吸附法油氣回收裝置及其安全設(shè)計(jì)

1、吸附法油氣回收裝置及其安全設(shè)計(jì) 一、 前言原油從開采到煉油廠加工，以及成品油從煉油廠的產(chǎn)出到最終用戶消費(fèi)，通常要經(jīng)歷若干儲(chǔ)存、裝卸過程。在這些過程中，由于溫度、氣壓、盛裝油品容器的氣液相體積變化等因素影響，有一部分油氣會(huì)因此而揮發(fā)進(jìn)入大氣，造成油氣的損耗。從油氣回收的角度分析，油氣損耗大體可分為三大部分，一是儲(chǔ)罐部分的油氣呼吸損耗，主要集中在原油中轉(zhuǎn)站、煉油廠、油庫等；二是火車、汽車、輪船等運(yùn)輸工具裝卸作業(yè)過程引起的油氣損耗；三是汽車加油站的油氣損耗，由槽車向加油站卸油和油槍加油兩部分油氣損耗構(gòu)成。油品的蒸發(fā)直接危害人類的生存環(huán)境。由于輕質(zhì)油品大部分屬于揮發(fā)性易燃易爆物質(zhì)，易聚集，與空氣形成爆

2、炸性混合物后沉聚于洼地或管溝之中，遇火極易發(fā)生爆炸或火災(zāi)事故，造成生命和財(cái)產(chǎn)的重大損失。由于油氣爆炸極限范圍寬，油氣擴(kuò)散范圍廣，由此引起的火災(zāi)爆炸事故時(shí)有發(fā)生。特別是在密閉狀態(tài)下的油罐、油庫、油船倉及槽車內(nèi)，更易發(fā)生爆炸事故。排放到大氣中的油氣分子污染環(huán)境，既產(chǎn)生光化學(xué)煙霧，又破壞臭氧層。儲(chǔ)運(yùn)過程的油氣損失，造成寶貴的石油資源的浪費(fèi)。根據(jù)國內(nèi)外多年來的研究，在裝車過程中，排入大氣中的氣體中平均含烴類為1.3kg/m3。2005年，我國的汽油消費(fèi)量為五千多萬噸，汽油揮發(fā)損失量近九十萬噸，直接經(jīng)濟(jì)損失五十億元。早在60年代國外就對裝車、裝船過程蒸發(fā)損耗油氣進(jìn)行回收技術(shù)的研究，70年代，世界上技術(shù)先

3、進(jìn)的國家，如美國、日本、西歐國家已廣泛采用油氣回收技術(shù)，解決了裝車、裝船過程油品損耗的問題。在美國，不僅煉油廠和油庫采取了油氣回收措施，而且所有加油站都建立了密閉卸油和加油系統(tǒng)，使加油站基本無油氣排放。歐盟的煉油廠和油庫已經(jīng)普遍采取了油氣回收措施，對加油站的油氣污染治理工作也已經(jīng)開始，2005年之前歐盟的加油站均采取了油氣回收措施。在國內(nèi)，油氣回收還是個(gè)新興產(chǎn)業(yè)，實(shí)際應(yīng)用不多。隨著安全、環(huán)保、節(jié)能意識(shí)的逐步增強(qiáng)，國內(nèi)對油氣回收的廣泛應(yīng)用已經(jīng)提到議事日程。由于油氣回收裝置的主要使用場所是煉油廠、油庫、加油站等易燃易爆危險(xiǎn)性場地，人們對油氣回收裝置自身的安全問題很重視，也有些疑慮。2006年2月，

4、位于“中國光谷”武漢東湖新技術(shù)開發(fā)區(qū)的湖北楚冠實(shí)業(yè)股份有限公司經(jīng)過多年的研究，成功開發(fā)出我國第一套具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的吸附法油氣回收裝置。經(jīng)過中石化環(huán)保專家現(xiàn)場嚴(yán)格的測試，其油氣回收率大于99%，排放的尾氣中非甲烷總烴濃度低于3g/m3，性能水平能滿足國外嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)要求，填補(bǔ)了國內(nèi)空白。這套裝置采用了撬裝式，結(jié)構(gòu)緊湊，其中一個(gè)很重要的特點(diǎn)就是：整個(gè)系統(tǒng)無論是在撬體上的設(shè)備、儀表、電氣，還是撬體外的電氣控制柜和操作控制臺(tái)，都采用了很嚴(yán)格的安全防爆設(shè)計(jì)，自身的安全性能很高，解除了用戶的后顧之憂。目前，公司的吸附法油氣回收裝置已經(jīng)形成多種規(guī)格的系列化產(chǎn)品，并制定出了嚴(yán)格的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，確保了裝置在設(shè)計(jì)

