石化行业石油炼制储罐挥发性有机物污染治理设计探讨

杨旭钧

摘 要：介绍了石化行业石油炼制储罐挥发性有机物采用的标准规范问题及目前VOCs治理采用的技术，提出了回收装置平面布置、储罐附件选用存在的问题及建议。

关键词：储罐;挥发性有机物;VOCs治理技术;平面布置;呼吸阀;阻火器;泄压设备

国内炼油企业早已开始对储罐VOCs污染物进行治理，但一直缺失相关国家、行业标准规范，下文通过石化行业石油炼制储罐VOCs治理设计中经常出现的问题，提出了设计中应该关注的事项和建议。

1 标准规范

1.1 设计标准规范

目前，针对石化行业储罐挥发性有机物污染治理的设计标准规范较少，国家标准GB/T50759《油气回收处理设施技术标准》目前还在征求意见稿中，暂未确定发布时间。

中国石油化工股份公司炼油事业部于2016年发布了《石油化工储运罐区VOCs治理项目油气连通工艺实施方案及安全措施指导意见》中国石化炼发函﹝2016﹞127号、于2017年发布了《关于加快推进炼油企业VOCs提标治理工作的通知》股份工单炼能﹝2017﹞546号（下文简称546号文），中国石油化工集团公司安全监管局于2018年发布了《石油化工企业储运罐区罐顶油气连通安全技术要求（试行）》中国石化安技﹝2018﹞33号（以下简称中石化33号文），以上几个文件是指导石化行业石油炼制储罐挥发性有机物治理的主要文件，其中中石化33号文对适用范围、基本原则、具体要求等方面做了相对详细的条文说明，对设计人员有很强的指导意义。

1.2 环保标准规范

国务院2013年发布《大气污染治理行动计划》（国发[2013]37号），环境保护部等部委发布《石化行业挥发性有机物综合治理方案》，2015年环保部印发GB31570-2015《石油炼制工业污染物排放标准》、GB31571-2015《石油化学工业污染物排放标准》，2017年环保部等六部委联合印发《“十三五”挥发性有机物污染治理工作方案》。各省市地方政府也相继发布了地方标准，如京津冀、长三角等都发布了地方排放标准，中石化在546号文提出了内控指标。石化行业石油炼制储罐挥发性有机物治理装置的排放标准主要针对苯、甲苯、二甲苯、非甲烷总烃以及硫化物氮化物等提出了具体的排放要求，呈现出地方政府标准要求比国家标准要求高，中石化要求比地方政府标准要求高的现象。设计时应根据地方环保部门、石化行业的排放要求等，确定VOCs回收装置的排放标准，同一种排放物原则上执行高标准。

2 VOCs治理技术

石化行业VOCs治理技术主要有回收技术和降解技术，其中VOCs回收技术包括吸附法、吸收法、冷凝法和膜分离等技术;VOCs降解技术包括燃烧法（包括直接燃烧法、蓄热燃烧法、催化燃烧法等）、光催化氧化法、生物法和等离子体等技术。

对于全流程VOCs回收装置项目，综合考虑储罐挥发性有机物特性、VOCs回收装置平面布置、VOCs治理技术的一次投资、处理效果、运行成本等，目前，石化行业储罐VOCs治理很少采用上述单一技术，以两种或三种组合技术居多，比如冷凝法+变压吸附法、吸收法+膜分离+变压吸附、低温吸收法+催化燃烧法等。对于已投入运行的、而排放不能达到现有标准VOCs回收装置，为彻底解决未来VOCs回收装置排放是否满足标准问题，石化行业广泛采用燃烧法深度净化有机废气。设计中应注意，若废气中含有Cl、S、N等元素，采用直接燃烧法处理易产生二次污染;蓄热燃烧法适用于可燃有机物质含量较低的有机废气净化;催化燃烧法常用于处理低浓度VOCs气体，如苯类、醛类、酮类、醇类等废气及恶臭气体，不能用于处理含有有机氯、有机硫的化合物以及沸点高、相对分子量大的有机物。

3 平面布置及排气筒

GB50074-2014《石油库设计规范》中明确了焚烧式可燃气体回收装置应按有明火及散发火花的建（构）物及地点执行，其他形式的可燃气体回收处理装置应按甲、乙类液体泵房执行，而GB50160-2008（2018年版）《石油化工企业设计防火标准》未明确回收装置与其他设备设施及建（构）物等的防火间距，也未提出回收装置可参考何种类型设备设施考虑防火间距，这就造成了石化行业VOCs治理装置的防火间距无可执行的标准规范难题。

回收技术是一个物理过程，无化学过程发生，回收装置的安全性相对较高，石化行业回收装置可根据GB50074-2014中按“其他形式的可燃气体回收处理装置应按甲、乙类液体泵房执行”。燃烧法是石化行业广泛采用的降解技术，其中直接燃烧法温度可达1100℃、蓄热燃烧法温度通常500～900℃、催化燃烧法温度通常300～500℃;生物法设备占地面积较大，对温度、pH值、水分气流速度等运行条件苛刻，应用范围较小;等离子体技术运行成本较高，技术不成熟，目前尚未进行工业化推广。降解技术中温度操作较温和的催化燃烧法温度已达到300℃以上，如果将VOCs回收装置GB50074-2014中按“其他形式的可燃气体回收处理装置应按甲、乙类液体泵房执行”安全性存在一定的隱患，如果将VOCs回收装置按明火及散发火花的建（构）物及地点执行，现有的石化行业治理储罐所在罐组周围很难对装置进行平面布置，在GB/T50759未发布前，此类装置的平面布置仍然无标准规范可依，需要多方面评估安全性。对于蓄热燃烧法、直接燃烧法，建议将初步处理的尾气接入位于工艺装置区域的焚烧炉焚烧。

