李 娜 李模剛 殷賢波 信秀麗 金 麗 吳 凱 朱珺瓊

(中國石油大慶油田質(zhì)量安全環(huán)保監(jiān)督評價中心)

0 引 言

VOCs是參與大氣光化學(xué)反應(yīng)的有機化合物，是形成大氣O3及PM2.5的重要前體物，是導(dǎo)致霧霾天氣形成的主要原因之一，加強VOCs治理是現(xiàn)階段控制O3和PM2.5污染的有效途徑，也是油田實現(xiàn)節(jié)約資源、提高效益、減少安全隱患的有力手段。

《大氣污染防治行動計劃》實施以來，我國相繼出臺了《“十三五”揮發(fā)性有機物污染防治工作方案》《揮發(fā)性有機物無組織排放控制標(biāo)準(zhǔn)》《重點行業(yè)揮發(fā)性有機物綜合治理方案》《2020年揮發(fā)性有機物治理攻堅方案》等系列標(biāo)準(zhǔn)和文件，各省市亦先后發(fā)布實施VOCs綜合治理方案和行動計劃，2020年12月8日GB 39728—2020《陸上石油天然氣開采工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》[1]正式發(fā)布，從國家和地方生態(tài)環(huán)境主管部門密集出臺VOCs綜合治理方案和日益嚴(yán)格的執(zhí)法形勢可以看出，對于油氣生產(chǎn)單位來說，“十四五”期間，VOCs綜合治理將是大氣污染防治的重中之重。

1 標(biāo)準(zhǔn)解讀

1.1 標(biāo)準(zhǔn)生效時間

GB 39728—2020《陸上石油天然氣開采工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定新建企業(yè)自2021年1月1日起，現(xiàn)有企業(yè)自2023年1月1日起，油氣田大氣污染物排放控制按照本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定執(zhí)行。

標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定“現(xiàn)有原油儲罐因特殊情況需延遲排放控制改造的，不應(yīng)晚于最近一個停工檢修期”，SY/T 5921—2017《立式圓筒形鋼制焊接油罐操作維護修理規(guī)范》[2]第5.1.1條明確“油罐的修理周期一般為6～9年”，因此，油氣田現(xiàn)有原油儲罐改造周期可適當(dāng)延遲。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)適用范圍

GB 39728—2020《陸上石油天然氣開采工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》適用于陸上油氣田、灘海陸采油氣田和海上油氣田陸岸終端的油氣開采活動。

標(biāo)準(zhǔn)中所指的重點地區(qū)為《打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計劃》(國發(fā)〔2018〕22號)和《重點區(qū)域大氣污染防治“十二五”規(guī)劃》(國函〔2012〕146號)中規(guī)定的地區(qū)。

1.3 油氣生產(chǎn)單位VOCs治理管控重點環(huán)節(jié)

油氣生產(chǎn)過程主要包括采油/氣、油氣集輸至站場、油氣初步加工處理、儲存與外輸?shù)冗^程。油氣生產(chǎn)時，原油與伴生天然氣、水的混合物一起采出，通過二級或三級布站等方式，經(jīng)計量、接轉(zhuǎn)等集輸至油氣集中處理站，并在站內(nèi)進行油氣及水處理。通過對油氣生產(chǎn)單位的生產(chǎn)設(shè)施和生產(chǎn)現(xiàn)狀情況進行調(diào)查梳理，確定VOCs治理管控排放源主要為：揮發(fā)性有機液體儲存、揮發(fā)性有機液體裝載、廢水集輸和處理系統(tǒng)、設(shè)備與管線組件動靜密封點泄漏、火炬系統(tǒng)、其他有組織排放源、企業(yè)邊界無組織排放控制7個方面[3]，由于油氣生產(chǎn)單位儲罐數(shù)量多、容量大、年周轉(zhuǎn)次數(shù)較高，因此，揮發(fā)性有機液體儲存為油氣生產(chǎn)單位VOCs治理管控重點環(huán)節(jié)。

2 揮發(fā)性有機液體儲存

對于天然氣凝液、液化石油氣、1號穩(wěn)定輕烴儲存來說，GB 39728—2020《陸上石油天然氣開采工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》嚴(yán)格控制該類強揮發(fā)性液體的VOCs排放，即不分儲罐容積大小，一律要求采用壓力罐或低壓罐實現(xiàn)密閉儲存。

對于2號穩(wěn)定輕烴來說，不分儲罐容積大小，一律要求采用“浮頂罐+高效密封”或“固定頂罐+油氣回收”。

對于原油來說，GB 39728—2020《陸上石油天然氣開采工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》對真實蒸氣壓界限、原油儲罐罐容等均做了明確要求，并將儲存原油的已建儲罐和新建儲罐按照罐容進行了區(qū)分。原油儲存控制要求見表1。

表1 原油儲存控制要求

下面以某油田(地處非重點地區(qū))范圍已建的原油儲罐為例進行梳理，主要涉及以下5種功能儲罐，依據(jù)GB 39728—2020《陸上石油天然氣開采工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》要求，確定治理范圍。

1)井場儲油罐

油田內(nèi)已建單井井場及集中拉油點設(shè)置的儲油罐罐容通常為20～40 m3，不超過100 m3，因此這些井場儲油罐均不在標(biāo)準(zhǔn)要求治理范圍內(nèi)。

2)凈化油儲罐

油田站場內(nèi)凈化油儲罐一般為固定頂常壓儲罐，用于儲存未穩(wěn)定原油，該類儲罐罐容大于100 m3且經(jīng)檢測原油真實蒸氣壓大于66.7 kPa時該類儲罐需要進行治理。