5、、制造、安裝等方面的質(zhì)量，適宜于煉油廠、油庫、加油站等易燃易爆危險(xiǎn)性場所使用（見圖1、圖2）。本文從安全的角度探討了吸附法油氣回收裝置在設(shè)計(jì)時(shí)采取的安全措施及注意事項(xiàng)。二、 裝置構(gòu)成目前，吸附法油氣回收裝置無論是國外還是國內(nèi)的流程，都主要由兩部分組成：吸附部分、吸收部分。吸附部分主要由兩個(gè)交替使用的吸附罐組成，其中一個(gè)吸附罐處于吸附油氣階段，另一個(gè)吸附罐則處于對吸附飽和的吸附劑進(jìn)行脫附的階段。吸附劑一般采用油氣回收專用的活性炭或硅膠。脫附過程由真空泵完成。吸收部分采用汽油或輕柴油（煉油廠可以將回收后的富油送回?zé)拸S重新煉制）作為吸收劑，吸收過程在填料塔中完成，塔頂未吸收完全的尾氣重新返回吸附罐的

6、入口循環(huán)吸附。吸收部分主要是將富氣變成液態(tài)汽油，也可以采用冷凝的方法達(dá)到相變的目的。楚冠公司的吸附法油氣回收裝置工藝流程簡述如下（見圖2）：從火車槽車及汽車槽車密閉裝油鶴管汽油管線來的油氣，經(jīng)凝縮罐分離出其中游離液滴后，進(jìn)入活性炭吸附罐a，油氣中的烴類組分被活性炭吸附在孔隙中，空氣則透過炭層。達(dá)到排放要求的尾氣由吸附罐頂部排放口經(jīng)阻火器后排至大氣。當(dāng)炭吸附罐a烴類吸附量達(dá)到一定值、在吸附罐頂部即將穿透前，通過plc程序控制系統(tǒng)按照預(yù)先設(shè)定、調(diào)整好的時(shí)間，自動(dòng)切換至另一炭吸附罐b進(jìn)行吸附工作，而炭吸附罐a轉(zhuǎn)入再生階段，由解吸真空泵對其抽真空至絕壓10kpa以下，吸附在活性炭孔隙中的烴類被脫附出來

7、。為了保證炭床中的烴被盡可能清除干凈，在后期引入少量空氣對炭床進(jìn)行吹掃。活性炭床層設(shè)置有上、中、下多個(gè)測溫點(diǎn)?；钚蕴课接蜌鈺r(shí)，由于吸附熱的作用，床層溫度會(huì)升高，當(dāng)床層溫度升至一定值時(shí)控制系統(tǒng)會(huì)報(bào)警，必要時(shí)自動(dòng)切換至另一炭罐工作，或關(guān)閉油氣進(jìn)口閥門，以確保安全?；钚蕴棵摳接蜌鈺r(shí)，為吸熱過程，床層溫度又會(huì)下降。脫附出來的高濃度油氣（富氣)進(jìn)入真空泵后，與工作液及部分凝結(jié)的液態(tài)汽油在真空泵出口分離器中分離。自真空泵出口分離器分離出來的油氣（富氣）送至填料吸收塔下部，與自上而下的噴淋汽油在填料中充分接觸，高濃度的油氣被汽油吸收。在吸收塔未被吸收的少量低濃度油氣，從吸收塔頂部再引至活性炭罐前油氣總管，

8、送入炭吸附罐進(jìn)行循環(huán)吸附。三、 標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范嚴(yán)格遵守國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范是設(shè)計(jì)上的原則問題。吸附法油氣回收裝置在安全設(shè)計(jì)時(shí)所采用的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范主要有：gb50156-2002 汽車加油加氣站設(shè)計(jì)與施工規(guī)范gb50074-2002 石油庫設(shè)計(jì)規(guī)范gb5016092 石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范sh30972000 石油化工靜電接地設(shè)計(jì)規(guī)范sh3063-1999 石油化工企業(yè)可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測報(bào)警設(shè)計(jì)規(guī)范jtj 23799 裝卸油品碼頭防火設(shè)計(jì)規(guī)范.gb50058-92 爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范四、 防爆措施當(dāng)汽油蒸氣濃度達(dá)到爆炸極限時(shí)（濃度為0.6%-8.0%v），遇到明火就會(huì)產(chǎn)生爆炸燃燒

