油品装车栈桥区域挥发性有机物治理方案研究

段超越 孙文杰 刘 明 潘 峰,2 仝纪龙,2

(1.兰州大学大气科学学院，甘肃 兰州 730000；2.兰州大学环境质量评价研究中心，甘肃 兰州 730000)

油品装车栈桥区域挥发性有机物治理方案研究

段超越1孙文杰1刘 明1潘 峰1,2仝纪龙1,2

(1.兰州大学大气科学学院，甘肃 兰州 730000；2.兰州大学环境质量评价研究中心，甘肃 兰州 730000)

挥发性有机物(VOCs)是石化行业的特征污染物，油品装车栈桥的VOCs无组织挥发是石化企业重要的VOCs排放源，因此对大型石化企业油品装车栈桥区域的VOCs进行治理减排具有十分重要的意义。以西北某石化公司油品装车栈桥VOCs无组织挥发治理项目为例，通过源强核算、削减方案确定，利用AERMOD模式对栈桥区域环境空气质量改善情况进行预测分析，进而对VOCs治理方案的环境收益进行讨论，以期为同类油品装车栈桥改造项目提供借鉴与参考。

挥发性有机物 油气回收设备 无组织排放 环境质量AERMOD模式

在大型石化企业中，油品一般由罐区经栈桥通过装油鹤管装入罐车，栈桥式装车系统相对落后，油品传输过程中流速较高、压力较大，使油品发生剧烈冲击、喷溅、搅动，造成大量油气逸出损耗，从而造成经济损失，威胁生产安全，同时污染环境[1]。据统计，2014年我国汽油的表观消费量约为1.0×108t，仅在汽油装卸过程中的损失就达到30×104t，总价值超过10亿元[2]。可见，油品装车挥发带来的环境污染、经济损失不容小觑。

本研究以西北某石化公司油品装卸区装车栈桥区域的挥发性有机物(VOCs)治理为例，通过源强确定、油气回收方案比选确定，利用AERMOD模式预测治理前后周围环境污染物浓度变化，定量说明治理方案对区域环境质量的改善，以期为同类VOCs治理项目提供借鉴和参考。

1 实例分析

1.1 VOCs无组织挥发源强核算

目前对无组织大气污染源强的确定方法有物料衡算法、估算法、类比法、实测法等，其中估算法的局限在于难以将污染源强与工艺、设备、环保设施运行效果及管理水平等因素联系在一起，查询损耗率时对储罐的型号和类型分类笼统[3]，但该方法计算相对简便，而本研究涉及的油品装车栈桥区域工艺相对简单，不涉及储罐，因此估算法对此类区域的无组织污染源强计算有较好的适用性。

在此，本研究选择《散装液态石油产品损耗》(GB 11085—89)中推荐的估算法确定油品装车栈桥VOCs无组织挥发污染源强[4]，其计算公式为：

污染源强=车辆(船舶)装车量×损耗率÷装卸时间

(1)

表1 装车(船)损耗率

注：1)A类地区包括江西、福建、海南、广东、云南、四川、湖南、贵州台湾省和广西壮族自治区；B类地区包括河北、山西、陕西、广东、江苏、浙江、安徽、河南、湖北、甘肃、宁夏回族自治区、北京、天津、上海；C类地区包括辽宁、吉林、黑龙江、青海、内蒙古自治区、新疆维吾尔自治区、西藏自治区。

表2 装车(船)损耗率及污染源强

在本案例中，该石化公司油品装卸区中共有159号、160号、161号、163号共4座装车栈桥，将其视为4个污染面源，鉴于油品装车栈桥所排放的VOCs主要为非甲烷总烃(NMHC)，因此本研究预测因子选定为NMHC，以2013年4座油品装车栈桥的实际装车量计算4座装车栈桥NMHC无组织挥发源强。