3)含水油/凈化油事故罐

通常站場內(nèi)設(shè)置的事故罐在正常生產(chǎn)情況下應(yīng)處于空罐狀態(tài)，只有在事故情況下才運行，因此事故罐不在治理范圍內(nèi)。

4)含油污水沉降罐

放水站、轉(zhuǎn)油放水站、脫水站以及污水站內(nèi)設(shè)置的污水沉降罐一般接收處理設(shè)備沉降出的含油污水，按照不同驅(qū)替方式，采出液所需要的沉降時間亦不同，一般為2～8 h，進入污水站的原水含油量一般為1 000～3 000 mg/L，且污水沉降罐設(shè)置了連續(xù)收油裝置，對罐頂污油進行連續(xù)回收。根據(jù)GB 50183—2004《石油天然氣工程設(shè)計防火規(guī)范》[4]第6.4.1條“沉降罐頂部積油厚度不應(yīng)超過0.8 m”，即罐中污油最大儲存厚度不超過800 mm，在非連續(xù)收油情況下計算不同罐容(500～5 000 m3)的污水沉降罐中含水率在89%以上。根據(jù)揮發(fā)性有機液體的定義，污水沉降罐即使在沒有采取連續(xù)收油的情況下其含水率亦大于80%，沉降罐中儲存介質(zhì)不屬于揮發(fā)性有機液體，因此該罐不在治理范圍內(nèi)。

5)浮頂罐

目前，油田已建浮頂罐均屬外浮頂罐，且浮盤與罐壁之間采用雙重密封，儲存介質(zhì)絕大部分為穩(wěn)定原油。已建的外浮頂儲罐采用兩種密封形式，即：囊式密封+彈性壓板，高效全補償彈片式膜密封+全補償覆膜式密封。

囊式密封即由彈性編織物密封袋和內(nèi)部填充液體、彈性泡沫等膨脹介質(zhì)組成，彈性壓板由油氣隔膜、承壓板和橡膠刮板組成。其優(yōu)點是一次性投資較低，但其補償范圍小，R(-80/+80)，居中性能差，易造成浮盤偏移，不能適應(yīng)油罐橢圓變形，并且按照當(dāng)時相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，未對是否浸液做出明確要求。通過對其結(jié)構(gòu)進行分析核算，綜合考慮浮頂自重及安裝結(jié)構(gòu)形式，以10×104m3外浮頂儲罐為例，浮頂高度800 mm，密封安裝總高340 mm，浮盤自重下沉150 mm，計算得出囊式密封距離液面的高度，800-340-150=310 mm。同理將油田其它規(guī)格外浮頂儲罐進行核算，得出5×104m3儲罐囊式密封距離液面的高度為315 mm，15×104m3儲罐囊式密封距離液面的高度為360 mm，均與儲液未接觸，即為非浸液式密封，不滿足現(xiàn)行一次密封采用浸液式、機械式鞋形等高效密封方式的要求[5]。但因該類外浮頂儲罐儲存介質(zhì)為穩(wěn)定原油，通過對原油真實蒸氣壓進行檢測，結(jié)果均小于27.6 kPa，因此不在標(biāo)準(zhǔn)要求治理范圍內(nèi)。囊式密封結(jié)構(gòu)示意見圖1，彈性壓板結(jié)構(gòu)示意見圖2。

圖1 囊式密封結(jié)構(gòu)示意

圖2 彈性壓板結(jié)構(gòu)示意

高效全補償彈片式膜密封由不銹鋼彈性板、耐油抗老化薄膜、支撐板組成，全補償覆膜式密封由雙層耐油抗老化膜，不銹鋼彈性板、邊緣密封條組成[6]。其優(yōu)點是補償范圍大，R(-100/+300)，具有浮盤居中能力，適應(yīng)油罐橢圓形變形，密封性能較好，滿足GB 39728—2020《陸上石油天然氣開采工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中一次密封采用高效密封方式的要求，但其投資較高。高效全補償彈片式膜密封結(jié)構(gòu)示意見圖3，全補償覆膜式密封結(jié)構(gòu)示意見圖4。

圖3 高效全補償彈片式膜密封結(jié)構(gòu)示意

圖4 全補償覆膜式密封結(jié)構(gòu)示意

3 結(jié) 論

按照GB 39728—2020《陸上石油天然氣開采工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》揮發(fā)性有機液體儲存排放控制要求，對某油田現(xiàn)有原油儲罐進行梳理，明確該油田僅凈化油儲罐不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，需要采取油罐烴蒸氣回收措施進行治理。通過對油氣田上游業(yè)務(wù)烴蒸氣回收技術(shù)進行調(diào)查，目前普遍采用大罐抽氣裝置回收烴蒸氣。大罐抽氣原理是通過檢測儲罐內(nèi)部壓力，儲罐內(nèi)部達到設(shè)定壓力時，壓縮機啟動抽取儲罐內(nèi)部的氣體，降低儲罐壓力，避免油氣通過呼吸閥排放到大氣中。由于儲罐的氣量不連續(xù)，氣量小且氣量不穩(wěn)定，導(dǎo)致合適的壓縮機很難選擇，大罐抽氣裝置長期穩(wěn)定運行較困難。目前，某公司推出的油氣揮發(fā)抑制回收系統(tǒng)利用其在石化、煉化企業(yè)自動化過程控制(分析小屋尾氣回收系統(tǒng))的經(jīng)驗，可實現(xiàn)氣量在零至設(shè)定氣量時均能做到持續(xù)抽氣、補氣，有效彌補大罐抽氣裝置不足，但該系統(tǒng)在油氣田企業(yè)尚無成熟應(yīng)用案例，回收效果有待市場檢驗。