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石化含苯廢氣儲罐氮封裝置改進方案
含苯廢氣的排放對周圍環(huán)境影響較大，企業(yè)在生產(chǎn)、儲存和運輸?shù)倪^程中應各個環(huán)節(jié)上減少和防止對自然環(huán)境的污染，本文通過對苯儲罐儲存工藝設備的改造，改造前后含苯廢氣排放量的對比，闡述了改造的合理性和可靠性。油品在儲存和輸轉過程中的蒸發(fā)損耗不僅會造成油品數(shù)量的損失，還將導致油品質量的下降。油氣的排放，本身就是資源的巨大浪費，而在儲存過程中蒸發(fā)產(chǎn)生的油氣作為一次污染物更會對環(huán)境產(chǎn)生直接危害。
苯是*的有毒致癌物質，并且沒有安全下限，易產(chǎn)生和積聚靜電。苯的化學結構十分穩(wěn)定，在自然環(huán)境條件下不易降解，對土壤、水體和大氣能夠造成持久而嚴重污染，其對動植物及人類的危害不容忽視。因此，企業(yè)在生產(chǎn)、儲存和運輸?shù)倪^程中嚴格執(zhí)行危險化學品生產(chǎn)、應用和儲運的行業(yè)規(guī)范，不斷改進工藝，在各個環(huán)節(jié)上減少和防止對自然環(huán)境的污染。油品蒸發(fā)損耗主要分為二類，小呼吸損耗和大呼吸損耗。油罐在油品靜止儲存時，油面處于靜止狀態(tài)，油品蒸汽充滿油罐氣體空間，由于油氣的熱膨脹，或因大氣壓變化引起的膨脹，造成油氣從罐中排出，一般稱之為小呼吸，這種小呼吸損耗在各種類型的儲罐中均會發(fā)生。對于浮頂罐，油品靜止時，小量的油氣會通過密封板和浮頂之間的密封膜泄漏出去。當密封和密封板同罐壁之間的配合不良時，會導致更大的蒸發(fā)損耗，風會加劇此種損耗。油罐收油時，油面不斷升高，氣體空間被壓縮，儲罐內(nèi)部壓力超過泄放壓力，油氣排出油罐。油罐發(fā)油時，由于在排油過程中蒸發(fā)落后于氣體空間的膨脹，烴蒸汽分壓下降，一定量的空氣進入儲罐以維持總壓力達到大氣壓，此時油罐中氣體空間的油氣濃度大大降低，則又導致油品氣化量增加，使氣體空間的油氣濃度達到新的平衡，當油氣體積超過氣體空間的容量時，則導致部分油氣排出罐外，這種現(xiàn)象稱為回逆呼出損耗，收發(fā)油過程所導致的蒸發(fā)損耗又稱之為大呼吸損耗。對于浮頂罐，當浮頂因抽液而下降，罐壁暴露，則濕潤的罐壁上所粘附的液體蒸發(fā)導致?lián)p耗。下面就以苯罐為例進行分析。
儲運部現(xiàn)有苯儲存罐6座，分別為2座5000m3和4座3000m3的內(nèi)浮頂罐，罐壁以及罐頂上均設置有通氣孔，儲罐大小呼吸引發(fā)的含苯廢氣的排放對周圍環(huán)境影響較大，對員工的人身安全帶來威脅。因此在安全環(huán)保上考慮對苯罐的儲存現(xiàn)狀和工藝控制進行改造，以減少含苯廢氣的排放。其氮封閥打開時，當儲罐壓力稍微低于設定壓力時，膜片因為感應壓力下降而向下移動，推動氣導閥打開，氮氣經(jīng)過孔板、氣導閥的出口進入儲罐，使儲罐內(nèi)的壓力增加，同時氣導閥的特殊閥芯室的壓力下降，氮氣通過內(nèi)部通道從特殊閥芯室進入主閥閥芯室。工作時通常情況下是不需要任何外加能源，利用被調(diào)介質自身能量而實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)的執(zhí)行器產(chǎn)品。同時又具有節(jié)約能源，壓力設定值在運行中可隨意調(diào)整，采用快開流量特性，動作靈敏、密封性能好，介質壓力穩(wěn)定，調(diào)節(jié)精度高，泄漏量小等優(yōu)點。