根据GB 11085—89，铁路罐车汽油装卸损耗率及其他油品装卸损耗率见表1。由于本案例地处甘肃，属B类地区，装车形式为铁路火车槽车，根据表1，汽油装车损耗率为0.13%，其他油品损耗率为0.01%，以油品装车栈桥全年运行365 d，平均每天工作8 h计，则4座装车栈桥NMHC源强计算结果见表2。

1.2 油品装车栈桥区域VOCs无组织挥发的环境影响分析

大型炼化企业一般包含油品装卸区、油品储存区及作业区等，在油品装卸、储存、生产加工的过程中都会有组织或无组织地向环境空气排放VOCs，因此大型炼化企业对周围环境影响较为复杂，无法用现场监测值来说明装车栈桥VOCs无组织挥发对区域环境质量的影响。在此，本研究用AERMOD模式预测油品装车栈桥VOCs无组织挥发对周围环境质量的影响。AERMOD模式是由美国环境保护署联合美国气象学会组建的法定模型改善委员会(AERMIC)开发的新一代稳态大气扩散模式[5]，可用于多种排放源(包括点源、面源和体源)及多种排放扩散情形(地面源和高架源等)的模拟和预测[6]，同时也是《大气环境影响评价技术导则》中推荐的预测模式[7]。

1.2.1 模型参数设定

AERMOD模式需要设定的参数有源强参数、地面气象数据、高空气象数据、地形数据、关心点设定等。其中4座装车栈桥的源强参数见表2；地面气象数据采用距离石化公司最近的兰州气象站2012年全年逐日逐次气象数据，该气象站距石化公司小于50 km，数据代表性良好；由于兰州气象站无高空气象数据，高空气象数据采用项目周边约54 km的榆中气象站，距离大于《环境影响评价技术导则》中规定的50 km，但两地地理特征相似，数据同样有较好的代表性；地形数据采用http://srtm.csi.cgiar.org网站提供的全球地形数据。本研究在油品装卸区厂界选定6个关心点(记为厂界1～厂界6)，同时另选取距离油品装卸区较近(1 km内)的3处环境敏感点(李家庄、五滩庄、桃园村)作为预测的关心点，各关心点与油品装卸区的相对位置见图1。

1.2.2 预测结果分析

通过AERMOD模式预测油品装车栈桥工作时各关心点的NMHC小时平均浓度。依据《石油炼制工业污染物排放标准》(GB 31570—2015)，厂界NMHC无组织排放限值为4 mg/m3[8]，参考《大气污染物综合排放标准详解》[9]，敏感点处NMHC的环境质量标准值为2 mg/m3，则各点位NMHC预测值及占标率见表3。

图1 各关心点与油品装卸区域相对位置关系Fig.1 The relative location between each environmental concerned points and the loading area

表3 各点位NMHC预测值及占标率

由表3可见，厂界6个关心点的NMHC预测值分别为27.27、24.56、25.47、17.45、26.42、27.27 mg/m3，超出GB 31570—2015提出的企业边界NMHC排放限值要求，其占标率分别为681.75%、614.00%、636.75%、436.25%、660.50%、681.75%；李家庄、五滩庄、桃园村的NMHC预测值分别为16.52、13.32、15.27 mg/m3，也远超出敏感点NMHC环境质量标准值，其占标率分别为826.00%、666.00%、763.50%。可见，该石化公司油品装车栈桥的NMHC无组织挥发将影响企业工作

