楊永虎，董改利，曹云飛，任崇新，張磊

（中國石油獨(dú)山子石化分公司，新疆獨(dú)山子 833699）

某石化企業(yè)儲運(yùn)聯(lián)合車間常全壓裝置位于化工新區(qū)裝置東南角，東臨預(yù)留化工罐區(qū)、西鄰煉油中間罐區(qū)，南北在廠3 路與廠5 路之間，主要負(fù)責(zé)化工新區(qū)各裝置原料和產(chǎn)品的存儲及輸轉(zhuǎn)。各常壓儲罐大小呼吸排放的VOCs 惡臭尾氣包括有機(jī)烴、H2S、硫醚、硫醇等，影響了裝置周邊環(huán)境。2014年新建1 套采用“堿液+柴油”吸收除臭系統(tǒng)，將各儲罐揮發(fā)的尾氣集中收集后進(jìn)行除臭，改善了裝置環(huán)境[1]?！妒突瘜W(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 31571-2015）實(shí)施后，為進(jìn)一步減少罐區(qū)VOCs 惡臭氣體排放，新增1 套焚燒設(shè)備（CEB-1200），增加了廢氣收集設(shè)施，把收集的廢氣通過離心風(fēng)機(jī)加壓后由管道輸送至新增廢氣焚燒設(shè)備進(jìn)行焚燒處理。同時(shí)對常壓罐區(qū)11座儲罐的罐體外壁粉刷防曬漆，將儲罐的呼吸閥、阻火器、緊急泄壓人孔進(jìn)行了成套更換，達(dá)到了環(huán)保指標(biāo)的排放要求，且現(xiàn)場安全運(yùn)行無異味。但在實(shí)際運(yùn)行中焚燒爐不穩(wěn)定、燃料氣及資源浪費(fèi)大，不滿足公司“節(jié)能減排、降本增效”的總體要求。

1 焚燒設(shè)備治理項(xiàng)目簡介及流程

儲運(yùn)聯(lián)合車間常全壓裝置11臺常壓儲罐頂部的氣相通過在呼吸閥下部增加三通將尾氣抽出，引至風(fēng)機(jī)55-K-401增壓，并經(jīng)新增分液罐CEB-T-101排液后送往新增焚燒設(shè)備CEB-1200 處理。常壓儲罐排放的VOCs 尾氣在預(yù)混室內(nèi)混合并通過噴射器進(jìn)入新增焚燒設(shè)備，依據(jù)尾氣的熱值配比適量的助燃?xì)怏w（由變頻風(fēng)機(jī)提供100%的燃燒空氣）在焚燒設(shè)備中燃燒。尾氣進(jìn)CEB-1200是讓VOCs尾氣湍流后充分混合。廢氣和空氣形成的混合物再經(jīng)內(nèi)部分散器送至頂部的燃燒器（該燃燒器采用鐵鉻合金材質(zhì)的纖維編制構(gòu)成，此結(jié)構(gòu)使用Bekaert專利燃燒器技術(shù)，可形成數(shù)百萬個(gè)曲折路徑供氣體通過），使尾氣和空氣混合完全后進(jìn)行燃燒，保持燃燒溫度在1 100～1 200 ℃，此混合過程是CEB-1200處理尾氣的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，示意流程見圖1，要求引風(fēng)機(jī)和CEB-1200 根據(jù)儲罐的壓力間歇運(yùn)行。1號工業(yè)水廢氣線的手閥保持全開，尾氣量通過風(fēng)機(jī)入口調(diào)節(jié)閥自動(dòng)調(diào)節(jié)，CEB-1200自動(dòng)運(yùn)行，常壓罐區(qū)引風(fēng)機(jī)55-K-401 的入口閥門根據(jù)儲罐的運(yùn)行壓力維持開度在8%～25%，為避免回流引起風(fēng)機(jī)出口溫度高，風(fēng)機(jī)出口的回流閥門保持關(guān)閉，同時(shí)在風(fēng)機(jī)的出口設(shè)值高壓聯(lián)鎖停機(jī)邏輯，異常情況下對風(fēng)機(jī)進(jìn)行保護(hù)。此運(yùn)行工況設(shè)置引風(fēng)機(jī)的出口壓力為12～25 kPa，運(yùn)行比較穩(wěn)定。CEB-1200 聯(lián)鎖時(shí)，需要常全壓裝置內(nèi)操崗位人員迅速將風(fēng)機(jī)的回流閥門開至80%開度以上，避免風(fēng)機(jī)喘振，外操崗位人員到現(xiàn)場將風(fēng)機(jī)停機(jī)；CEB-1200 啟動(dòng)正常后，外操崗位人員重新啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，在1 號工業(yè)水把VOCs 尾氣閥門打開向CEB-1200 引尾氣后，內(nèi)操崗位人員需將回流調(diào)節(jié)閥門的開度關(guān)至0%，并由現(xiàn)場人員確認(rèn)風(fēng)機(jī)無喘振現(xiàn)象，且常壓儲罐的壓力保持平穩(wěn)或穩(wěn)定下降趨勢。風(fēng)機(jī)或者常壓儲罐壓力出現(xiàn)異常時(shí)，崗位人員需及時(shí)匯報(bào)值班領(lǐng)導(dǎo)和裝置專業(yè)技術(shù)人員，控制儲罐的壓力≤0.8 kPa，常壓罐區(qū)各儲罐的VOCs尾氣引至CEB-1200 進(jìn)行1 175 ℃的高溫焚燒，以達(dá)到VOCs尾氣總排口中的非甲烷總烴含量≤120 mg/m3、裝置周邊網(wǎng)格化監(jiān)測非甲烷總烴含量≤4 mg/m3的指標(biāo)要求，確保現(xiàn)場VOCs監(jiān)控和異味管控同時(shí)達(dá)標(biāo)[2]。