根据江苏省DB32/3151-2016《化学工业挥发性有机物排放标准》，当排气筒高度<15m时，最高允许排放浓度需按厂界挥发性有机物监控点浓度限值5倍执行，如苯为0.6mg/m3、甲苯为3mg/m3、二甲苯为1.5mg/m3、非甲烷总烃为20mg/m3，而排气筒高度15m时的最高允许排放浓度苯为6.0mg/m3、甲苯为25mg/m3、二甲苯为40mg/m3、非甲烷总烃为80mg/m3，故一般排气筒高度不小于15m。考虑到石化行业装置及设备设施布置密集，采用燃烧法技术的VOCs回收装置排气筒热气与周围散发气体汇集时可能会产生危险，排气筒热气可能会对周围相邻设备设施等操作平台造成影响，排气筒的高度还应参考SH3011-2011《石油化工工艺装置布置设计规范》中“烟囱顶部应高出20m范围内的操作平台或建筑物3.5m以上;位于20m以外的操作平台或建筑物应仰角45°范围内不得设平台”。

4 罐顶附件

4.1 阻火器、呼吸阀

储罐罐顶气相空间在设置氮封系统后，气相空间有可能存在爆炸性气体，为保证储罐安全，需在储罐罐顶气相呼吸阀上装设阻火器，阻火器主要目的是防止储罐外部火源进入储罐气相空间，选用阻爆燃阻火器即可满足安全要求。目前国内阻火器、呼吸阀的规范有SY/T0511.1-2010《石油储罐附件第1部分：呼吸阀》、GB13347-2010《石油气体管道阻火器》、GB5908-2005《石油储罐阻火器》，而带阻火器的呼吸阀没有相应规范，一体式阻火呼吸阀整体进行爆燃和耐烧阻火性能及流量测试也缺乏标准规范。

目前GB/T13347-2010与ISO16852-2016在管道爆轰阻火器测试方面存在一定差距，滿足国标不一定满足ISO16852-2016，GB/T13347-2010对火焰速度没有具体要求，仅仅要求不低于厂家提供的安全阻火速度值，同时对爆轰型阻火器也未要求进行燃烧测试。ISO16852-2016规定测试火焰传播速度必须满足爆轰特征，碳氢化合物-空气混合物（ⅡA，ⅡB1，ⅡB2，ⅡB3）火焰速度≥1600m/s;氢气-空气混合物（ⅡB，ⅡC）火焰速度≥1900m/s;两组火焰检测器测试的火焰速度为常量，火焰传播速度偏差不能超过10%;爆轰型阻火器还应经过5次爆燃测试。同时还规定了相关带节流的爆轰型阻火器测试要求。

储罐罐顶气相支线上应设管道爆轰型阻火器，爆轰型阻火器有稳态和非稳态两种，目前，气相连通储罐管道上所选用阻火器为稳态型阻火器，无法阻止非稳态爆轰。因此管道爆轰型阻火器的安装要避开可能得非稳态爆轰位置。

阻火器内部阻火元件多为细密阻火盘，重质物料储罐阻火器阻火盘很容易被物料堵，影响阻火效果，可采用夹套阻火器或伴热措施，夹套阻火器价格较不夹套高，重量较重，而目前VOCs治理的绝大部分储罐罐顶承压能力较弱，采用伴热措施是较为经济和安全的方式，同时，伴热受伴热介质、伴热规格等影响，管理部门必须定期检查阻火器堵塞情况。

4.2 泄压设备

根据GB50160，对于采用氮气或其他气体气封的甲B、乙类液体的储罐还应设置事故泄压设备。根据SH/T3007，采用氮气或其他惰性气体密封保护系统的储罐应直径不小于DN500的紧急放空人孔盖或呼吸人孔。紧急放空人孔盖仅有排气功能，而呼吸人孔具有呼气和吸气的功能。目前，国内石化行业还没有针对呼吸人孔、紧急放空人孔盖的相关标准规范，呼吸人孔只能参考SY/T 0511.1-2010，而紧急放空人孔盖没有相应的参考标准规范。

储罐进行VOCs治理后，绝大部分储罐罐顶实施了氮封，正常情况下一体式阻火呼吸阀和泄压设备是不启动的，一体式阻火呼吸阀的开启压力范围比呼吸人孔或泄压人孔盖的开启压力范围小，目前呼吸人孔一般未装设阻火器，在非正常情况下，罐内压力过低时，氮封阀流量无法满足储罐补氮要求，同时呼吸阀也无法满足储罐吸入空气要求时，如储罐装设泄压人孔盖，则储罐存在抽瘪的可能性，如储罐装设呼吸人孔，则储罐通过呼吸人孔吸入空气，储罐罐顶可能会形成爆炸性混合气体，两者都存在一定的安全隐患。

5 结语

石化行业石油炼制储罐VOCs治理设计应首先立足于环保，采用成熟合理的工艺技术和适当的操作条件，降低回收装置的能耗，减少VOCs排放。VOCs回收装置投用后，建设方应对装置及系统设施等按相关规定进行检查维护，确保设备设施完好，对于重要的设备设施，还应进行日常、异常、全面检查等。

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