9、。因此，我們從吸附法回收的工藝特點(diǎn)及可能造成的各種安全隱患入手，一一采取針對性的措施，從方案選擇、工藝安排、流程組織、設(shè)備布置、工藝配管等方面嚴(yán)格把關(guān)。1、工藝控制措施：采用經(jīng)過反復(fù)、精心篩選的優(yōu)質(zhì)高效的油氣回收專用活性炭。這種煤基活性炭非常適合汽油揮發(fā)氣反復(fù)吸脫附場合，脫附性能非常好，自然耐溫高達(dá)450c，既能有效地保證系統(tǒng)的再生效果，又大大降低了出現(xiàn)熱點(diǎn)的頻數(shù)，具有工業(yè)應(yīng)用的最佳安全性；活性炭床層多處設(shè)置溫度報(bào)警、聯(lián)鎖。由于活性炭在吸附時(shí)溫度升高，脫附時(shí)溫度下降，當(dāng)吸附時(shí)活性炭溫度升高進(jìn)入危險(xiǎn)范圍以前，控制系統(tǒng)就自動(dòng)報(bào)警并聯(lián)鎖切換進(jìn)入脫附狀態(tài)，確?；钚蕴繙囟炔粫?huì)繼續(xù)升高而危及安全；活性炭罐

10、油氣入口前配有凝縮罐和液位計(jì)，從而避免液態(tài)汽油進(jìn)入活性炭床層；采用液環(huán)式真空泵，泵內(nèi)運(yùn)行溫度較低，不會(huì)超過油氣的自燃溫度，有效地消除了隱患；分離罐和吸收塔均設(shè)置液位報(bào)警、聯(lián)鎖；采用先進(jìn)的控制系統(tǒng)，自動(dòng)化程度高，正常運(yùn)行時(shí)關(guān)鍵工序全自動(dòng)操作，所有溫度、壓力、流量等參數(shù)均可實(shí)行實(shí)時(shí)趨勢及歷史趨勢查詢功能；裝置在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的報(bào)警和運(yùn)行信息長期存儲(chǔ)，用來監(jiān)督管理各種生產(chǎn)運(yùn)營故障。自動(dòng)控制系統(tǒng)同時(shí)并行設(shè)置手動(dòng)控制系統(tǒng)；系統(tǒng)設(shè)置了阻火器及切斷閥，進(jìn)出裝置的汽油管線上設(shè)有自控閥門，故障或停機(jī)狀態(tài)使汽油不再進(jìn)入裝置；位于現(xiàn)場的所有設(shè)備、電氣、儀表、控制箱均按國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)采用嚴(yán)格的防爆設(shè)計(jì)、選型；排放的尾氣

11、烴類濃度嚴(yán)格控制在10g/m3以下，以遠(yuǎn)離油氣的爆炸極限下限。尾氣濃度的監(jiān)控可設(shè)置可燃?xì)怏w檢測報(bào)警系統(tǒng)，其高限報(bào)警設(shè)定值應(yīng)小于或等于0.15%或5g/m3。報(bào)警器設(shè)置在控制室或值班室內(nèi)?？扇?xì)怏w檢測器和報(bào)警器的選用和安裝，應(yīng)符合sh3063石油化工企業(yè)可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測報(bào)警設(shè)計(jì)規(guī)范的有關(guān)規(guī)定；輸送油氣和汽油的管線，應(yīng)根據(jù)流量選取適當(dāng)?shù)墓軓絹砜刂七m當(dāng)?shù)牧魉伲軆?nèi)的油品流速不應(yīng)大于4.5m/s，盡可能避免產(chǎn)生靜電。2、設(shè)備、管道及布置配管：吸附罐設(shè)計(jì)時(shí)，由于其工作狀態(tài)為常壓與高真空兩種工況交替進(jìn)行，應(yīng)按jb4735-1995鋼制壓力容器分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求對其交變應(yīng)力集中部位進(jìn)行疲勞分析。放空排

