浅谈储罐VOCs治理设备应用

浅谈储罐VOCs治理设备应用

李庆凯

中国石油天然气股份有限公司锦州石化公司

摘要：近年来国家对VOCs排放要求越来越严，一些在用储罐在“大呼吸”“小呼吸”排放下VOCs超标，储罐VOCs治理也迫在眉睫，本文浅谈储罐浮盘、密封、呼吸阀以及油气回收等设备选型应用情况。

关键字：钢制浮盘 大补偿密封 呼吸阀 油气回收

1.引言

挥发性有机液体常压立式储罐的VOCs治理，由于其“大呼吸”“小呼吸”排放的VOCs无法定时、定量、定控制位置，造成储罐VOCs治理难度较多。在储罐VOCs治理方向上，对浮盘形式、密封形式、收集方法、处理工艺、配套安全附件呼吸阀和紧急泄压人孔设备等方面可大大降低储罐VOCs排放，结合本单位近几年对储罐VOCs治理效果，探讨对储罐VOCs治理的管理。

储罐VOCS治理的相关要求根据环保部“十二五”规划就提出要求对储罐区VOCs治理。要求“原料、中间产品与成品应密闭储存，对于实际蒸汽压大于2.8kPa、储量大于100m³的有机液体储罐，”都要采取控制措施。1.国家标准根据GB37800-2019《挥发性有机物无组织排放控制标准》和GB31570-2015《石油炼制工业污染物排放标准》等要求要求“储存真实蒸气压≥27.6kPa但＜76.6kPa且储罐容积≥75m³的挥发性有机液体储罐应符合下列规定之一：a采用内浮顶罐，内浮顶罐的浮盘与罐壁之间应采用液体镶嵌式、机械式鞋形、双封式等高效密封方式，b采用外浮顶罐的浮盘与罐壁之间应采用双封式密封，且初级密封采用液体镶嵌式、机械式鞋形等高效密封方式。C采用固定顶罐，应安装密闭排气系统至有机废气回收或处理装置。”简单形容就是：采用内浮顶罐+高效密封，外浮顶罐+双密封形式，固定顶罐+密闭排气系统回收。

一、浮盘密封的改造

近年来国家对VOCs排放要求越来越严，本车间内浮顶储罐33台，其中11台储罐罐顶FID检测结果显示超过2000μmol/mol，有些甚至达到10000μmol/mol以上，现场存在油气味，VOCs超标排放的11台储罐采用的均是浮筒式铝浮盘，密封采用的是囊式密封，运行时间在5年左右。囊式密封主要是橡胶密封带包着软泡沫填充材料如聚氨酯泡沫，利用泡沫的压缩回弹力使密封带贴紧罐壁，被广泛用在浮盘上。但是随着长久运行其缺陷也暴露出来，浮盘在运行中是有一定摇摆的动平衡，密封和罐壁的距离是有变化的，其密封会有一定弹性变形，如果所受弹力过大或遇到焊渣、毛刺，相应密封和罐壁挤压过紧会使密封磨损加快，甚至造成局部破损、脱落，进而储液介质渗入软泡沫填充材料形成恶性循环，密封性能大打折扣，其次囊式密封在运行中会反复挤压，密封的弹性性能下降，甚至会出现局部塌陷，在浮盘上下运行中如果罐体出现较大变形，会出现密封很难与罐壁贴合，造成密封失效，大量油气挥发出来。

根据《石油行业VOCs污染源排查指南》对一5000m³的催化汽油储罐年油气排放量估算，可知采用钢制全接液浮盘可以使油气挥发减少三分之一以上，不仅减少大气环境污染，而且可以收到良好的经济效果。而2018年版的《石油化工企业设计防火标准》GB50160也提出单罐容积大于5000m³的内浮顶储罐应采用钢制单盘或双盘式浮顶。钢制浮盘使油品液面与钢紧密接触消除了液面上油气空间，符合全接液浮盘要求，而且相对传统浮盘其结构稳定、寿命长、技术成熟，不足之处是钢制浮盘焊接、制造、安装相对原有浮筒浮盘难度大，施工周期长需投入更多的设备和人力。

本车间对7台10000m³以上汽油储罐进行了钢制单浮盘与大补偿密封结合使用的改造，对4台1000m³汽油组分油储罐进行了钢制全接液蜂窝浮盘与大补偿密封结合使用的改造。

