蘇魯書，周正陽，宮吉超

（山東港口日照港集團(tuán)有限公司，山東 日照 276800）

石油庫油品裝卸車過程中揮發(fā)出的油氣由于含有大量的鹵代烴、苯、醚類等有毒物質(zhì)，容易破壞人體的呼吸、神經(jīng)系統(tǒng)，危害操作人員的身體健康，且油氣進(jìn)入大體會形成光化學(xué)煙霧，從而造成嚴(yán)重的環(huán)境污染和資源浪費［1］。此外，由于相對密度比空氣大，大量烴類氣體漂浮聚集在地面，很容易達(dá)到爆炸極限，存在較大的安全隱患，不符合生產(chǎn)現(xiàn)場HSE管理要求［2］。

近年來，隨著石化行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和國家安全、環(huán)保法規(guī)日趨嚴(yán)格，油氣回收技術(shù)在油品裝卸、存儲及運輸?shù)拳h(huán)節(jié)的應(yīng)用愈加廣泛。裝車油氣回收技術(shù)是指在裝卸油品的過程中，利用密閉鶴管將多余的油氣收集起來，再利用回收工藝完成油氣由氣相到液相的轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)油品再利用，從而達(dá)到節(jié)能增效，減少環(huán)境污染的目的［3，4］。

根據(jù)《儲油庫大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB20950-2007）的規(guī)定，對儲油庫（含煉油廠發(fā)油站臺）要進(jìn)行油氣排放控制與回收，油氣排放非甲烷總烴濃度不超過25 g/m3，油氣處理效率不低于95%。然而市場上普遍采用的是錐帽式密閉裝車油氣回收系統(tǒng)，見圖1。

圖1 傳統(tǒng)錐形密封流體裝卸臂

該結(jié)構(gòu)密封性能不可靠，（1）是油品裝車過程中罐車內(nèi)揮發(fā)油氣聚集，油氣壓力逐漸升高，而安裝在鶴管外臂上的氣缸或液壓缸無法提供足夠大的力，保證密封帽一直與罐車口緊密的貼合［5］，見圖2；（2）是由于各裝卸槽車罐口尺寸不一，操作原因?qū)е满Q管與罐車對位不準(zhǔn)，加之經(jīng)常性碰撞以及雨水侵蝕銹蝕的影響，僅靠重力作用難以實現(xiàn)鶴管與罐口間良好的密封效果，現(xiàn)場裝車作業(yè)過程中油氣揮發(fā)嚴(yán)重，可燃?xì)怏w探測儀經(jīng)常處于報警狀態(tài)，對周邊環(huán)境、人員健康以及現(xiàn)場安全管控都造成不利影響［6］。

圖2 負(fù)載變化對傳統(tǒng)錐形密封結(jié)構(gòu)影響

1 油氣回收工藝

目前國內(nèi)外油氣回收技術(shù)［7～9］從原理上大致可分為吸收法、冷凝法、吸附法及膜分離法4種類型。

（1）吸收法是基于油氣混合物中不同組分在吸收劑中溶解度的不同實現(xiàn)輕烴和其他組分分離的方法，比較常用的吸收劑有汽油、柴油和其它有機溶劑，由于油氣中的烴類組分在化學(xué)結(jié)構(gòu)上與吸收劑類似，故而油氣在吸收劑的溶解度要明顯強于空氣。吸收法是石化領(lǐng)域應(yīng)用較常見的1種油氣回收技術(shù)，只要選擇適應(yīng)性較好的吸收劑就容易實現(xiàn)快速分離，且操作過程相對簡單，但其吸收效率和尾氣排放濃度難以達(dá)到當(dāng)前日益嚴(yán)格的國家標(biāo)準(zhǔn)排放指標(biāo)。

（2）冷凝法回收的工藝原理是利用烴類物質(zhì)在不同溫度下飽和蒸汽壓的差異，通過采取多級連續(xù)冷卻的方式，使油氣處于過飽和狀態(tài)，逐步實現(xiàn)油氣分子由氣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，從而達(dá)到回收的目的。冷凝法的優(yōu)點是工藝簡單，自動化程度高，但采用多級冷凝需要的壓縮機數(shù)量較多，能源消耗大，運行成本較高，且冷凝法只適用于高濃度油氣，不容易實現(xiàn)綠色低濃度排放。

（3）吸附法是采用利用烴類組分和空氣在吸附劑上親和力的強弱差異來實現(xiàn)烴類組分與空氣分離的回收技術(shù)，活性炭、活性纖維或硅膠是比較常用的吸附劑。吸附法的最大優(yōu)點是可以將排放的尾氣非甲烷總烴濃度控制在10 mg/L以下，明顯低于《儲油庫大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)要求，油氣回收效率達(dá)95%以上且裝置運行平穩(wěn)，但吸附法也受制于吸附劑吸附容量、使用壽命以及維護(hù)成本等因素，且活性炭吸附后需及時解吸恢復(fù)活性，否則會縮短其使用壽命。

