炼化企业涉苯罐区VOCs解决方案及对策

编 辑 | 化工活动家

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关键词|涉苯罐区  VOCs  治理措施

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导 读

VOCs是挥发性有机物的总称。近年来，我国石油化工行业迅速发展，石油产品在生产制造、储存及使用过程中会产生大量的VOCs，对人们的日常生活、身体健康和环境质量造成极大影响。另外，由于石化行业具有原辅材料众多、工艺复杂等特点，造成排放源较多，尤其是无组织泄漏挥发情况相对比较严重。为此，国家针对石化行业提出了《石化行业挥发性有机物综合整治方案》、GB 37822-2019《挥发性有机物无组织排放控制标准》等相关制度和标准，随之也产生了吸收法、吸附法、冷凝法、燃烧法、生物法及低温等离子体法等不同的VOCs处理方法。不同企业可结合自身实际，按照经济合理、技术可行的原则，选择最优处理技术治理VOCs。 

涉苯罐区概况

某炼厂的涉苯罐区有两个，分别是15号罐区、17号罐区，其中，15号罐区有9台储罐，储罐结构均为内浮顶，储存介质为苯、对二甲苯、重芳烃，储存温度30℃±10℃，正常收、发油量为30m3/h、30m3/h，最大收、发油量为140m3/h、140m3/h；17号罐区有14台储罐，储罐结构均为内浮顶，储存介质为邻二甲苯、回炼芳烃、歧化原料等，储存温度为常温，正常收、发油量为50m3/h、40m3/h，最大收、发油量为120m3/h、150m3/h。

 

罐区部分储罐呼吸阀处的恶臭气体监测数据见下表。

由上表可知，15号、17号罐区在储运过程中挥发产生了大量油气，如果不对其进行有效地回收利用，一是会造成较大的油气损失、减少经济效益；二是部分储罐油气中的苯、二甲苯、乙基苯及其他碳氢化合物被工作人员吸入后，可对人体健康构成较大威胁；三是储罐挥发出来的芳烃蒸气被紫外线照射以后，会与空气中其他有害气体发生一系列光化学反应，形成毒性更大的污染物，带来更严重的环境问题。

涉苯罐区VOCs治理工艺

为满足相关要求，按照“资源化、无害化”的原则，充分利用炼油厂现有瓦斯回收系统的优势，通过增上引风机收集各储罐罐顶气，将收集到的油气进行分液后送至低压瓦斯系统，再到气柜增压后送入高压瓦斯系统，最终作为加热炉燃料进行焚烧。

其中，氮封系统的控制方案是：当罐内压力降至200Pa时，氮封阀开启向罐内补充氮气；当罐内压力升至500Pa时，氮封阀关闭停止补充氮气。油气回收系统的控制方案是：每个罐组油气汇总线上的气动阀与该罐组油气回收汇总线上的压力远传及每个罐上的压力远传信号联锁，即一个罐组中N个储罐压力中有一个达到1100Pa(900Pa)时，且汇总线压力同时达到该值时，切断阀打开(关闭)，即单罐压力N选一，然后互与总管压力二选二。

 

变频风机的控制方案是：风机出口切断阀(DN150)与电机联锁，风机电机与风机入口氧含量检测仪表、压力远传、风机出口压力远传、远传温度计信号联锁，具体过程为：

①当风机出口的压力升至80kPa时，先风机停运，再风机出口切断阀关闭。

②当风机出口温度达90℃时，先风机停运，再风机出口切断阀关闭。

③当风机入口氧含量≥2％时，先风机停运，再风机出口切断阀关闭。

④其他事故状态下，先风机停运，再风机出口切断阀关闭。

⑤当风机进口压力高于900Pa时，变频电机为最大电流状态；当风机进口压力低于500Pa时，变频电机为最小电流状态。

涉苯罐区存在的问题

1

源头VOCs产生量大

罐密封变差导致源头VOCs产生量较大。

①密封圈老化等导致密封变差。目前，涉苯罐区的储罐均采用内浮顶+氮封技术。在实际存储中，由于大多数浮盘密封圈的材质是橡胶，年久老化，且浮盘密封圈和罐壁的长时间摩擦和变形，导致密封效果变差，罐内浮盘之上气相空间内的苯、甲苯和二甲苯等挥发量就会增加，在源头上增加了VOCs的产生量，加大了后续VOCs处理负荷。

 

②化学腐蚀导致罐密封变差。由于储罐内介质挥发出的不稳定气态烃中含有不饱和烃，可造成罐壁的化学腐蚀；加上环境气温的变化，储罐内水蒸气易在罐顶、内壁形成凝结水膜，储罐内气体中含有的杂质也会溶解在水膜中，形成电解质溶液，使罐内空气中的氧气通过水膜扩散到罐体金属表面，并在罐壁发生电化学腐蚀。罐壁腐蚀造成罐内壁附着大量浮锈，使罐内浮盘与罐壁密封不好，并导致油气挥发量增加，亦在源头增加了VOCs产生量。

 