大补偿密封是根据不同储罐直径及变形程度，采用不同宽度、厚度的弹性钢板搭接而成的密封结构，如图显示大补偿密封主要有三部分组成，最外层的不锈钢金属弹性钢滑板，沿浮盘外边缘周向依次设置成环状，金属钢滑板一端螺栓固定与浮盘边缘板上的适配器上，另一端弯曲后深入液面以下，金属滑板与罐壁紧密贴合具有弹性好、导电性好等特点。金属滑板下面为一层耐油抗老化非金属薄膜，这层膜会使大补偿密封和浮盘之间环形成静密封结构，最下一层为高弹性支撑板保证非金属薄膜与最上层金属板紧密贴合，形成环形密封区域，确保挥发气体介质无泄漏。大补偿密封的优势是补偿量大，其补偿范围可达-100mm~300mm，针对每台储罐的实际变形程度设计补偿宽度，其金属支撑板的高弹性强度可以保证浮盘在储液介质波动的情况下维持居中性，确保浮盘边缘密封与罐壁始终接触。相对于囊式密封橡胶带与罐壁的长期磨损破坏，此种大补偿密封寿命可达20年。其VOCs排放量也大大减少。

钢制浮盘与大补偿密封结合使用可以大幅降低VOCs排放，通过对11台改造后的储罐罐顶中央通气孔实际油气挥发量测量，发现非甲烷总烃在100μmol/mol以下，大幅降低了VOCs排放。

二、储罐油气回收改造

储罐油气排放回收要求特点1、油气浓度低（通常在0.3~2%）大多是氮气和有机物混合气体，流量和浓度不稳定；2、特征污染物尾气排放限值要求高（mg级达标排放）；3、安全性要求高（包括收集和处理两个系统）；4、要求投资和运行费用低；装置无人值守，长周期稳定运行；5、采用回收法工艺达标充分，安全性高；有机物以液体形式回收下来，经济性好。

本单位通过对储罐油气回收工艺进行调研，最终选择了吸附+浅冷的回收工艺，对4台10000m³甲苯、二甲苯储罐进行改造，该工艺1、承受变工况能力强：相比较其他回收法工艺，吸附系统前置可承受更大的油气流量和浓度的波动；2、工艺简单合理：先吸附原料气、再浅冷脱附气。大幅降低原料气冷凝规模，降低运行能耗；3、独有吸附技术：通过自主研发和对吸附剂的改性，选择合理的吸附剂及吸附剂方案及再生工艺，确保将吸附剂上的有机物有效脱附下来，能够实现吸附、脱附的动态平衡：（吸附剂合同保证值10年）（1）常温脱附：采用常温常压吸附、常温真空再生、可大幅延长吸附剂使用寿命，解决了大分子油气难以脱附的关键技术难题；（2）浅低温冷凝：对脱附气体采用浅低温（6～15℃）冷凝液化回收，设定冷凝温度高于介质凝点、避免结霜冻堵和设备故障隐患，提高运行可靠性；4、排放指标良好：以苯为代表，多项业绩证明尾气浓度排放小于1mg/m3，满足最严苛的排放标准；5、安全可靠：吸附和脱附都在常温条件下，操作条件十分缓和。吸附床热点温度一般不超过50℃，没有其他安全性隐患；6、运行费用最低：非再生期间，装置内除入口风机外，所有的脱附、冷凝动设备不工作。而不必像深冷工艺需要一直维持冷凝系统的运行，节约能耗；7、尾气出口线上设有在线浓度检测仪，检测记录历史趋势；8、运行可靠性高：已投运装置基本都做到了长周期稳定运行。

三、储罐呼吸阀

常压储罐呼吸阀、紧急泄压阀等安全附件执行API2000和GB5908-2005要求，对呼吸阀材质进行升级，阀体材质为铝合金，阀座和阀盘材质采用不锈钢。压力端阀盘采用金属面密封，密封面光洁度可以达到0.4μm。因为呼吸阀核心部件材质采用不锈钢，抗腐蚀性能优异，阀门使用寿命较长；阀座和阀盘密封面经过细致研磨加工，能够保证泄漏量极低。阀盘的膜片通常采用FEP软密封形式，能够在较低压力设定下也能达到良好的密封性能。通过VOCs检测手段判断膜片是否老化失效，及时更换膜片即可实现呼吸阀长久使用。

高性能的呼吸阀/泄压人孔，其准确的运行状态不仅可以保障储罐安全运行，并减少氮封系统的氮气使用量。还可以进一步降低储罐VOCs的排放浓度，减少油气挥发，环保治理效果明显，还带了一定的经济效益。

参考文献

1石油炼制工业污染物排放标准GB31570-2015

2大气污染防治行动计划[S]（国发[2013]37号）

3石化行业挥发性有机物综合整治方案（环发[2014]177号）

4石化行业VOCs污染源排查工作指南（环办[2015]104号）

5石油化工企业设计防火标准GB50160-2008（2018年版）

6肖睿.外浮顶储罐应用全补偿密封的效果[J].化学工程与装备,2020,11:94-95

7王学刚,陈军,席长宁.浅析全接液蜂窝浮盘故障及改进措施[J].中国设备工程,2019.08(上):84-86