人员及周边环境敏感点居民的健康，同时威胁生产安全。从环保、安全、经济角度分析，对装车栈桥VOCs无组织挥发进行治理十分必要。

1.3 VOCs治理方案

1.3.1 装车栈桥现状调查

经调查，该石化公司4座油品装车栈桥均未设油气回收设备，其具体现状如下：159号栈桥两端有2套200WHS-QB型大鹤管，装车鹤管有橡胶密封盖，负责原油装车；160号栈桥采用五联动液压小鹤管对93#车用汽油、3#喷气燃料(航空煤油)等产品进行装车，装车鹤管有橡胶密封盖；161号栈桥采用套筒式小鹤管，用麻绳吊挂铝制套筒进行喷溅式装车，担负0#、-10#、-20#车用柴油及3#喷气燃料(航空煤油)的铁路火车槽车装车出厂任务；163号栈桥用铁丝吊挂铝制套筒作为装车鹤管进行喷溅式装车，火车装车鹤管无密闭盖板，装车产品繁多，主要有石油苯、甲苯等。各装车栈桥工艺落后，装车设备老化，无法实现密闭装车，造成装车产品挥发损耗严重。

1.3.2 油气回收技术

油气回收技术以是否破坏物质的分子结构分为回收型和破坏型两种。回收型包括冷凝法、吸收法、吸附法、膜分离法等；破坏型包括燃烧法、催化法、等离子法和生物法[10]。每种方法各有优缺点，适用范围不同。在实际工业应用中，可根据油气的成分、浓度、处理气量、排放要求、运行成本和投资规模的不同而选择不同的回收处理技术，一般优先选择回收型技术方法。4种常用的回收型油气回收技术优缺点对比分析见表4[11-13]。

根据石化公司油品装车栈桥的实际情况，活性炭干式吸附法和膜分离法对该项目的油气回收有较强的适用性。目前油气回收设备均为多种技术方法的组合，单一的技术方法很难做到稳定达标运行；针对159号、160号、161号、163号栈桥装卸油品的特点，对各个栈桥油气回收技术方法进行优化。

表4 油气回收技术对比

图3 160、161号栈桥油气回收装置工艺流程Fig.3 Process of oil-gas recovery device for number 160，161 loading trestle

图4 163号栈桥油气回收装置工艺流程Fig.4 Process of oil-gas recovery device for number 163 loading trestle

(1) 159号栈桥

159号栈桥装卸原油，鉴于原油挥发油气中含硫高、含胶质等，为防止造成活性炭中毒和堵塞，采用柴油或煤油对油气进行预吸收，清除部分有机物、胶质物等，液体输送至原油罐，气体进入碱液洗涤工序，脱除油气中的硫组分，随后经过活性炭吸附和吸收工序，利用活性碳吸附油气中的石油组分，再通过真空泵减压解吸，将解吸中得到的高浓度油气送往柴油或煤油吸收塔用成品油吸收，吸收后液体进入储罐，工艺流程见图2。

(2) 160号、161号栈桥

160号、161号栈桥装卸油品均为汽油、煤油等轻质油品，可借鉴国内外较为成熟的工艺，采用活性炭吸附—汽油吸收油气中的石油组分，再通过真空泵减压解吸，将解吸中得到的高浓度油气送往汽油吸收塔用成品油吸收烃类，汽油吸收液直接输送至储罐，工艺流程见图3。

(3) 163号栈桥

163号栈桥装卸油品种类繁多，组分复杂，其中苯、甲苯、二甲苯(三苯)易使活性炭失活，缩短活性炭使用寿命，故163号栈桥采用煤油预吸收—膜处理工艺处理。为防止造成膜分离处理负荷，先采用煤油对三苯油气进行预吸收，清除大量有机物，液体输送至原油储罐。清除大量有机物后三苯挥发油气则再次膜分离处理，选择某种只让有机气体组分穿过而不让空气组分穿过，且在微压下也能有较大透过量的薄膜。经过膜分离处理工序，膜分离器中渗透气富含有机组分气体返回煤油吸收塔用成品油吸收。吸收烃类，回收液体进入原油罐，工艺流程见图4。