ZZYVP氮封閥利用被調(diào)介質自身能量為動力源，引入執(zhí)行機構控制閥芯位置，改變兩端的壓差和流量，使閥前（或閥后）壓力穩(wěn)定。具有動作靈敏，密封性好，壓力設定點波動小等優(yōu)點，廣泛應用于氣體、液體及蒸汽介質減壓穩(wěn)壓或泄壓穩(wěn)壓的自動控制。
石化含苯廢氣儲罐氮封裝置改進方案特點
·無需外加能源，能在無電、無氣的場合工作，既方便，又節(jié)約能源，降低成本；
·氮封裝置供氮、泄氮壓力設定方便，可在連續(xù)生產(chǎn)的條件下進行；
·壓力檢測膜片有效面積大，設定彈簧剛度小，動作靈敏，裝置工作平穩(wěn)；
·采用無填料設計，閥桿所受磨擦力小，反應迅速，控制精度高；
·供氮裝置采用指揮器操作，減壓比可達100：1，減壓效果好，控制精度高；
·為確保儲罐的安全，需在罐頂設置呼吸閥；
·呼吸閥僅起安全作用，避免了常規(guī)氮封裝置中啟閉頻繁易損壞的缺陷。
1 石化含苯廢氣儲罐氮封裝置改進方案內(nèi)浮罐儲存條件下含苯廢氣的排放量計算
1.1浮頂罐大呼吸蒸發(fā)損耗的計算：（對于內(nèi)浮頂油罐的大呼吸蒸發(fā)損耗計算及小呼吸蒸發(fā)損耗計算，由于尚無適用于內(nèi)浮頂?shù)膶嶋H數(shù)據(jù)，并因內(nèi)、外浮頂罐蒸發(fā)損耗的差別很小，故內(nèi)浮頂?shù)拇蠛粑鼡p耗計算，目前均沿用外浮頂?shù)挠嬎愎?。）由上面?、式2、式3計算得出苯罐的年大小呼吸損耗量：Lw+Ls=262.5+82=344.5 kg/a，則苯罐全年向大氣排放的平均濃度計算以苯罐的年大小呼吸損耗量除以苯罐因收料外排的氣相體積數(shù)得出，計算結果為：344.5×106÷602273=572mg/m3 ，遠遠高于《中華人民共和國國家標準》GB16297-1996中大氣污染物綜合排放標準中的允許排放濃度17 mg/m3。因此必須考慮將苯罐在正常運行過程中向大氣排放的濃度降下來，以滿足國家標準要求。
2 石化含苯廢氣儲罐氮封裝置改進方案改造現(xiàn)有苯罐儲存條件
2.1儲罐增加氮封設施
提高油罐的操作壓力可減少大小呼吸損耗，原有的六座苯罐設計壓力為-50～200mmH2O，通過對苯罐增加氮封后，將原內(nèi)浮頂罐壁的透氣孔封閉，根據(jù)氮封罐的規(guī)范要求在罐頂設置2個DN250呼吸閥和1個DN500事故泄壓閥。石化企業(yè)作為一個連續(xù)生產(chǎn)單位，作為終產(chǎn)品的儲存設施，苯罐的收發(fā)基本是單罐收，單罐發(fā)，也就是說在正常情況下，六座罐中有一座罐在收料，有一座罐在發(fā)料，在增加氮封的改造方案中考慮將六座罐的氣相空間作為一個“大”系統(tǒng)，這樣可減少油罐的大呼吸損耗，即收料罐在收油時油面不斷升高，氣體空間被壓縮，儲罐內(nèi)部壓力逐步升高，此時油氣向壓力低的發(fā)料罐方向泄放，因為發(fā)料罐由于液面下降壓力相對較低。六座罐的氣相作為一個“大”系統(tǒng)后，油罐在收發(fā)過程的壓力平衡中會大幅度降低大小呼吸損耗。
