关于营口港鲅鱼圈港区成品油及液体化工品储运工程设置油气回收设施的论证

　　摘要：营口港鲅鱼圈港区一港池成品油及液体化工品储运工程于2005年4月开工建设，到2006年6月竣工并投入试生产。此后，作者针对港口罐区油气产生的主要环节，以及国内外的相关防治措施和工程实际建设内容情况进行了详实的调研，在此基础上对营口港鲅鱼圈港区一港池成品油及液体化工品储运工程设置油气回收设施的可行性进行论证，以期为主管部门和同类建设工程提供参考。
　　关键词：港口罐区、设置油气回收、综述
　　1我国油气回收行业的发展与意义
　　油气回收是指对储、运、销环节装卸汽油过程发生的油气污染采取的治理和回收利用措施。20世纪70年代，国内石油系统科研单位和企业开始研究油气回收技术和产品。然而，经过三十年漫长的发展，我国至今还没有形成规模的油气回收行业，也没有较成熟的油气回收产品市场或有名气的油气回收产品品牌。直到2007年国内油气回收行业才得以迅猛发展。一方面，相应的国家法律法规、执行标准连续颁发，国家发改委、科技部、环保部等政府部门配套的管理方案、实施细则、技术导则陆续出台，对油气回收行业发展的指导文件、扶持政策也不断完善；另一方面，奥运会的召开有力地推动了油气污染的治理和油气的回收利用。京、津、冀地区部分油库、加油站安装了油气回收处理装置，全国的油气回收行动迈出了很大步伐。
　　1.1我国油气回收行业的发展历程及现状
　　油气回收行业发展历程20世纪70年代，国内石油系统科研单位和企业开始研究油气回收技术和产品。最初有中石化北京设计院在东方红炼油厂建立的工业实验装置；中石化抚研院在抚顺石油三厂开展油气回收与减少损耗的研究。80年代初期，上海石油公司科技部与江苏石油化工学院储运系师生合作，以杨树浦油库日本善丸公司设备问题为案例研究油气回收技术，开发了新吸收法油气回收技术和专用吸收剂。还有中石化洛阳设计院与长岭炼油厂合作建成了吸收法油气回收处理装置。1987年，桂林石油公司向桂林市科委申请立项组织石油、化工、制冷、机械等多个专业人员研制冷凝吸收式油气回收装置，经过小试、中试，1992年完成大型样机并在桂林羊角山油库成功运行，通过了科技鉴定和专利授权。90年代后期，上海蓝泓科技公司开发的人工制冷油气回收装置在上海耀华加油站投用。
　　上海维高环保科技有限公司也进行了冷凝回收的样机试验。80年代原商业部中国石油公司（现中石化销售公司）从国外引进了采用冷凝法、吸收法、吸附法的油气回收装置各一套，分别设在天津、上海、太原的油库使用。其中只有冷凝法装置的使用效果较好，并于1998年9月调拨到镇海炼油厂。1998年，广东泰登公司引进了国外加油站一次、二次油气回收产品。2000年之后国内相继从美国、德国等公司进口了多套油气回收设施。但进口装置价格高昂，安装调试周期漫长（有的两、三年甚至六、七年都不能正常运行），而且一些装置投用后达不到供应商事前承诺的效果，造成国内的有关企业不得不接连派员出国进行考察等，这些情况促进了国内环保企业开发油气回收技术和产品的积极性。
　　1.2油气回收技术的意义和价值
　　1.2.1有利于人类的健康
　　汽油挥发物有很多，大多是对人体有极大损伤的，比如苯、甲苯、二甲苯、乙苯等，不仅有损失，据可靠研究表示还有很大的毒性，这些毒性中以苯最高。苯为致癌物，会导致基因问题，最大可能会引起白血病。安装油气回收装置的加油站，其油气回收率可达到95%以上，对人体的伤害可以得到控制和避免。
　　1.2.2对环境保护和可持续发展的好处很大
　　加油站油气的排放除对人类的健康有直接影响外，还间接对环境造成二次污染。近年来，全球环境急剧恶化的前提下，如何实现环境与能源的可持续发展已经成为了一个人类日益关注的问题，而环境问题中有一部分就是油气污染造成的。近几年来我国针对成品油销售环节挥发排放的污染，国家环保等有关部门明确规定：“应保证油料运输、储存、销售等环节的可靠性和安全性，防止由于上述环节的失误造成对环境的污染。
