石化企业VOCs精细化管理若干要点

2021-01-08朱钰敏上海格林曼环境技术有限公司上海200001

化工管理 2021年25期

朱钰敏(上海格林曼环境技术有限公司，上海 200001)

0 引言

VOCs的治理攻坚是改善环境空气质量，打赢蓝天保卫战的重要任务[1]。我国在“十三五”期间狠抓VOCs管控，其污染防治也将在“十四五”期间得以延续。

石化行业是VOCs的重点排放源之一，目前已出台大量管控其VOCs排放的政策、法规和标准[2-3]。根据《关于印发〈石化行业VOCs污染源排查工作指南〉及〈石化企业泄漏检测与修复工作指南〉的通知》(环办〔2015〕104号)[4]，石化企业的VOCs排放主要包括以下几个源项：(1)设备动静密封点泄漏；(2)有机液体储存与调和挥发损失；(3)有机液体装载挥发损失；(4)废水集输、储存、处理处置过程逸散；(5)燃烧烟气排放；(6)工艺有组织排放；(7)工艺无组织排放；(8)采样过程排放；(9)火炬排放；(10)非正常工况(含开停工及维修)排放；(11)冷却塔、循环水冷却系统释放；(12)事故排放。

VOCs管控一般从源头削减、过程控制、末端治理三个角度展开，应优先考虑源头削减和过程控制，最后采用末端治理。比如，采用浮顶罐以控制储存与调和挥发损失，一般在项目设计阶段已纳入考虑；泄漏检测与修复(LDAR)在石化企业已广泛开展，可大幅降低动静密封点泄漏；有组织工艺废气经处理后排放早已是监管的重点。在石化企业VOCs源头削减和过程控制方面，尚有不少值得优化的细节，VOCs排放量未必低，但往往不受重视。

笔者基于多年为石化企业提供环境咨询的的工作经验，结合2015年至今参与的上海市VOCs一厂一方案1.0版和2.0版的工作心得，分析在源头削减和过程控制中容易被忽视但值得深入挖掘的若干要点，为石化企业的VOCs精细化管理提供思路和借鉴。

1 源头削减

1.1 无泄漏/低泄漏设备

低泄漏设备概念源于美国环保部(EPA)的《泄漏检测与修复最佳实践指南》和增强型LDAR计划(Enhanced LDAR Programs，ELP)，定义为在五年使用期限内，密封点泄漏检测值不超过100 mg/L的设备。《泄漏检测与修复最佳实践指南》中列举了一些常见的低泄漏设备类型，并指出工厂可以通过使用无泄漏/低泄漏组件达到控制设备泄漏排放的目的。ELP中则规定工厂在新建装置中应采用低泄漏设备(包括低泄漏阀门、低泄漏泵等)。根据EPA对工厂安装低泄漏设备的成本评估，低泄漏设备(设备费、安装费等)的基建费用比非低泄漏设备高约5%～15%，不过5年总费用(还包括维修费、监测费和排污费等)会下降约1%～3%。

GB 37822—2019[5]鼓励企业采用先进的工艺设备，从源头减少或消除VOCs无组织排放。根据GB 37822—2019，使用以下低泄漏/无泄漏设备(泵、压缩机、搅拌机、阀门)的，可免予泄漏检测：屏蔽泵、磁力泵、隔膜泵、波纹管泵；屏蔽压缩机、磁力压缩机、隔膜压缩机；屏蔽搅拌机、磁力搅拌机；屏蔽阀、隔膜阀、波纹管阀。因此石化企业在新改扩建项目或大修时，可以考虑选用低泄漏/无泄漏设备。

1.2 储罐呼吸阀

固定顶罐在使用过程中，因外环境温度变化会导致物料蒸发静置损失(小呼吸)，接受物料过程中因液位变化会产生工作损失(大呼吸)。呼吸阀主要由压力阀和真空阀组成，安装在储罐顶板，可维持罐内气压平衡，防止储罐发生超压或负压等失稳状态，是保护储罐安全的重要附件，也可在一定程度上减少VOCs的挥发损耗。若采用高效密封呼吸阀，弹簧刚性增强，阀盘起跳容差从75%增加至90%，可以加强储罐的密封可靠性，减少呼吸气逸散。

储罐呼吸阀的安装和使用有以下6个注意要点：

(1)呼吸阀应安装在储罐顶板的最高点，以便呼吸气直接顺畅地通向呼吸阀。

(2)若物料呼吸量较大，单个呼吸阀不能满足要求时，可设置两个及以上呼吸阀，它们与罐顶中心的距离应相等，即在罐顶对称布置。

(3)当罐内物料的环境风险较高、储罐容积较大、或者物料对生产极为重要时，为防止单台呼吸阀因故障导致储罐出现超压或负压，也可安装两台呼吸阀。一般将两台呼吸阀的吸入和排出压力进行梯度设计，一台工作，另一台备用，以增加储罐运行的安全性。