氮封流程說明：
整個氮封系統(tǒng)采用一個氮封閥（自力式調(diào)節(jié)閥）減壓后通過DN200的管道送入六座苯罐內(nèi)進行氮封，排放時通過總管上的泄氮閥控制排放含苯廢氣。正常情況下，罐的進出料呼吸氣就是在補氮和排放廢氣之間平衡進行，罐頂?shù)暮粑y不再啟跳（呼和吸），對大氣的排放污染可減少。而在非正常情況下，罐頂?shù)暮粑y又可工作，起到保護苯罐的作用，在事故狀態(tài)下，泄壓閥是呼吸閥失效后的又一道保護，保證了儲罐的安全。
2.1.1石化含苯廢氣儲罐氮封裝置改進方案氮封工藝控制過程：
氮封閥設定壓力為500Pa,泄氮閥設定壓力1300Pa,呼吸閥設定壓力1500 Pa,泄壓閥設定壓力1800 Pa。當六座罐在收發(fā)料過程中，氣相氮封“大”系統(tǒng)壓力下降到＜500 Pa時，進氮自力式調(diào)節(jié)閥打開補氮，補氮至氮封“大”系統(tǒng)壓力達到500 Pa，若氮封“大”系統(tǒng)壓力繼續(xù)下降到呼吸閥的吸氣壓力，則呼吸閥動作。當六座罐在收發(fā)料過程中，氣相氮封“大”系統(tǒng)壓力上升到＞1300 Pa時，泄氮閥打開進行含苯廢氣的排放，至氮封“大”系統(tǒng)壓力降到1300 Pa。當非正常情況下，氮封系統(tǒng)在泄氮閥的作用下氮封系統(tǒng)壓力繼續(xù)上升至1500 Pa時，罐頂呼吸閥開始呼氣。
當?shù)忾y和泄壓閥均失效時，罐頂?shù)氖鹿市箟洪y開始作用，事故泄壓閥的選用滿足《石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)設計規(guī)范》SH/T3007-2007中5.2.2規(guī)定，事故泄壓設備的開啟壓力應高于通氣管（呼吸閥）的排氣壓力并應小于儲罐的設計正壓力，事故泄壓設備的吸氣壓力應低于通氣管（呼吸閥）的進氣壓力并應高于儲罐的設計負壓力。
2.1.2石化含苯廢氣儲罐氮封裝置改進方案苯罐增加氮封后的含苯廢氣排放計算
苯罐氮封壓力為1300 Pa，上海地區(qū)平均大氣壓101.6 KPa，儲罐氮封壓力PN=101.6+1.30=102.9 KPa上海石化工廠區(qū)域平均溫度為15.6℃時，苯蒸汽的分壓Pt/PN=8.285/102.9=0.0805 KPa則一年中苯罐的呼吸損耗：LAN=344.5×0.0805=27.73 kg/a
2.2對含苯廢氣進行吸附處理
由2.1.2計算可知，內(nèi)浮頂罐加氮封后，含苯廢氣的排放濃度從572mg/m3降低到了46mg/m3，但還是超過了17mg/m3的允許排放濃度，因此還需要進一步對排放的含苯廢氣進行吸附處理，以滿足國家規(guī)范要求。廢氣處理的基本方法有冷凝法、吸收法、吸附法、直接燃燒法和催化燃燒法，經(jīng)對廢氣處理技術經(jīng)濟的比較，從技術的成熟性、操作的便利性和維護費用的經(jīng)濟性等方面來考慮，采用吸附法對含苯廢氣進行處理，吸附法主要用于凈化廢氣中低濃度污染物質，吸附法的油氣處理效率可達≥95%，油氣排放濃度可＜12mg/m3。