吸附法油氣回收裝置及其安全設計

吸附法油氣回收裝置及其安全設計一、刖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，通常要經(jīng)歷若干儲存、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，有一部分油氣會因此而揮發(fā)進入大氣，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)生爆炸或火災事故，造成生命和財產(chǎn)的重大損失。由于油氣爆炸極限范圍寬，油氣擴散范圍廣，由此引起的火災爆炸事故時有發(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)生光化學煙霧，又破壞臭氧層。儲運過程的油氣損失，造成寶貴的石油資源的浪費。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)損耗油氣進行回收技術的研究，70年代，世界上技術先進的國家，如美國、日本、西歐國家已廣泛采用油氣回收技術，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)，油氣回收還是個新興產(chǎn)業(yè)，實際應用不多。隨著安全、環(huán)保、節(jié)能意識的逐步增強，國內(nèi)對油氣回收的廣泛應用已經(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，位于“中國光谷〃武漢東湖新技術開發(fā)區(qū)的湖北楚冠實業(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格的排放標準要求，填補了國內(nèi)空白。這套裝置采用了撬裝式，結(jié)構(gòu)緊湊，其中一個很重要的特點就是：整個系統(tǒng)無論是在撬體上的設備、儀表、電氣，還是撬體外的電氣控制柜和操作控制臺，都采用了很嚴格的安全防爆設計，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，并制定出了嚴格的企業(yè)標準，確保了裝置在設計、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計時采取的安全措施及注意事項。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交替使用的吸附罐組成，其中一個吸附罐處于吸附油氣階段，另一個吸附罐則處于對吸附飽和的吸附劑進行脫附的階段。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煉廠重新煉制)作為吸收劑，吸收過程在填料塔中完成，塔頂未吸收完全&c#h2K5@/u(A!t0v1v&|$a#B#乙F1|!O)Z&_,J(P!P1z#f8J$d#h,~%八)e的尾氣重新返回吸附罐的入口循環(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。當炭吸附罐A烴類吸附量達到一定值、在吸附罐頂部即將穿透前，通過PLC程序控制系統(tǒng)按照預先設定、調(diào)整好的時間，自動切換至另一炭吸附罐B進行吸附工作，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。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行吹掃?；钚蕴看矊釉O置有上、中、下多個測溫點?；钚蕴课接蜌鈺r，由于吸附熱的作用，床層溫度會升高，當床層溫度升至一定值時控制系統(tǒng)會報警，必要時自動切換至另一炭罐工作，或關閉油氣進口閥門，以確保安全?；钚蕴棵摳接蜌鈺r，為吸熱過程，床層溫度又會下降。4U）',y"Q;p%K-H&l%z9W5r6f;e）t）@:j'aZ+x2C:h/O4o7b1C&R"D*脫附出來的高濃度油氣（富氣）進入真空泵后，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，送入炭吸附罐進行循環(huán)吸附。7I!n,T）~8N7{a*o+g#h0G#D1G5w%t/u+}:N；I：T,q）E:p2E&t三、標準與規(guī)范嚴格遵守國家相關標準和規(guī)范是設計上的原則問題。吸附法油氣回收裝置在安全設計時所采用的相關標準規(guī)范主要有：GB50156-2002汽車加油加氣站設計與施工規(guī)范GB50074-2002石油庫設計規(guī)范GB50160-92石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范SH3097-2000石油化工靜電接地設計規(guī)范SH3063-1999石油化工企業(yè)可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計規(guī)范JTJ237-99裝卸油品碼頭防火設計規(guī)范GB50058-92爆炸和火災危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范四、防爆措施當汽油蒸氣濃度達到爆炸極限時（濃度為0.6%-8.0%V），遇到明火就會產(chǎn)生爆炸燃燒。因此，我們從吸附法回收的工藝特點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、設備布置、工藝配管等方面嚴格把關。