　　1.2.3节约能源和损耗
　　油气的排放还可能造成资源的极大浪费，根据日本资源能源厅有关资料统计，目前加油站采用的一般的密闭卸油工艺年平均汽油损耗量为860g／m3，而具有油气回收功能的加油站采用密闭卸油时，油气损耗量仅为45g／m3。日本资源能源厅的另一份调查报告介绍，油罐车向加油站地下油罐卸油时，平均每接收lm3的汽油，损耗1．08kg，由加油站向汽车油箱装汽油时，平均每罐装lm3的汽油，损耗1．44kg【1】。所以油气回收设备除了可以降低油气污染，还可以减少油量损失，因此加油站设置油气回收设备，可谓兼顾环保与经济双重成效【2】。
　　2港口罐区油气产生环节及主要防治对策分析
　　2.1港口罐区装卸流程及油气产生环节分析
　　码头成品油储罐工程的油气挥发主要发生在卸火车阶段、储油阶段和收发油阶段。以下针对各个环节进行具体说明。
　　（1）卸火车阶段
　　目前成品油的运输主要以火车为主，卸油时会有部分油气挥发排放，又因油气在卸油过程中主要处于负压状态，故其排放量较小。
　　（2）储罐“小呼吸”
　　储罐区罐内油品则没有收发作业静止储存情况下，随着外界气温、压力在一天内的升降周期变化，罐内气体空间温度、油品蒸发速度、油气浓度和蒸汽压力也随之变化，这种排出油蒸气和吸入空气的过程造成的油品损失叫“小呼吸”损耗，通常也叫油罐静止储存损耗。
　　（3）储罐“大呼吸”
　　油罐在进行收发作业时，由于油面的升降变换引起油罐内气体空间变化，进而带来气体压力的升降变化，使混合油气排出或外界空气吸入，这个过程所造成的损耗叫油罐“大呼吸”损耗，有时也叫油罐动态损耗。
　　（4）油品装车损耗
　　装车时油品从伸入车内的鹤管中高速流出，对槽车内壁和油品表面造成强烈的冲击，使液体喷射、飞溅，引起槽车内油品液面强烈波动和搅拌，加速了成品油表面的蒸发速度，高浓度的油气很快充满槽车的气体空间，随着成品油液面的上升高浓度油气被排出车外，由此形成了装车损耗。
　　（5）油品装船损耗
　　装船采用管道输送，油品从插到油舱底部的管道进入油舱。油船装卸之前，油舱里油气的浓度通常是均匀的。装汽油时油舱中气体含0～20%(V)的油气，甚至可超过50%。
　　2.2油气控制措施
　　2.2.1储罐“小呼吸”损耗控制
　　对于“小呼吸”损耗，油罐“小呼吸”损耗的产生主要与气体空间高度和大气温差有关。因此,要减少“小呼吸”损耗、应从减小气体体积和油罐表面的温差着手,主要措施如下。
　　(1)使用浮顶罐或内浮顶罐,选用合适的密封装置。对于易挥发的轻质油品,宜储存在浮顶罐或内浮顶罐中。
　　(2)高温季节对油罐适当延长淋水期。。据统计,在高温时,采用淋水的办法可以减少90%的油品蒸发损耗。对处于不同地区的油罐,应根据当地实际天气情况,在适当的时机对油罐进行淋水,并适当的确定淋水时间以达到最佳效果【3】。
　　2.2.2储罐“大呼吸”损耗控制
　　(1)尽量选择在降温时收油。由于在降温时罐内气体因温降而收缩,使蒸气分子凝结加快或蒸发减慢,因此进油时罐内排除的气体量必然少于进油量,致使损耗量比升温时大量减少【4】。另外,在油罐进油时应尽量加大泵的排量,使油品在进油过程中来不及大量蒸发,从而减少损耗。同时,在安排油罐进油时,应优先安排刚排空的储罐。
　　(2)应尽缓慢进行油罐发油操作。这样可使罐内气体浓度下降较为迟缓,以避免或减少发油结束后出现回逆呼出损耗。
　　(3)采用浮顶罐。现有浮顶罐罐内壁防腐施工工艺运行段仅做除锈处理,从而减小了罐内壁的表面积,降低储罐内壁的粗糙度,进而减少原油在罐壁上的附着。当浮顶罐发油时,浮顶下沉,暴露在空气中的原油量也就随之减少。