吸附法是使廢氣與多孔性固體（吸附劑）接觸，使其中污染物（吸附質）吸附在固體表面上而從氣流中分離出來。當吸附質在氣相中的濃度低于與吸附劑上吸附質成平衡的濃度時，或者有更溶解被吸附的物質到達吸附劑表面時，原來的吸附劑會從吸附劑表面上脫離而進入氣相。失效的吸附劑經(jīng)過再生可重新獲得吸附能力，再生后的吸附劑可重新使用。對吸附劑一般需滿足以下要求：比表面積和孔隙率大；吸附能力大；選擇性好；粒度均勻，有較好的機械強度、化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性；使用壽命長，易于再生；制造簡單，價格便宜。
石化含苯廢氣儲罐氮封裝置改進方案廢氣處理工藝流程如下：
苯和水混合液排到含油污水系統(tǒng)含苯廢氣進入活性碳纖維罐后（共設二座罐A/B，一個罐吸滿油氣后切換至另一個罐，同時對已經(jīng)吸滿油氣的罐進行再生），經(jīng)過罐內(nèi)的碳纖維芯吸附后得到凈化，凈化后的空氣通過引風機送至排氣管高空排放（放空口高度≥15米）。
氮封閥保養(yǎng)
· 安裝調(diào)節(jié)閥的位置是使閥桿的行程方向與閥體上方的執(zhí)行機構在一個垂直平面上。如果調(diào)節(jié)閥必須安裝在使閥桿水平移動的位置，或者閥桿的移動方向與水平面有一定的傾角時，就應該把執(zhí)行機構支撐起來，使調(diào)節(jié)閥的各個部件都處于自然狀態(tài)。
·運行中的閥門應完好，法蘭和支架上的螺栓齊全，螺紋無損，沒有松動現(xiàn)象。
·保證氮封閥避免或消除應力，把應力導向遠離調(diào)節(jié)閥的地方。
·閥門上的標尺應保持完整、準確、清晰，閥門的鉛封、蓋帽、氣動附件等應齊全完好。
·閥門應定期檢查，并清除其上的污物，涂抹涂防銹油在其表面。
· 對在爆炸性危險場所使用的調(diào)節(jié)閥和有關附件應檢查其安全運行情況
·要保證整體的垂直位置或水平位置。如果遠距離運輸，用牢固的木箱裝運。
·閥門上的標尺應保持完整、準確、清晰，閥門的鉛封、蓋帽、氣動附件等應齊全完好。
石化含苯廢氣儲罐氮封裝置改進方案說明
◇ 泄氮閥通常安裝在罐頂，口徑視情況與進液閥口徑一致
◇ 泄氮閥的壓力設定點略大于供氮閥的壓力設定點，以免供、泄氮裝置頻繁工作，浪費氮氣、影響設備的使用壽命
◇ 若用戶工況與造型手冊有異，望來電來郵與本廠技術人員聯(lián)系
◇ 一般供氮氣壓力在3×10^5-10×10^5Pa之間
◇ 罐頂呼吸閥僅起安全作用，是在主閥失靈，導致罐內(nèi)壓力過高或過低時，起到安全作用，在正常情況下不工作
3 石化含苯廢氣儲罐氮封裝置改進方案結論
3.1對儲存苯的內(nèi)浮頂罐增加氮封并采用廢氣處理后，可大大減少對環(huán)境的污染，改善操作環(huán)境。
3.2儲存同一品種的儲罐氣相連通成一個大系統(tǒng)，使得苯收料罐和發(fā)料罐的補氮和排放可以互補，可大幅度減少氮氣用量。
3.3氮封補氮閥和泄氮閥的操作壓力在罐呼吸閥的工作壓力范圍之內(nèi)，對罐的操作沒有影響，罐頂呼吸閥和泄壓閥是儲罐安全運行的二道保護設施。
