罐区油气收集系统主要设备选用

王洪萍（中海油石化工程有限公司，山东 青岛266100）

随着石化行业VOCs 整治的全面开展，大幅减少VOCs 排放，对于改善环境质量具有重要作用[1]。为满足国家及地方的达标排放和环境质量要求，石化行业越来越重视对储罐无组织排放的罐顶油气进行集中收集并处理。油气收集技术应选用安全、成熟、节能、经济、操作简便的技术，合理设置及选用设备，从而实现油气收集系统控制方便可靠，达到安全节能的效果。

1 油气收集系统工艺流程

如图1 所示，罐区油气收集系统工艺流程包括单呼阀控制和压力调节阀控制两种方案[2]。

单个储罐储存一种油品的情况，采用单呼阀控制方案。单个储罐罐顶收集的油气经罐顶油气收集支管在罐区内汇集至油气收集总管，在储罐油气收集支管上设置单呼阀。它只向外呼气，不向内吸气，从而确保储存不同油品的储罐之间不会串气。

多个储罐储存同种油品，采用压力调节阀控制方案。储存同一品种的多个储罐罐顶收集的油气经各自罐顶油气收集支管汇集至油气联通管道，在油气联通管道的末端设置压力调节阀，储存同种油品的储罐通过油气联通管道维持罐内气相平衡。

罐顶油气收集后并入罐组收集总管，经鼓风机加压后输送至油气处理设施。

图1 罐区油气收集系统工艺流程

2 油气收集系统控制阀设置

合理控制储罐与油气收集管道的压力，对于保证储罐的本质安全、顺利收集油气具有重要作用。

2.1 罐顶控制阀

（1）每座储罐设独立的氮封阀组和旁路，以及时补气，防止储罐形成负压，吸入空气。当罐内压力低于氮封阀开启压力200Pa 时，氮封阀打开，向罐内补充氮气；当罐内压力达到氮封阀关闭压力500Pa时，氮封阀关闭[3]。

（2）每座储罐罐顶设置呼吸阀，当罐内压力升高太快，来不及通过油气收集管道外排，造成超过呼吸阀全开启压力1765 Pa时，呼吸阀打开，向罐外排气；当氮封阀失灵不能及时开启，造成罐内压力降至呼吸阀全关闭压力-295 Pa时，呼吸阀打开，向罐内补充空气。

（3）每座储罐罐顶设置紧急泄压人孔，紧急泄放阀定压1900Pa。当储罐遇到事故时，能迅速排放，确保安全。

2.2 管道控制阀

（1）单个储罐储存一种油品的情况，在每座储罐油气收集支管上设置单呼阀，单呼阀全开启压力1270Pa，回座压力765Pa。

（2）多个储罐储存同一品种的情况，每一个品种储罐的油气收集支管均通过各自的油气联通管道相连，在油气联通管道上设置压力调节阀，维持正常压力1150Pa，全开启压力1270Pa，全关闭压力1080Pa。

3 油气收集系统阻火器选用

罐顶油气联通后，要重点防止发生群罐火灾。在油气收集支管靠近储罐位置设置阻火器，阻止火焰蔓延[4]。如图2所示，火焰在管道上随着距离的传播分三个阶段，爆燃、非稳态爆轰、稳态爆轰。其中，非稳态爆轰的破坏性最大，危害最严重。根据火源与阻火器之间的距离选用阻火器类型，但由于爆燃和稳态爆轰的位置并不好确定，因此选用防非稳态爆轰的阻火器，其安装位置不受限制，阻火元件性能更高级，能提供更安全的保证。

图2 火焰传播趋势

4 油气收集系统鼓风机选用

鼓风机是油气收集系统的主要动力设备，也是主要的耗能设备，鼓风机选择的正确与否，直接影响油气处理成本的高低。设计时，依据油气压缩量、进口温度、进口压力、出口压力等参数，对鼓风机进行选型，从而确定鼓风机转速、轴功率及配套电机。

4.1 鼓风机压缩量确定

鼓风机压缩量即为油气收集系统通气量，合理计算通气量，对鼓风机选型具有重要作用。如何确定储罐通气量，迄今为止尚无确定通气量的国家标准，经过现场调研及咨询国内资深的油气回收厂家得到的信息：夏季一天当中早晨5点～7点温升最快，约从25℃升至40℃，其余时间温升引起的油气体积膨胀量很小。

各储罐正常吸气量及呼气量，包含液体进出量及因大气温度变化而引起的通气量之和[5]。储罐因大气温升产生的最大呼气量，因大气温降产生的最大吸气量均按2小时内，温度从25℃至40℃的变化计算。根据理想气体状态方程PV=nRT，温度T1=298K，对应的储罐气体体积为V1（取0.5 倍的罐容），温度T2=313K，对应的体积为V2，压力P 视为不变，则

以6000m3储罐为例，V1=0.5×6000=3000 m3，V2=3000=3151 m3，2 小时内储罐因温升导致的气体体积变化ΔV=V2-V1=151 m3，呼气量Q=ΔV/2=76 m3/h。

4.2 鼓风机出口压力确定

油气收集后，经鼓风机增压后输送至油气处理设施。鼓风机出口压力是鼓风机选型的一个重要参数，通过Pipephase软件计算。如图3所示，建立简单压降模型，已知流量、终点压力、管线长度，试设定起点压力、管径。如图4所示，运行后，根据运行结果，调整起点压力与管径大小，计算终点压力与设定终点压力（大气压1.01Bar）基本符合的为所需要的值。

图3 鼓风机压降计算模型

图4 鼓风机压降计算结果

4.3 鼓风机形式选用

选用鼓风机时，效率高、寿命长、便于调节是必要的考虑因素。鼓风机形式多种多样，油气收集系统建议采用高效节能型罗茨鼓风机（容积式），其具有如下特点[6]：

（1）流量分档密，覆盖范围广，压力具有自适应性。

（2）叶轮采用新型线，密封性好，高效节能。

（3）规格种类多，密封形式多样，能够满足不同介质需要。

（4）产品加工精度高、性能好、运行可靠。结构简单，保养维护方便。

5 结语

文章介绍了油气收集系统工艺流程，分析了罐顶控制阀、管道控制阀对油气收集的控制作用，描述了阻火器的选用依据，给出了鼓风机压缩量、出口压力确定方法及选型。从控制、安全、节能三个方面，较全面地总结了油气收集系统主要设备的设置及选用。