圖1 全常壓罐區(qū)尾氣收集、焚燒流程

2 焚燒爐運(yùn)行存在原理及問題

2.1 運(yùn)行原理

CEB-1200以天然氣、廢氣為原料，在設(shè)定溫度內(nèi)將廢氣在燃燒器（具有Bekaert專利技術(shù)的Bekinit燃燒編制絲網(wǎng)構(gòu)成）進(jìn)行明火燃燒以達(dá)到環(huán)保排放要求。CEB-1200爐膛直徑1.37 m，高度8.5 m，直筒狀開口，設(shè)備上方連接有6.7 m 的延長煙囪。燃燒過程中燃燒空氣100%由變頻風(fēng)機(jī)輸送。來自常壓罐區(qū)罐頂?shù)膹U氣在預(yù)混室內(nèi)混合后通過廢氣噴射器進(jìn)入CEB。如需要可提供助燃?xì)怏w進(jìn)入燃燒系統(tǒng)，讓廢氣湍流進(jìn)行充分混合。廢氣和空氣的混合物通過分散器傳輸至頂部燃燒器。CEB-1200 點(diǎn)火執(zhí)行自動(dòng)程序控制，啟動(dòng)程序后依次自動(dòng)啟動(dòng)風(fēng)機(jī)進(jìn)行60 s吹掃、天然氣點(diǎn)火裝置點(diǎn)火、達(dá)到設(shè)定溫度后主天然氣供應(yīng)點(diǎn)爐，自動(dòng)引入廢氣燃燒，CEB-1200開始正常燃燒工作，進(jìn)入自動(dòng)調(diào)節(jié)運(yùn)行程序。

2.2 運(yùn)行問題

CEB-1200 焚燒裝置是根據(jù)廢氣壓力及溫度來判斷燃燒工況是否正常，但在廢氣組分發(fā)生變化，壓力沒有變化或稍有變化時(shí)，系統(tǒng)不能辨別組分變化，會出現(xiàn)燃燒溫度突升或驟降，當(dāng)PLC調(diào)節(jié)滯后或調(diào)節(jié)幅度過大會時(shí)會造成CEB爐高溫或低溫聯(lián)鎖跳停。另外，CEB-1200表面分布網(wǎng)長期工作在高溫環(huán)境下出現(xiàn)局部損壞會造成“回火”，致使燃燒頭爆燃燒毀，需要定期進(jìn)行更換。