对比不同回收型油气治理技术方法，同时结合各栈桥的实际情况，确定该石化公司油气回收技术方案见表5。

表5 油气回收技术方案

2 油气回收方案环境收益

2.1 实施治理方案后源强核算

依据表5的油气回收技术方案，加设油气回收设备后，装车栈桥的NMHC无组织挥发源强预测结果见表6。

2.2 治理方案环境收益分析

在AERMOD模式中输入新源强，其余参数不变，得到各关心点的NMHC预测值、削减率及占标率，结果见表7。

表6 加设油气回收设备后的源强预测

表7 各关心点位NMHC预测值、削减率及占标率

由表7可见，厂界6个关心点的NMHC预测值分别为1.35、1.22、1.26、0.85、1.31、1.35 mg/m3，均达到GB 31570—2015对厂界NMHC排放限值要求，占标率分别为33.75%、30.5%、31.5%、21.25%、32.75%、33.75%；李家庄、五滩庄、桃园村的NMHC预测值分别为0.81、0.66、0.76 mg/m3，满足《大气污染物综合排放标准详解》中敏感点NMHC的环境质量标准，占标率在分别为40.50%、33.00%、38.00%。

经核算，厂界6个关心点的NMHC削减率分别为95.05%、95.03%、95.05%、95.13%、95.04%、95.05%，李家庄、五滩庄、桃园村的NMHC削减率分别为95.10%、95.05%、95.02%，可见9个关心点NMHC的削减率均在95%左右，这是因为汽油的挥发率远大于其他油品，因此装卸汽油的160号栈桥为主要排污面源，其油气回收设备回收率为95%，AERMOD模式中，除了面源源强其他参数均未发生变化，因此最终预测结果NMHC削减率也在95%左右。

利用AERMOD模式进行预测分析时，采用的是2012年全年逐日逐次气象数据，获得的NMHC预测值代表了关心点处全年极端气象条件下污染物达到的最大浓度。根据预测结果，厂界6个关心点及3个环境敏感点的NMHC最大值均能达到相应标准。对比加设油气回收设备前，油气回收设备对区域环境质量改善较为明显，环境收益较大。

3 结 论

石油化工是国民经济的重要支柱产业，但石油化工企业在生产过程中会排放出复杂的有毒、有害污染物，对周围大气环境产生明显影响，危害程度较大。如何有效治理石油化工企业VOCs有组织和无组织排放已成为当前的研究重点和难点。本研究根据西北某石化公司装车栈桥VOCs无组织挥发特点，通过比较不同油气回收技术的优缺点制定了该石化公司装车栈桥VOCs无组织挥发治理方案，并利用AERMOD模式预测加设油气回收设备前后特征污染物NMHC小时平均浓度，定量说明区域环境质量改善情况，以期对石油化工企业VOCs无组织挥发治理方案确定及其环境收益研究提供一定借鉴参考。

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Studyonthevolatileorganiccompoundstreatmentschemeforoilloadingtrestalarea

DUANChaoyue1,SUNWenjie1,LIUMing1,PANFeng1,2,TONGJilong1,2.

(1.CollegeofAtmosphericSciences,LanzhouUniversity,LanzhouGansu730000;2.EnvironmentalQualityAssessmentResearchCenterofLanzhouUniversity,LanzhouGansu730000)

Volatile organic compounds (VOCs) were typical pollutants of petrochemical industry，and unorganized emissions of VOCs in loading areas were the major VOCs origins of such petrochemical enterprises. Therefore,taking measures to cut down free VOCs emission was of great importance to the enterprise’s regional environment conservation. Taking a VOCs emission management project implemented at a petrochemical enterprise of northwest China as an example,this paper intends to find out an effective way of VOCs control over loading area through calculating the emission intensity,determining VOCs control measures,predicting and analysis air quality improvement by AERMOD model,and finally evaluating long-term environmental revenue. The result would be a good reference for reconstruction or modification of the loading area of petrochemical companies.

VOCs; oil-gas recovery device; unorganized emissions; environmental quality; AERMOD mode

10.15985/j.cnki.1001-3865.2017.04.021

2016-09-18)

段超越，男，1990年生，硕士研究生，主要从事环境影响评价研究。