12、氣管的出口，應(yīng)高出地面2.5m以上，并應(yīng)高出距排氣管3m范圍內(nèi)的操作平臺(tái)2.5m以上。排氣管周圍15m半徑范圍內(nèi)不應(yīng)有明火、散發(fā)火花；管段坡度不應(yīng)小于2，一般按1%;固定工藝管道宜采用無縫鋼管。埋地鋼管的連接應(yīng)采用焊接，必要時(shí)選用耐油、耐土壤腐蝕、導(dǎo)靜電的復(fù)合管材；油氣回收連通軟管應(yīng)采用導(dǎo)靜電耐油軟管；真空泵、油泵等周圍應(yīng)預(yù)留出必要的檢修、安全空間。五、 防靜電措施靜電易起火，加油站、油庫、裝車現(xiàn)場都安裝有防靜電接地裝置。油氣回收裝置內(nèi)的設(shè)備管道內(nèi)介質(zhì)是汽油和油氣，如果油管無靜電接地，造成靜電積聚放電，極易點(diǎn)燃油蒸氣。油品由于磨擦而產(chǎn)生靜電的電壓可高達(dá)幾十萬伏，處理不當(dāng)易造成放電，引起爆炸燃燒

13、事故。( ?; f h , v3 h2 i0 g8 x5 t爆炸危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)管道上的法蘭、膠管兩端等連接處應(yīng)用金屬線跨接。（當(dāng)法蘭的連接螺栓不少于5根時(shí)，在非腐蝕環(huán)境下可不跨接）。平行敷設(shè)于地上或管溝的金屬管道，其凈距小于100mm時(shí)，應(yīng)用金屬線跨接。管道交叉點(diǎn)凈距小于100mm時(shí)，其交叉點(diǎn)應(yīng)用金屬線跨接?？缃邮鞘蛊湫纬傻入娢?，防止相互之間存在電位差而產(chǎn)生火花放電。防靜電接地裝置的接地電阻不應(yīng)大于30。6 ( o; b# z$ n工藝流程中真空泵及油泵入口管線上設(shè)置有過濾器，但不要隨意設(shè)置精密過濾器，否則油品中靜電產(chǎn)生量會(huì)明顯增加，有時(shí)會(huì)增加10100 倍。確保接地良好。靜電接地能減少電荷向地殼

14、泄露的電阻,加快油品中電荷的泄露。六、 防雷措施雷電直接擊中油氣回收裝置，或者雷電作用在油氣回收裝置等處產(chǎn)生間接放電，都會(huì)導(dǎo)致油品燃燒或油氣混合氣爆炸。加油站、煉油廠、油庫本身的安全措施是很嚴(yán)格的，一般配備有接閃器、引下線、接地裝置、避雷針。油氣回收裝置必須進(jìn)行防雷接地，罐體、管道、法蘭及其它金屬附件均進(jìn)行電氣連接并接地，接地點(diǎn)不應(yīng)少于兩處。防雷接地、防靜電接地、電氣設(shè)備的工作接地、保護(hù)接地及信息系統(tǒng)的接地等，宜共用接地裝置，其接地電阻不應(yīng)大于4。當(dāng)各自單獨(dú)設(shè)置接地裝置時(shí)，配線電纜金屬外皮兩端和保護(hù)鋼管兩端的接地裝置的接地電阻不應(yīng)大于10，保護(hù)接地電阻不應(yīng)大于4。信息系統(tǒng)應(yīng)采用鎧裝電纜或?qū)Ь€穿鋼管配線。配線電纜金屬外皮兩端、保護(hù)鋼管兩端均應(yīng)接地，其配電線路首末端與電子器件連接時(shí)，應(yīng)裝設(shè)與電子器件耐壓相適應(yīng)的過電壓（電涌）保護(hù)器。380/220v供配電系統(tǒng)的電纜金屬外皮或電纜金屬管兩端均應(yīng)接地，在其電源端應(yīng)安裝與設(shè)備耐壓水平相適應(yīng)的過電壓（電涌）保護(hù)器。信息系統(tǒng)的配線電纜應(yīng)采用鎧裝屏蔽電纜，宜直接埋地敷設(shè)。電纜金屬外皮兩端及在進(jìn)