根據(jù)CEB-1200 運(yùn)行情況統(tǒng)計(jì)：2018年總計(jì)停爐56 次，其中因風(fēng)機(jī)、引燃點(diǎn)火、熱偶、等故障問題停爐21 次，因廢氣組份波動(dòng)、煙道溫度高聯(lián)鎖、阻火器壓差高等原因造成停爐或無法啟動(dòng)35次；2019年總計(jì)停爐及冒黑煙30次，其中4次為正常檢修，聯(lián)鎖停爐23次，冒黑煙3次。CEB-1200在運(yùn)行過程中無法連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，嚴(yán)重影響了現(xiàn)場異味管控。

2.3 廢氣處理成本

常壓罐區(qū)11 臺儲罐（總?cè)莘e132 000 m3），廢氣經(jīng)收集后，由風(fēng)機(jī)增壓后送至CEB-1200 焚燒處理。其中CEB-1200按照年運(yùn)行8 000 h計(jì)算年運(yùn)行成本約163.28 萬元，見表1；11 臺儲罐排放等廢氣根據(jù)廢氣排放量、廢氣中可燃烴濃度、廢氣排放時(shí)間等計(jì)算，每年廢氣焚燒損失烴類約1 139.4噸，廢氣中約50%為碳五及以上組份，約569.7 噸可作為石腦油回收利用，其余569.7 噸可作為燃料氣回收使用?，F(xiàn)有常壓罐區(qū)廢氣CEB-1200 處理系統(tǒng)運(yùn)行資源浪費(fèi)大，不滿足公司節(jié)能減排、降本增效總體要求。

表1 CEB-1200 焚燒設(shè)備運(yùn)行成本

（1）廢氣排放量[3]：風(fēng)機(jī)55-K-401最大風(fēng)量為2 520 m3/h。其中，儲罐小呼吸量按照儲罐平均液位50%，罐內(nèi)氣體2小時(shí)溫升20 ℃計(jì)算，小呼吸量不大于2 332 m3/h；大呼吸按照間歇收付油進(jìn)行計(jì)算不大于380 m3/h，收付料狀態(tài)見表2。

表2 常壓罐區(qū)儲罐收付料狀態(tài)

（2）廢氣濃度：參照儲罐在受到熱輻射上升時(shí)段和低峰時(shí)段對應(yīng)風(fēng)機(jī)55-K-401B出口的廢氣樣品分析數(shù)據(jù)，以及風(fēng)機(jī)入口在線氧分析儀數(shù)值取0.6%（v/v），利用反減法計(jì)算得出可燃烴濃度最大為14.59%（v/v），最小為6.15%（v/v）。

（3）廢氣排放時(shí)間：為了平衡CEB-1200 和儲罐之間的穩(wěn)定運(yùn)行，儲罐大、小呼吸作用衰減后將CEB-1200入口閥門關(guān)閉。通過對CEB-1200投用后的廢氣組成變化進(jìn)行綜合分析：夏季5月1日～10月15日共170天，每日高濃度廢氣時(shí)段為8:00～17:00，約9 h；低濃度廢氣時(shí)段為17:00～20:30 和次日6:30～8:00共約5 h，其余時(shí)段為無廢氣時(shí)段，期間尾氣濃度按最高值的50%估算，夏季每日高濃度運(yùn)行時(shí)間9+5/2＝11.5 h，夏季工況廢氣烴濃度按12%計(jì)算。冬季10月15日～次年4月30日共195天，每日高濃度廢氣時(shí)段為10:00～16:00約6 h；低濃度廢氣時(shí)段為16:00～20:00 和次日8:00～10:00 共6 h，濃度按最高值50%計(jì)算，其余時(shí)段為無廢氣時(shí)段，折合每日高濃度運(yùn)行時(shí)間6+6/2＝9小時(shí)，冬季工況廢氣烴濃度按10%計(jì)算。

由于常壓罐區(qū)風(fēng)機(jī)無流量計(jì)，廢氣風(fēng)機(jī)最大能力為2 520m3/h，夏季風(fēng)機(jī)負(fù)荷比在30%～60%之間（取恒定45%核算），則風(fēng)機(jī)輸出量保守在1 134 m3/h；冬季風(fēng)機(jī)負(fù)荷在10%～30%之間（取恒定20%核算），則風(fēng)機(jī)輸出量保守在504 m3/h，廢氣組成按C5計(jì)算，分子量72，密度為72/22.4＝3.214 kg/m3。