　　(4)采用密闭收发油技术。将油罐、管路及位于零发油灌装场地的油罐车视作一个整体,将油蒸气密封起来,尽量减少油蒸气的逸出。
　　2.2.3装车损耗控制
　　（1）采取液下装车。输油管管口能够直接到达槽车底部，且油品从管口侧向水平流出，不仅大大减轻了对车壁的冲击而且极大的降低了液流对油品液面的强烈冲击和搅拌作用，使槽车内气体空间的油气浓度长时间保持在一个较低的水平，只是在装车即将结束时才达到最大浓度，可以较好地降低装车的油品损耗【5】。
　　（2）限制流速。装车速度快，油槽车内气体空间油气浓度上升也快，装车损耗大。为减小这种不利影响，装车时可以限制流速。
　　（3）密闭装车。为了解决高浓度油气不断从槽车帽口逸出而造成损耗，采取密闭装车。
　　（4）及时封车。装完车后应逐一上升鹤管并立即封车，然后进行下一节作业。避免在作业时先全部升完鹤管后再逐一施封，尽量缩短槽车的敞口时间从而减少轻质油品的挥发损耗。
　　（5）使用油气回收装置。槽车内产生的油气通过密封盖内侧的气相出口汇集到油气线输送到油气回收装置进行回收。
　　2.2.4装船损耗控制
　　（1）在油轮装油时，通过周期性的增压使锅炉贫氧废气保持在油舱的油面上。在卸油时，不断地将锅炉贫氧废气送至油舱，以确保舱中为惰性气体，减少油气损耗并排除爆炸的危险。
　　（2）泡沫屏障。装石油前，在油舱石油的表面上，加上一层水溶性泡沫，可避免在装油的过程中造成油气逸散时对大气的污染。
　　（3）使用油气回收装置。通过设置油气回收装置回收船舶装船过程中产生的油气。用于汽车油罐车装油时的油气控制技术，并不完全适用于油舱装油。因为汽车油罐车装油所产生的油气浓度在大部分时间是在爆炸燃烧浓度范围以上。且油气的逸散量远比油船装油时为低。一般是将油气从呼吸阀引出，通过可移动软管连接到油气回收装置。
　　2.3油气回收技术应用情况
　　油气回收是节能环保型的高新技术，回收在储运、装卸过程中排放的油气，防止油气挥发造成的大气污染，消除安全隐患，提高对能源的利用率，减小经济损失。常见的方法有吸附法、吸收法、冷凝法和膜分离法。
　　（1）吸附法
　　利用活性炭、硅胶或活性纤维等吸附剂对油气/空气混合气的吸附力的大小，实现油气和空气的分离。油气通过活性炭等吸附剂，油气组分吸附在吸附剂表面，然后再经过减压脱附或蒸汽脱附，富集的油气用真空泵抽吸到油罐或用其他方法液化；而活性炭等吸附剂对空气的吸附力非常小，未被吸附的尾气经排气管排放。
　　（2）吸收法
　　根据混合油气中各组分在吸收剂中的溶解度的大小，来进行油气和空气的分离。一般用柴油等贫油做吸收剂。一般采用油气与从吸收塔顶淋喷的吸收剂进行逆流接触，吸收剂对烃类组分进行选择性吸收，未被吸收的气体经阻火器排放，吸收剂进入真空解吸罐解吸，富集油气再用油品吸收。由于吸收法有着其致命的缺陷即回收率太低，一般只能达到80%左右，现在很少单独使用。随着国家《储油库大气污染物排放标准》的施行，这套装置已经无法达标。
　　（3）冷凝法
　　利用制冷技术将油气的热量置换出来，实现油气组分从气相到液相的直接转换。冷凝法是利用烃类物质在不同温度下的蒸汽压差异，通过降温使油气中一些烃类蒸汽压达到过饱和状态，过饱和蒸汽冷凝成液态，回收油气的方法。一般采用多级连续冷却方法降低油气的温度，使之凝聚为液体回收，根据挥发气的成分、要求的回收率及最后排放到大气中的尾气中有机化合物浓度限值，来确定冷凝装置的最低温度。
　　一般按预冷、机械制冷等步骤来实现。预冷器是一单级冷却装置，为减少回收装置的运行能耗，现已开发出一种使用冷量回用的技术，使进入回收装置的气体温度从环境温度下降至4℃左右，使气体中大部分水汽凝结为水而除去。气体离开预冷器后进入浅冷级。可将气体温度冷却至－30℃～－50℃，根据需要设定，可回收油气中近一半的烃类物质。离开浅冷的油气进入深冷级，可冷却至－73℃到－110℃，根据不同的要求设定温度和进行压缩机的配置。冷凝法的优势非常明显，在世界范围内应用也较广泛。