(4)若呼吸阀内设有阻火器，则应考虑阻火器的压降对呼吸阀排出压力的影响，以免储罐发生超压。

(5)若储罐还设置氮封，则氮气供气管的接口应远离呼吸阀接口；氮气供气管从罐顶插入储罐内约200 mm，可以使氮气进入储罐后不直接通过呼吸阀排出，达到氮封的作用。

(6)当石化企业所在区域的历年月最低温度平均值≤0 ℃时，应对呼吸阀增设防冻措施，防止阀盘冻结或阻塞而导致储罐进气不足或排气不畅，造成低压瘪罐或超压鼓罐。

1.3 密闭采样

石化企业在采集具有毒性、挥发性、腐蚀性、爆炸性的样品时，确保整个采样流程密闭，既可防止VOCs等污染物逸散进入大气环境，也可降低采样人员的暴露风险。此外，密闭采样可降低样品的挥发和受外界污染的可能，使样品的检测分析结果更加准确可靠。石油炼制、石油化学、合成树脂等行业的污染物排放标准中明确规定，对于含VOCs、恶臭物质的物料，其采样口应采用密闭采样或等效设施[6-8]。采样时，可使用双阀取样器、真空取样器等密闭采样设备；或者将采样作业区域密闭，将采样废气收集处理后排放。密闭采样器的主要优点包括：(1)采样瓶与管线设有快接头，连接安全方便；(2)排空吹扫口可排尽管线内的残余物料，使采样量更准确；(3)采集高温(低温)物料时一般需冷却(加热)至室温，密闭采样器可以配备冷却(加热)系统，能更有效地采集高温(低温)物料。密闭采样系统可以实现采样过程中污染物对外环境的近零排放，正确操作下，采样过程不会出现可视的物料滴漏。

2 过程控制

2.1 装载方式优化

在槽罐车装载物料过程中，槽罐内的VOCs物料因挥发可能通过装卸口进入大气环境，因此装载方式和装卸口的密封方式至关重要。槽罐车装载物料的方式包括液下装载、底部装载和喷溅式装载。GB 37822—2019指出，“挥发性有机液体应采用底部装载方式；若采用顶部浸没式装载，出料管口距离槽(罐)底部高度应小于200 mm”。喷溅式装载会增强VOCs挥发，GBT 50483—2019要求“挥发性有机液体装车应采用顶部浸没式或底部装载方式，严禁采用喷溅式装载”[9]。

常见的装卸口盖有平板式、半球式、锥体式等，在鹤管重力作用下密封盖橡胶面与装卸口接触形成密封。由于橡胶面与装卸口尺寸不匹配、槽罐内VOCs压强大而将密封盖顶起、装载过程中槽罐下沉导致密封盖与装卸口脱离等原因，通过装卸口伸入鹤管装载时，挥发的VOCs可能会通过鹤管与装卸口之间的缝隙逸散。而使用平衡型密封罩、气囊式密封等可以较好地解决该问题，不过会增加操作难度。

此外，鹤管抽出槽罐后，管内外残留物料会滴洒，若不及时收集或擦拭鹤管沾染的物料，VOCs随着时间推移可能全部挥发。因此，装载后鹤管及时清理是另一个值得注意的细节。

2.2 装卸使用干式快速接头

槽罐车装卸口与输送管道的连接通常采用法兰、快速接头、干式快速接头等。槽罐车底部装载或卸车过程中，VOCs物料输送完毕、法兰或快速接头脱开后，因为端头存在空腔，会造成残留物料流出而导致VOCs挥发。若采用干式快速接头，则可以很好地解决物料滴洒问题。

干式快速接头主要由公端和母端组成。未连接前，公、母端通过阀芯和密封件将管内流体与外界阻隔，防止物料流出。装卸时，公、母端先连接形成密闭空间，然后内置的阀芯打开，在密闭空间内形成流体通路。装卸完毕后，在公、母端分离前，两端内置的阀芯先关闭，切断流体向外通路，最后公、母端分离，两端脱开时无物料残留也不会滴洒。干式快速接头具备以下几个主要优点：(1)采用直接卡套式连接，驱动手柄压缩弹簧缸即可操作，方便快捷；(2)公、母端同步打开、同步关闭，脱开后两端内无空腔、无物料残留；(3)公、母端对接或脱开时，密封面无摩擦，使用寿命长。

2.3 废水池顶盖

石化企业的工艺废水污染物浓度较高，会有VOCs挥发，废水收集池或处理设施一般密闭。不过，因管线、探头、阀门等组件可能设置在废水池上方，废水池顶盖与上述组件的夹缝处、顶盖与池壁的连接处，往往难以做到完全密闭。废水池内若无抽风造成微负压，VOCs会通过这些缝隙进入大气。在缝隙处即使用发泡胶等封堵，随着发泡胶腐蚀老化，也易重新出现缝隙。

GB 37822—2019针对含VOCs废水的储存和处理设施，根据液面上方VOCs的检测浓度，提出采用浮动顶盖、固定顶盖+废气收集处理等要求。对于无移动部件的废水池/处理设施，可安装浮动盖板，类似浮顶罐，可减少VOCs的挥发。如果采用固定顶盖，除了加强缝隙处的管理，建议负压收集池内液面上方的废气，处理后有组织排放。