（4）膜分離法是基于溶解擴散機理的分離技術(shù)［10］，由于各組分在膜材料2側(cè)分壓差不同，造成油氣各分子通過薄膜時的滲透速率不同，烴類組分會優(yōu)先通過膜材料，而空氣組分則被選擇性截留。膜分離法工藝相對簡單，可將尾氣中非甲烷總烴濃度控制在5～35 mg/L，但該技術(shù)受制于膜材料，進(jìn)口成本較高，且存在膜污染和膜通量問題。

綜上所述，4種油氣回收技術(shù)各有其特點與利弊，單一工藝方法已無法滿足當(dāng)前嚴(yán)格的排放規(guī)定［11，12］，結(jié)合實際生產(chǎn)工況，進(jìn)行多種技術(shù)的集成組合是油氣分離技術(shù)應(yīng)用發(fā)展的方向。

2 氣動鎖緊式密閉油氣回收技術(shù)的應(yīng)用

通過對生產(chǎn)現(xiàn)場裝車系統(tǒng)實施上裝鶴管氣動鎖緊式密封改造，實現(xiàn)密封裝置與罐車口的自動壓緊密封，并增設(shè)“脫硫+冷凝+吸附”技術(shù)組合的油氣回收系統(tǒng)。

2.1 油氣回收裝置應(yīng)用

2.1.1 工作原理該系統(tǒng)主要有油氣收集、脫硫、冷凝、凝析油回送、吸附以及機組自控等6部分，見圖3。

圖3 油氣回收工藝流程圖

裝車過程產(chǎn)生的油氣，經(jīng)過密閉收集裝置先進(jìn)行脫硫處理（非鐵系脫硫劑效率高，安全無自燃危險），脫硫后的油氣進(jìn)入冷凝系統(tǒng)進(jìn)行3級冷卻：前置級冷凝到10℃左右，冷凝出部分油和水；第1級將油氣溫度降到-30℃左右，再析出部分油和水；第2級將油氣溫度降到-70℃左右，使大部分高濃度烴類組分冷凝液化。經(jīng)過3級冷卻，大部分油氣以液態(tài)形式進(jìn)入儲液罐暫存，而由冷凝器出口排出的剩余油氣（只含有少量有機氣體）再經(jīng)過活性炭吸附罐進(jìn)行處理后達(dá)標(biāo)排放。

2.1.2 工藝系統(tǒng)優(yōu)點（1）自身安全性高。高濃度油氣始終在低溫下運行，不會產(chǎn)生高溫燃燒現(xiàn)象，活性炭吸附系統(tǒng)一直處于常溫狀態(tài)，整個處理過程油氣組分始終不接觸其它可燃、易燃物質(zhì)。另外，采用PLC自動控制，確保制冷機組的運行平穩(wěn)，實現(xiàn)自動啟動和自動停機，故障情況下自動報警及緊急自動停機等功能；（2）節(jié)能性好。采取“冷凝+吸附”組合工藝，集取2種方法優(yōu)點、明顯降低整機能耗、尾氣排放濃度低于國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值。同時，前置級利用第2級-70℃冷凝后的余氣將揮發(fā)氣體溫度從環(huán)境溫度降到10℃左右，把油氣中多余的冷量回收利用，有效解決了油冷回收問題；（3）控制精確。制冷系統(tǒng)不管外部環(huán)境溫度如何，均將整個系統(tǒng)的溫度精確控制，使得吸附系統(tǒng)的運行處于設(shè)計范圍之內(nèi)，不會出現(xiàn)因為入口濃度變化引起吸附床層過度飽和超標(biāo)泄露，也不會因為吸附床層未吸附飽滿時提前脫附，節(jié)約了運行成本；（4）使用壽命長，維護(hù)成本低。制冷系統(tǒng)使用壽命為20 a以上，采用具有自主知識產(chǎn)權(quán)的換熱吸附工藝和設(shè)備，安全性能好，有效克服活性炭吸附熱效應(yīng)而引起的活性炭失效，有效延長活性炭使用壽命，活性炭使用壽命可達(dá)5 a以上，維護(hù)成本低。

2.2 氣動鎖緊密閉裝車鶴管的應(yīng)用

為保證VOCs排放達(dá)標(biāo)，減少揮發(fā)油氣對環(huán)境的污染，對裝車棧臺的25臺老舊鶴管進(jìn)行密封升級改造，徹底解決了上裝式鶴管密封油氣泄露的問題，確保100%密閉裝車。

2.2.1 結(jié)構(gòu)功能選用天邦科技開發(fā)公司生產(chǎn)的汽車頂部鎖緊式密閉裝車鶴管對原裝車設(shè)施進(jìn)行改造，見圖4。鶴管密封結(jié)構(gòu)由鎖緊機構(gòu)、雙過料壓緊氣缸、密封筒體、鶴管內(nèi)外壁及垂管組成。

