàn)元，新增凈化風(fēng)消耗約10萬(wàn)m3，折合0.78萬(wàn)元，新增循環(huán)水消耗約5.04萬(wàn)t，折合1.66 萬(wàn)元，新增低壓氮?dú)庀募s8.4 萬(wàn)m3，折合16.8 萬(wàn)元，總計(jì)消耗30.04 萬(wàn)元，年可節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用77.21萬(wàn)元。

4 結(jié)論

通過較少的設(shè)備投資，保留原有脫臭設(shè)施設(shè)備基礎(chǔ)上增設(shè)撬塊，實(shí)現(xiàn)了酸性水原料罐惡臭與VOCs的密閉治理，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。目前工藝經(jīng)調(diào)整后不消耗脫臭劑，年節(jié)省費(fèi)用77.21萬(wàn)元，產(chǎn)生了良好的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)及環(huán)境效益。新增VOCs 治理設(shè)施運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單方便，具有良好的可操作性。酸性水原料罐在投運(yùn)VOCs 治理設(shè)施后運(yùn)行安全平穩(wěn)，可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)周期運(yùn)行，對(duì)其他儲(chǔ)罐罐頂VOCs 治理具有實(shí)際參考意義。