③环境温度变化导致密封变差。由于储罐外部的保温层破裂或保温效果下降，不能保证储罐内部温度和压力的相对稳定，当外部环境的气温与储存介质温度有较大温差时，储存介质就要进行“小呼吸”，势必增加了VOCs产生。

2

N2消耗量大

根据氮封的设计原理，氮封消耗N2主要分为三个部分：

一是储罐在发料过程中，由于储罐气相空间发生变化，此时需要补充大量N2来补充储罐压力，理论上需要补充的N2量就等于发料体积；

二是静止储罐由于气温的变化导致其气相空间变化，N2需要补入，理论上这部分的用气量远远小于第一部分；

三是呼吸阀、泄压人孔阀等故障造成N2跑损。

 

通过氮封运行情况发现，涉苯罐区每个储罐的平均N2消耗量折合为34.4m3/h，存在N2消耗量过大的情况，其主要原因就是呼吸阀、泄压人孔阀的橡胶密封圈老化、变形，气密效果变差，导致大量N2泄漏，为维持罐内气相空间压力，N2就要源源不断进行补充，造成N2消耗量大。

3

安全风险大

涉苯罐区是苯、甲苯、二甲苯等产品的主要储存设备，且储存介质均属于危险化学品，大多具有易燃、易爆、易挥发、易积聚静电等特性，一旦发生危险，会造成巨大危害。

 

因此，为使涉苯罐区VOCs治理设施安全有效运行，在处理流程的增压风机前设置了氧含量分析仪表，并与风机电机及风机出口的切断阀联锁，即当风机入口氧含量≥2％(体积比)时，先风机停运，再风机出口切断阀关闭。在氧含量分析仪表出现故障，尤其是油气中氧含量超过2%时，如果引风机没有联锁停运，大量空气就可能进入储罐，形成爆炸空间，存在重大安全风险。

对上述问题的解决对策

1

源头削减VOCs产生

（1）检修储罐密封附件

储罐中VOCs产生的多少，与其附件的浮盘密封圈好坏，呼吸阀、泄压人孔阀的开合效果，以及罐体内壁的腐蚀程度有较大关系。因此，为解决VOCs产生量大的问题，需要从储罐本身进行改造或更换，在源头上减少VOCs的产生。通过检修和紧固浮盘盖板的搭接面，减少浮盘搭接面之间的缝隙，缩小油气挥发空间；更换呼吸阀、泄压人孔阀和量导管护筒，以及浮盘密封圈，保证相应附件的密封及灵活活动的效果，降低储罐内因“动”“静”密封效果不佳而造成的VOCs泄漏。另外，还可减少N2消耗，节约资源。

（2）做好罐体内部防腐和外部保温

在储罐内部，需要重点做好内壁防腐工作。通过日常巡检，及时发现腐蚀情况，再通过倒罐，对腐蚀严重储罐进行除锈，对易腐蚀的部位完成重点防腐作业，确保罐内浮盘与罐壁密封良好，减少油气挥发量空间，从源头削减VOCs产生。在储罐外部，尤其要保证罐体的保温效果。由于储罐保温是一个系统工程，要取得好的保温效果，应该从保温涉及的各个环节入手，解决其中的薄弱环节：

①保温材料的各项指标及其使用必须符合设计要求和有关标准规定，严禁曝晒、雨淋、受潮。

②安装要尽量采用无热桥或少热桥的保温结构，并尽可能对罐顶进行保温，保证运行安全和减少VOCs产生。

③分层保温时，要注意错缝、搭接、障碍处理等细节的落实，避免直通缝的存在，确保保温效果。

 

（3）减少物料收发频次

储罐收受、储存介质时，由于“大呼吸”作用，可大幅增加油气的挥发及VOCs的产生。因此，可通过优化排产计划，增加直供料流程，降低对二甲苯等物料储存量，减少呼吸作用产生的VOCs，还可降低公用介质消耗，降低加工成本，提高经济效益。

2

末端治理VOCs

为保证VOCs的处理效果，需要采取措施保证现有治理设施“安稳长满优”运行：

①严格按照操作规程行事，定期巡检，及时发现问题和解决问题。

②制定突发事件应急预案，保证治理实施一旦出现突发事故，可将事故的影响控制在一定范围内，不对员工和外部环境造成危害；定期进行事故演练，提高员工在事故状态下处理应急事故的能力。

③开展劳动竞赛，以班组为单位，对各班组的操作水平、处理问题能力进行考核和排名，增强员工的综合业务素质。据核算，目前VOCs的去除效率可稳定在99%以上，满足≥97%的控制标准。

3

做好安全风险防控

由于增压风机前设置了一台氧含量分析仪表，当出现故障时，会存在严重的安全风险。因此，在增压风机前再增设第二台氧含量分析仪表，也与风机电机及风机出口的切断阀联锁，并和第一台仪表组成“二选二”仪表控制回路，当两台分析仪表同时故障时，才关闭风机电机及风机出口切断阀，保证储罐内氧含量达标，以及储罐安全。