綜上，CEB-1200 夏季焚燒的物料量為12%×1 134×72/22.4×11.5×170＝855.1噸，冬季焚燒的物料量為10%×504×72/22.4×9×195＝284.3噸，全年廢氣焚燒時(shí)損失的烴類物料為855.1+284.3＝1 139.4噸。

3 優(yōu)化改進(jìn)方案

3.1 優(yōu)化方案的確定

本著宜收皆收、降本增效的原則，經(jīng)現(xiàn)場勘查和統(tǒng)籌考慮，乙烯廠將常壓罐區(qū)VOCs 尾氣計(jì)劃引至乙烯二聯(lián)合車間裂解爐進(jìn)行處理，并先后聯(lián)系兩家設(shè)計(jì)單位核實(shí)廢氣進(jìn)裂解爐處理方案的可行性。根據(jù)兩家單位的評估意見，結(jié)合乙烯二聯(lián)合車間6#/7#裂解爐加工原料裝置VOCs尾氣的經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為常壓罐區(qū)尾氣進(jìn)6#、7#爐燃燒方案可行，但存在以下事項(xiàng)可進(jìn)一步優(yōu)化。改造后流程見圖2。

圖2 常壓罐區(qū)VOCs尾氣治理優(yōu)化改造流程

（1）裂解爐NOx容易超標(biāo)。應(yīng)對措施：利用底部燃燒器的蒸汽噴槍可以有效降低NOx生產(chǎn)量，需增加蒸汽耗量。

（2）廢氣中C4、C5組份含量高，熱值高，影響裂解爐熱場分布。應(yīng)對措施：通過改造，利用常全壓裝置乙烯冷凍機(jī)脫除常壓罐區(qū)廢氣中的重組分，降低對裂解爐的影響。

（3）廢氣加工量大，乙烯二聯(lián)合車間6#、7#裂解爐無法全部加工。應(yīng)對措施：一是根據(jù)6#、7#裂解爐加工廢氣實(shí)際情況，增加5#裂解爐加工廢氣的工藝流程，后期如加工量仍不足，可再增加裂解爐。二是常壓裝置CEB-1200作為備用，在廢氣量較高、裂解爐無法全部加工的工況下，利用CEB-1200平衡部分廢氣，以確保常全壓裝置現(xiàn)場異味受控。

乙烯廠最終確定常壓罐區(qū)VOCs 尾氣送乙烯聯(lián)合車間的管道走向，乙烯二聯(lián)合車間裂解爐接收常壓罐區(qū)尾氣的方案和工藝流程設(shè)置。對常壓罐區(qū)廢氣治理方案改進(jìn)如下：將常壓罐區(qū)廢氣自分液罐CEB-T101出口三通引出，沿地面布管線至乙烯廠1#火炬南側(cè)管廊上，并借用乙烯二聯(lián)合到2#火炬的排放線、原料裝置VOCs 尾氣至6#/7#裂解爐的尾氣線，將常壓罐區(qū)與原料裝置尾氣合并送至6#/7#裂解爐處理，增加5#裂解爐處理尾氣等流程，增加尾氣處理量，實(shí)現(xiàn)5#/6#/7#裂解爐二臺運(yùn)行一臺備用，CEB-1200焚燒設(shè)備停爐應(yīng)急備用。

3.2 優(yōu)化方案的控制要求

為保證儲運(yùn)聯(lián)合車間常壓罐區(qū)尾氣送乙烯二聯(lián)合車間裂解爐進(jìn)行處理項(xiàng)目順利投用，乙烯廠組織相關(guān)單位進(jìn)行討論，編制了尾氣投用裂解爐方案，以確保尾氣投用過程中裂解爐平穩(wěn)運(yùn)行和煙氣中NOx排放指標(biāo)受控。應(yīng)急處理和注意事項(xiàng)：

（1）該廢氣線的投用，以乙烯二聯(lián)合裂解爐平穩(wěn)運(yùn)行及氮氧化物指標(biāo)合格為調(diào)整原則。常全壓裝置風(fēng)機(jī)入口調(diào)節(jié)閥及分液罐入口調(diào)節(jié)閥的操作應(yīng)緩慢，嚴(yán)禁速開速關(guān)。