　　（4）膜分离法
　　利用特殊高分子膜对烃类有优先透过性的特点，让油气和空气混合气在一定压力的推动下，使油气分子优先透过高分子膜，而空气组分则被截留排放，富集的油气传输回油罐或用其他方法液化。
　　（5）“冷凝+吸附”法
　　冷凝法和吸附法相结合目前是比较流行的方法，也能得到大多数人的认可。一般，先采用二级冷凝将油气冷凝到-40度至-50度，通过二级冷凝后85%以上的油气都液化了，未冷凝为液态的浓度较低的油气再通过一个吸附系统，对油气进行富集，使油气浓度大大提高，同时体积大大减小了（经过吸附系统分离出来的达标尾气已经排放了），这时富集的油气再进入三级冷凝系统深度冷凝，此时三级冷凝器的功率就大大的减小了。此工艺的优点：（1）有效的结合了冷凝法和吸附法的优点；（2）由于用吸附系统对油气进行了富集，三级冷凝要处理的油气就大大的降低了，能耗也降低了；（3）经过二级冷凝的油气是中低温油气，活性炭床的不会产生高温热点，吸附系统也克服了安全隐患【6】。
　　表1油气回收技术应用情况对比分析
　　回收
　　技术 优点 缺点 性价比
　　以油气排放浓度≤25g/m3
　　油气处理效率≥95%为标准
　　   
　　吸附法 流程简单、操作方便；
　　回收率高，尾排浓度低；
　　自动化程度高；运行费用低； 占地面积较大；
　　吸附剂需集中回厂处理 可达标,性价比最优
　　冷凝法 流程简单；回收率高；安全性好；
　　占地面积小 维修困难；
　　能耗很高，不利于间歇操作。 需制冷到-110℃方可达标；
　　使用不便、投入成本高很少使用；运行成本较高
　　吸收法 流程简单，操作方便；
　　投资省、安全性好 占地面积较大；
　　不利于间歇操作；操作费用高 由于本身技术的回收效率只能达到85%左右，故不宜选择。
　　膜分离法 操作性好，便于放大；
　　操作简便，易于维护；运行费用低 价格昂贵；防爆要求高；
　　控制要求高；占地面积大，存在安全隐患 投资成本大，安全性能低。
　　冷凝
　　+
　　吸附 适用于加油站；
　　自动化程度高，运行费用低；
　　冷凝机组每天定时工作 对加油站而言设备体积显得稍大 尾气达标排放
　　性价比优
　　
　　3讨论
　　国内油气挥发的污染问题虽然已引起有关部门的关注，但油气回收后的处理尚未引起足够的重视。目前，经济发达、人口密集的大中城市的加油站都在安装油气回收设备，但加油站油气治理的情况并不理想。由于回收油气的处理问题未得到落实，加油站花钱上了油气回收设备，却也停留在加油站作业现场的油气回收上，而回收来的油气没有地方进行处理和再利用，油气又被白白放掉了，环境污染依然存在，资源浪费问题也没有得到根本解决，油气回收的意义没有从根本上得到体现。
　　综上所述，油气治理的关键一方面是油气回收，另一方面是回收后对油气的处理和利用，两者缺一不可。只有先在油库建立油气处理站，然后从每个环节去加以控制，顺序合理，才能真正起到保护环境，节约资源的作用。
　　
　　参考文献
　　[1]黄维秋,高锡祺,卢显文,王永源;小型锥顶汽油罐蒸发损耗的实验测定[J];江苏石油化工学院学报;1997年03期
　　[2]武建英;论我国炼油行业推行清洁生产的潜力和机会[J];科技情报开发与经济;2006年21期
　　[3]杨志军;储罐底板磁检测技术研究[D];大庆石油学院;2003年
　　[4]赵俊;油田地面工程系统信息化管理及应用研究[D];西南石油学院;2004年
　　[5]王克田;苯装车过程的气体回收研究[D];大庆石油学院;2005年
　　[6]李德海;原油库加热节能研究[D];西南石油学院;2004年