1、工藝控制措施：采用經(jīng)過反復、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)氣反復吸脫附場合，脫附性能非常好，自然耐溫高達450°C，既能有效地保證系統(tǒng)的再生效果，又大大降低了出現(xiàn)熱點的頻數(shù)，具有工業(yè)應用的最佳安全性；活性炭床層多處設置溫度報警、聯(lián)鎖。由于活性炭在吸附時溫度升高，脫附時溫度下降，當吸附時活性炭溫度升高進入危險范圍以前，控制系統(tǒng)就自動報警并聯(lián)鎖切換進入脫附狀態(tài)，確?；钚蕴繙囟炔粫^續(xù)升高而危及安全；活性炭罐油氣入口前配有凝縮罐和液位計，從而避免液態(tài)汽油進入活性炭床層；采用液環(huán)式真空泵，泵內(nèi)運行溫度較低，不會超過油氣的自燃溫度，有效地消除了隱患；/K.R1\$y0y8n,m0H6VR8O"z,z6s+F"N"D+八1\$C&|E!]'l3z*o+P/@)J,m.h5B4y;O2}5Q.M&5r+~'D*m9k0P+B#[-I(H#}/Z*N1j.w3s(Y(s&C-{%s6a6c0?2c4r/Y*{%n%八3[/M+Hm(g_$m9w&|9a5N:c分離罐和吸收塔均設置液位報警、聯(lián)鎖；采用先進的控制系統(tǒng)，自動化程度高，正常運行時關鍵工序全自動操作，所有溫度、壓力、流量等參數(shù)均可實行實時趨勢及歷史趨勢查詢功能；裝置在運行過程中產(chǎn)生的報警和運行信息長期存儲，用來監(jiān)督管理各種生產(chǎn)運營故障。自動控制系統(tǒng)同時并行設置手動控制系統(tǒng)；系統(tǒng)設置了阻火器及切斷閥，進出裝置的汽油管線上設有自控閥門，故障或停機狀態(tài)使汽油不再進入裝置；位于現(xiàn)場的所有設備、電氣、儀表、控制箱均按國家相關標準采用嚴格的防爆設計、選型；5x!b"G5P$[$ON/c2h5Q.@5K%t4l+q排放的尾氣烴類濃度嚴格控制在10g/m3以下，以遠離油氣的爆炸極限下限。尾氣濃度的監(jiān)控可設置可燃氣體檢測報警系統(tǒng)，其高限報警設定值應小于或等于0.15%或5g/m3。報警器設置在控制室或值班室內(nèi)?？扇細怏w檢測器和報警器的選用和安裝，應符合SH3063《石油化工企業(yè)可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計規(guī)范》的有關規(guī)定；輸送油氣和汽油的管線，應根據(jù)流量選取適當?shù)墓軓絹砜刂七m當?shù)牧魉?，管?nèi)的油品流速不應大于4.5m/s，盡可能避免產(chǎn)生靜電。2、設備、管道及布置配管：吸附罐設計時，由于其工作狀態(tài)為常壓與高真空兩種工況交替進行，應按JB4735-1995《鋼制壓力容器一分析設計標準》的要求對其交變應力集中部位進行疲勞分析。放空排氣管的出口，應高出地面2.5m以上，并應高出距排氣管3m范圍內(nèi)的操作平臺2.5m以上。排氣管周圍15m半徑范圍內(nèi)不應有明火、散發(fā)火花；管段坡度不應小于2%。，一般按1%；固定工藝管道宜采用無縫鋼管。埋地鋼管的連接應采用焊接，必要時選用耐油、耐土壤腐蝕、導靜電的復合管材；油氣回收連通軟管應采用導靜電耐油軟管；真空泵、油泵等周圍應預留出必要的檢修、安全空間。五、防靜電措施靜電易起火，加油站、油庫、裝車現(xiàn)場都安裝有防靜電接地裝置。油氣回收裝置內(nèi)的設備管道內(nèi)介質(zhì)是汽油和油氣，如果油管無靜電接地，造成靜電積聚放電，極易點燃油蒸氣。油品由于磨擦而產(chǎn)生靜電的電壓可高達幾十萬伏，處理不當易造成放電，引起爆炸燃燒事故。)q.e(D*n:M)w*e!g&B6T3z3R#$八八8~$s4vi-{#OCE'八5v-w7E7r4o4_:K{9[7uc8R*U('2e!q3+h(M$F'n0I4X*W0Y5'7K$x(?;f&H&~,V3h2i0g8X5爆炸危險區(qū)域內(nèi)管道上的法蘭、膠管兩端等連接處應用金屬線跨接。(當法蘭的連接螺栓不少于5根時，在非腐蝕環(huán)境下可不跨接)。平行敷設于地上或管溝的金屬管道，其凈距小于100mm時，應用金屬線跨接。管道交叉點凈距小于100mm時，其交叉點應用金屬線跨接?？缃邮鞘蛊湫纬傻入娢唬乐瓜嗷ブg存在電位差而產(chǎn)生火花放電。防靜電接地裝置的接地電阻不應大于30Q。工藝流程中真空泵及油泵入口管線上設置有過濾器，但不要隨意設置精密過濾器，否則油品中靜電產(chǎn)生量會明顯增加，有時會增加10?100倍。確保接地良好。靜電接地能減少電荷向地殼泄露的電阻，加快油品中電荷的泄露。六、防雷措施雷電直接擊中油氣回收裝置，或者雷電作用在油氣回收裝置等處產(chǎn)生間接放電，都會導致油品燃燒或油氣混合氣爆炸。加油站、煉油廠、油庫本身的安全措施是很嚴格的，一般配備有接閃器、引下線、接地裝置、避雷針。油氣回收裝置必須進行防雷接地，罐體、管道、法蘭及其它金屬附件均進行電氣連接并接地，接地點不應少于兩處。防雷接地、防靜電接地、電氣設備的工作接地、保護接地及信息系統(tǒng)的接地等，宜共用6\（o;b#Z$N3H$blj:p9B$D#[.S接地裝置，其接地電阻不應大于4Q。當各自單獨設置接地裝置時，配線電纜金屬外皮兩端和保護鋼管兩端的接地裝置的接地電阻不應大于10Q，保護接地電阻不應大于4Q。信息系統(tǒng)應采用鎧裝電纜或?qū)Ь€穿鋼管配線。配線電纜金屬外皮兩端、保護鋼管兩端均應接地，其配電線路首末端與電子器件連接時，應裝設與電子器件耐壓相適應的過電壓（電涌）保護器。供配電系統(tǒng)的電纜金屬外皮或電纜金屬管兩端均應接地，在其電源端應安裝與設備耐壓水平相適應的過電壓（電涌）保護器。信息系統(tǒng)的配線電纜應采用鎧裝屏蔽電纜，宜直接埋地敷設