（2）儲運(yùn)聯(lián)合車間罐區(qū)尾氣并入6#、7#裂解爐期間，如果6#、7#爐NOx≥90 mg/m3時(shí)，儲運(yùn)聯(lián)合車間立即停止并入常壓罐區(qū)VOCs 尾氣，乙烯二聯(lián)合車間進(jìn)行調(diào)整觀察；待6#、7#爐NOx≤90 mg/m3后，儲運(yùn)聯(lián)合車間繼續(xù)并入常壓罐區(qū)VOCs 尾氣。如果6#、7#爐NOx≥95 mg/m3時(shí)，乙烯二聯(lián)合車間投用6#、7#爐霧化蒸汽，確保煙氣中氮氧化物排放指標(biāo)合格。

（3）該投用過程中常全壓裝置保持CEB-1200正常運(yùn)行，如乙烯二聯(lián)合車間裂解爐引入廢氣的過程中出現(xiàn)波動(dòng)，根據(jù)調(diào)度指令及時(shí)切出廢氣，將廢氣并入CEB-1200處理。

（4）如果投用期間6#或7#裂解爐出現(xiàn)聯(lián)鎖停車時(shí)乙烯二聯(lián)合車間及時(shí)匯報(bào)調(diào)度，通知儲運(yùn)聯(lián)合車間停止并入VOCs尾氣，裂解爐聯(lián)鎖停車乙烯二聯(lián)合車間按照裂解爐緊急停車處理進(jìn)行應(yīng)急操作。

3.3 優(yōu)化方案的投用

在改造方案投用前編制了項(xiàng)目投用方案，方案審批，要求儲運(yùn)聯(lián)合車間與乙烯二聯(lián)合車間確認(rèn)新增尾氣處理管線已經(jīng)吹掃、氣密及置換合格，管線具備投用條件；相關(guān)工藝流程設(shè)置正確、隔離盲板加裝完成；相關(guān)工藝控制參數(shù)在要求指標(biāo)范圍內(nèi)；應(yīng)急控制措施已準(zhǔn)備就緒。

4月13日13:20分，儲運(yùn)聯(lián)合常壓罐區(qū)VOCs至6#、7#爐管線投用，投用后現(xiàn)場檢查正常。18:00由于常壓罐區(qū)儲罐壓力低，儲運(yùn)聯(lián)合車間停風(fēng)機(jī)，罐區(qū)尾氣停止送裂解爐。常壓罐區(qū)尾氣送乙烯二聯(lián)合車間優(yōu)化措施按照白天投用、夜間停用運(yùn)行，期間CEB-1200維持天然氣運(yùn)行，乙烯聯(lián)合車間裂解爐處理常壓罐區(qū)尾氣連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行三天后停用CEB-1200。

4 運(yùn)行效果評價(jià)

4.1 裂解爐運(yùn)行效果

常壓罐區(qū)VOCs 尾氣進(jìn)入乙烯二聯(lián)合車間6#、7#裂解爐后，尾氣燃燒提供了一部分熱量。對比4月20日—4月26日6#、7#裂解爐燃料氣消耗總量見圖3，在裂解爐相同負(fù)荷下，尾氣并入后裂解爐燃料氣平均減少約400～500 kg/h。綜合考慮常壓罐區(qū)VOCs 尾氣揮發(fā)量和全年氣溫變化情況，按照每年4—10 月共7 個(gè)月作為夏季工況進(jìn)行測算，每年11月—次年3 月共5 個(gè)月作為冬季工況并按照以上測算數(shù)據(jù)50%估算，全年總計(jì)可節(jié)省燃料氣約1 687.3噸，節(jié)省裂解爐運(yùn)行成本約310.46萬元。