參照GB/T 16291.1—2012的方法[8]，并根據(jù)實際情況做簡略處理。評價小組為實驗室中4名男生、5名女生。首先配制5種標(biāo)準(zhǔn)滋味溶液，分別為0.35%谷氨酸鈉溶液、1%蔗糖溶液、0.7%氯化鈉溶液、0.08%檸檬酸溶液、0.5% L-異亮氨酸溶液。評價員首先對5種標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行品嘗鑒定，然后分別對2種醬油進(jìn)行滋味鑒定，0～10分制。定量分析結(jié)果以雷達(dá)圖顯示。

圖4 密閉裝車鶴管結(jié)構(gòu)

鎖緊機構(gòu)隨垂管伸入罐車口，密封橡膠圈與油罐車口發(fā)生接觸，在雙過料壓緊氣缸的驅(qū)動下，鎖舌在密封筒體的導(dǎo)向槽上實現(xiàn)展開與收攏，當(dāng)鎖緊機構(gòu)展開并壓緊罐車口內(nèi)臂時，鎖舌與密封筒體的相互夾緊作用使橡膠密封墊承受0.4 MPa的壓緊力，使密封裝置與罐車口緊密結(jié)合，見圖5。

圖5 鎖緊機構(gòu)夾緊狀態(tài)

當(dāng)鎖緊機構(gòu)收攏時，鎖緊機構(gòu)脫離罐車口內(nèi)壁，夾緊力消失，密封裝置與罐車口自然分離，密封裝置（垂管）可提出罐口，收回鶴管，見圖6。

圖6 鎖緊機構(gòu)收攏狀態(tài)

采用上裝氣動鎖緊密封裝置，克服由于鶴管與罐車對位不準(zhǔn)確、罐車口尺寸不規(guī)范、裝油過程罐內(nèi)氣壓增大以及罐車沉降等因素導(dǎo)致上裝鶴管密封泄露的缺陷，揮發(fā)的油氣全部通過集氣管線進(jìn)入油氣回收設(shè)備再處理。

2.2.2優(yōu)點相比傳統(tǒng)的罐口密封形式，氣動鎖緊式密封裝置具有密封嚴(yán)實可靠、重量輕、操作輕松簡單、易損件少、使用壽命長等突出優(yōu)點，徹底解決了油氣在罐車頂部裝油孔處泄露的問題。

（1）密封性能好。通過氣缸驅(qū)動自身鎖緊機構(gòu)“夾緊”罐口這個動作實現(xiàn)鶴管與油罐車柔性密封連接的效果，密封裝置能夠隨著油罐車在裝油過程中沉降而下沉，省去鶴管外臂鎖緊等機構(gòu)。另外，當(dāng)氣源壓力為0.4 MPa時，過料壓緊氣缸可以為鎖緊機構(gòu)提供400 kgf的夾緊力，保證密封裝置能夠克服罐車內(nèi)油氣壓力變化、罐車口不平整等因素而達(dá)到可靠的密封，見圖7。

圖7 空、負(fù)載時密封鶴管現(xiàn)場使用情況

（2）安全性高和使用壽命長。密封氣缸、垂管及其它結(jié)構(gòu)件均由高強度耐腐蝕的鋁合金材質(zhì)制造，通過合理接地可有效避免裝油過程中的靜電積聚，鎖舌則采用防爆鋁青銅材質(zhì)，防止“夾緊”罐口時產(chǎn)生火花或靜電。另外，除密封膠墊外無其它易損件，密封裝置使用壽命可達(dá)20 a。

（3）應(yīng)用范圍廣。適用于上裝鶴管密封改造，僅對鶴管進(jìn)行改造，改造過程簡單方便、施工量小、改造成本低，不需改造罐車，即可滿足大多數(shù)上裝式罐車口的密封要求。

（4）自動化程度高。純氣動控制方式實現(xiàn)了密封裝置與罐車口自動鎖緊、松開，機械動作準(zhǔn)確、快速，降低了人員工作量，提升了裝車效率。

3 結(jié)論

運行后，用手持VOC檢測儀實測，改造后的上裝氣動鎖緊密封裝車時泄露點油氣體積分?jǐn)?shù)低限值為0.004%，高限值為0.006%，滿足國家標(biāo)準(zhǔn)《儲油庫大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB20950-2007）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的排放限值：“油氣密閉收集系統(tǒng)任何泄漏點排放的油氣體積分?jǐn)?shù)不應(yīng)超過0.05%”；油氣排放濃度可控制在120 mg/m3以內(nèi)，以罐容30 t的油罐車計算，改造后可回收液化烴0.8 L，油氣回收效率由0.003 L/t提高到0.027 L/t，系統(tǒng)處理效率達(dá)到97%以上，滿足國家VOCs排放要求。

在汽運油品裝車過程中，將傳統(tǒng)錐形密封結(jié)構(gòu)改造為氣動鎖緊式上裝鶴管，徹底解決了罐車裝油口油氣泄露的問題，實現(xiàn)100%的密閉裝車，同時應(yīng)用“脫硫+冷凝+吸附”的油氣回收組合工藝方法，尾氣達(dá)標(biāo)后可就地排放，系統(tǒng)設(shè)計合理，操作平穩(wěn)可靠，經(jīng)濟、環(huán)保和社會效益顯著。