罐区VOCs治理工艺的分析与计算

崔松波 李婉莹 单鹏

摘 要：随着国内环境污染程度的逐步加剧，环境保护逐渐被重视，石油化工企业对VOCs的治理措施也越来越多。本文就某炼化公司芳烃罐区为例，简析工艺流程的选择，以及对于选定的“罐顶VOCs收集送至低压瓦斯系统”的VOCs治理技术的工艺分析与计算。

关键词：VOCs治理技术选择;罐顶VOCs收集送至低压瓦斯系统;氮封量计算

1项目背景

某炼化公司芳烃储罐皆为内浮顶罐，储存介质为苯及苯系物，会对人体产生中毒、致癌等健康影响。此罐区在储运过程中会产生大量VOCs（见表1），若不进行有效回收，既造成较大的VOCs损失，降低经济效益，同时又会带来极大的环保问题及安全隐患。大部分储罐VOCs中含有苯、甲苯、二甲苯等，多属致癌物质，含苯气体被工作人员吸入后，会对人体造成极大的危害。苯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，进一步对人体健康产生直接的威胁。故对此罐区的VOCs治理刻不容缓。

2工艺简析

2.1工艺原理及流程

2.1.1 储罐连通方案

为便于将罐区的呼吸气进行收集，需在储罐顶部设置呼吸阀和泄压人孔，完善氮封系统。

（1）为防止不同油品相互污染，根据储存介质种类的不同，将罐区分成不同的连通罐组。

（2）每个储罐单独设置氮封系统，同种油品储罐之间气相连通，以实现运行过程中的储罐进气量和排气量的部分平衡，减少运行时氮气用量和的VOCs排放量。

2.1.2 基本流程

罐顶VOCs通过各储罐VOCs支管上的阻火器进入汇总管，再通过汇总管上的切断阀进入总管。为保证VOCs可以进入低压瓦斯系统，总管上配置变频控制的VOCs输送增压风机，风机出口接至低压瓦斯系统。

风机启停和出口切断阀与风机进口压力、氧含量分析仪及风机出口压力、温度连锁，保证VOCs治理系统正常运行。

回收系统风机前设置分液罐，可起到分液作用，罐内凝液分别通过氮气压送至各自指定位置。

2.2 主要控制方案

2.2.1 氮封系统

罐顶压力降至200Pa 时，氮封阀开启补氮;

罐顶压力升至500Pa 时，氮封阀停止补氮。

2.2.2 VOCs汇支管切断阀

事故状态支管切断阀关闭，正常情况常开

2.2.3 VOCs汇总管切断阀

当进行罐顶连通的n个储罐之一的罐顶压力达到1100Pa（900Pa），且汇总线上的压力同时达到该值时，切断阀打开（关闭）

2.2.4 增压风机

入口压力升至900Pa 时，风机启动将VOCs引入低压瓦斯;

入口压力降至500Pa 时，风机停运;

出口的压力升至80kPa 时，风机停运;

出口温度达140℃时，风机停运，出口切断阀关闭;

入口氧含量≥2%时，风机停运，出口切断阀关闭。

2.3相关计算

为保证VOCs收集系统的良好运行，应选择合适的管径、呼吸阀以及合适的风机处理量等。

2.3.1 氮封量计算

（1）具体算法

本次储罐的氮封量计算主要参考最新的API2000附录F中氮封量的计算过程。

因本项目中选用了可靠的阻爆轰型阻火器，故氮气的补给量按照附录F中列出的第一标准进行计算，即

式4中，

ATTS--表面积（罐体和罐顶），单位m2

Ainp--罐保温面积，单位m2

（2）本项目计算取值

1）本项目中，此炼化公司纬度低于42°，且年平均贮存温度低于25℃，所以C值取4;

2）对于不保温的储罐，R值取1;

3）对于部分保温的储罐，根据计算，R值约为0.26;

（3）计算结果

罐区的最大氮封量约为346Nm³/h，其中大呼吸吸气量为140Nm³/h，小呼吸吸气量为206Nm³/h;

2.3.2 VOCs排放量（呼气量）计算

（1）根据SH/T3007-2014 《石油化工储运系统罐区设计规范》5.1.6的推荐值可知储罐热呼吸的排气量，此处排气量是根据储罐温度上升37.8℃时的排气量，为极限情况下的排气量;

（2）本次计算中，按照储罐温度一个小时内升高5℃进行计算;

（3）计算结果

15#罐区的最大VOCs排放量约为332Nm³/h，其中大呼吸呼气量为140Nm³/h，小呼吸呼气量约为192Nm³/h;

2.3.3 呼吸阀规格的选择

参照SH/T3007-2014 《石油化工储运系统罐区设计规范》5.1.7表格中的推荐规格

2.3.4 风机规格的选择

由2.3.2 中对于VOCs排放量（呼气量）的计算可知：罐区的最大VOCs排放量约为332Nm³/h，经过圆整，选择排气量为400 Nm³/h的罗茨风机。

3结语

石油化工罐区VOCs治理涉及工艺、技术、计算、设备、管理、资金等多方面的统筹，工作难度较大。现存在的多种VOCs治理技术与方法都需要进行末端处理，需要增上末端处理设备，既增加了投资，又增加了设备维护的人力和费用，同时增加了设备运行的能耗。对于存在低压瓦斯系统的石化厂区，“罐顶VOCs收集送至低压瓦斯系统”是一个较优的选择，既减少了投资，又简化了设备的运行维修，同时收集的气体全进入低压瓦斯系统回收利用，基本实现了零排放，对于环境保护具有重要意义。

本文中结合此炼化公司芳烃罐区VOCs治理对“罐顶VOCs收集送至低压瓦斯系统”的工艺技术及相关计算进行了简要的介绍，必须合理设置罐顶VOCs收集与氮封系统，并设置合理的参数，选择合适的管径与各个设备的规格，才能保证VOCs治理系统的有效运行。

参考文献

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