圖3 6#、7#裂解爐燃料氣消耗量變化情況

4.2 存在問題及處理措施

根據(jù)6#、7#裂解爐處理常壓罐區(qū)VOCs尾氣的實(shí)際運(yùn)行情況，存在以下問題需要重點(diǎn)關(guān)注和預(yù)防：

（1）6#、7#裂解爐爐膛內(nèi)直觀火焰效果變差，火焰發(fā)飄，見圖4。表現(xiàn)為爐膛內(nèi)明火加劇，火焰亂竄，舔舐爐管及爐墻。主要原因是原料裝置罐區(qū)VOCs量較小約500 Nm3/h，常壓罐區(qū)VOCs尾氣并入后尾氣量增大、壓力低，導(dǎo)致燃燒效果較之前差。

圖4 常壓罐區(qū)尾氣進(jìn)入7#裂解爐前后爐膛內(nèi)火焰情況對比

（2）在常壓罐區(qū)VOCs 尾氣并入時(shí)，因尾氣燃燒產(chǎn)生一定的熱量，裂解爐需要減少燃料氣補(bǔ)入量進(jìn)行調(diào)整；在常壓罐區(qū)VOCs 尾氣切出時(shí)，因尾氣撤出熱量損失，需要裂解爐及時(shí)補(bǔ)入天然氣。在并入和切出時(shí)均會影響裂解爐爐管出口COT溫度波動(dòng)幅度約10～20 ℃；若在VOCs投用時(shí)并入較快，會造成裂解爐無氧燃燒，同時(shí)造成氮氧化物波動(dòng)。

（3）對6#、7#裂解爐爐管及爐墻進(jìn)行測溫，常壓罐區(qū)VOCs 尾氣投用前裂解爐南北兩側(cè)爐管及爐墻溫度偏差約10 ℃；投用后南北兩側(cè)爐管及爐墻溫度偏差約15～20 ℃，爐膛內(nèi)熱場分布偏差略有增加。

（4）通過熱成像對裂解爐膛熱負(fù)荷分布進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)在常壓罐區(qū)VOCs 尾氣投用后爐膛熱負(fù)荷分布較投用前有一定偏差，需要現(xiàn)場調(diào)整各燃燒器的燃料氣量進(jìn)行平衡熱分布。

綜上，常壓罐區(qū)VOCs 尾氣并入6#、7#裂解爐，爐膛火焰燃燒情況差，火焰舔舐爐管及爐墻等問題在長期的運(yùn)行過程中可能會對爐管及爐墻使用 壽命產(chǎn)生影響。針對VOCs 燃燒對爐管及爐墻的影響，在裝置日常運(yùn)行過程中需運(yùn)行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)匯報(bào)處理，裂解爐檢修時(shí)對6#、7#爐爐管及爐墻進(jìn)行重點(diǎn)檢查。另外，常壓罐區(qū)VOCs 尾氣排放是一個(gè)間歇排放過程，在尾氣進(jìn)入和切出裂解爐爐膛的瞬間，對裂解爐COT 溫度和爐膛熱場分布波動(dòng)較大，需要儲運(yùn)聯(lián)合車間在輸送或中斷尾氣供應(yīng)時(shí)，及時(shí)和乙烯二聯(lián)合車間進(jìn)行聯(lián)系，崗位內(nèi)操人員要隨時(shí)關(guān)注6#、7#裂解爐的COT 溫度和NOx變化，及時(shí)調(diào)整，防止裂解爐COT溫度劇烈波動(dòng)，同時(shí)調(diào)控氧含量，避免氮氧化物在線監(jiān)測超標(biāo)。

5 小結(jié)

常壓罐區(qū)VOCS 尾氣進(jìn)入乙烯二聯(lián)合車間6#、7#裂解爐后，一是6#、7#裂解爐燃燒常壓罐區(qū)的尾氣替代裂解爐日常運(yùn)行消耗的燃料氣，年節(jié)省運(yùn)行成本310.46萬元；二是儲運(yùn)聯(lián)合車間全常壓裝置CEB-1200在尾氣并入裂解爐處理后停止運(yùn)行，年節(jié)省運(yùn)行成本163.28萬元；合計(jì)節(jié)省運(yùn)行成本473.74萬元/年，達(dá)到了節(jié)能減排、降本增效的目的。另一方面，也避免了CEB-1200 運(yùn)行過程頻繁故障和聯(lián)鎖問題，確保了儲運(yùn)聯(lián)合車間全常壓罐區(qū)異味管控達(dá)到環(huán)境治理要求。