石化含苯废气储罐氮封装置改进方案

含苯废气的排放对周围环境影响较大，企业在生产、储存和运输的过程中应各个环节上减少和防止对自然环境的污染，本文通过对苯储罐储存工艺设备的改造，改造前后含苯废气排放量的对比，阐述了改造的合理性和可靠性。油品在储存和输转过程中的蒸发损耗不仅会造成油品数量的损失，还将导致油品质量的下降。油气的排放，本身就是资源的巨大浪费，而在储存过程中蒸发产生的油气作为一次污染物更会对环境产生直接危害。

  苯是*的有毒致癌物质，并且没有安全下限，易产生和积聚静电。苯的化学结构十分稳定，在自然环境条件下不易降解，对土壤、水体和大气能够造成持久而严重污染，其对动植物及人类的危害不容忽视。因此，企业在生产、储存和运输的过程中严格执行危险化学品生产、应用和储运的行业规范，不断改进工艺，在各个环节上减少和防止对自然环境的污染。油品蒸发损耗主要分为二类，小呼吸损耗和大呼吸损耗。油罐在油品静止储存时，油面处于静止状态，油品蒸汽充满油罐气体空间，由于油气的热膨胀，或因大气压变化引起的膨胀，造成油气从罐中排出，一般称之为小呼吸，这种小呼吸损耗在各种类型的储罐中均会发生。对于浮顶罐，油品静止时，小量的油气会通过密封板和浮顶之间的密封膜泄漏出去。当密封和密封板同罐壁之间的配合不良时，会导致更大的蒸发损耗，风会加剧此种损耗。油罐收油时，油面不断升高，气体空间被压缩，储罐内部压力超过泄放压力，油气排出油罐。油罐发油时，由于在排油过程中蒸发落后于气体空间的膨胀，烃蒸汽分压下降，一定量的空气进入储罐以维持总压力达到大气压，此时油罐中气体空间的油气浓度大大降低，则又导致油品气化量增加，使气体空间的油气浓度达到新的平衡，当油气体积超过气体空间的容量时，则导致部分油气排出罐外，这种现象称为回逆呼出损耗，收发油过程所导致的蒸发损耗又称之为大呼吸损耗。对于浮顶罐，当浮顶因抽液而下降，罐壁暴露，则湿润的罐壁上所粘附的液体蒸发导致损耗。下面就以苯罐为例进行分析。

  储运部现有苯储存罐6座，分别为2座5000m3和4座3000m3的内浮顶罐，罐壁以及罐顶上均设置有通气孔，储罐大小呼吸引发的含苯废气的排放对周围环境影响较大，对员工的人身安全带来威胁。因此在安全环保上考虑对苯罐的储存现状和工艺控制进行改造，以减少含苯废气的排放。其氮封阀打开时，当储罐压力稍微低于设定压力时，膜片因为感应压力下降而向下移动，推动气导阀打开，氮气经过孔板、气导阀的出口进入储罐，使储罐内的压力增加，同时气导阀的特殊阀芯室的压力下降，氮气通过内部通道从特殊阀芯室进入主阀阀芯室。工作时通常情况下是不需要任何外加能源，利用被调介质自身能量而实现自动调节的执行器产品。同时又具有节约能源，压力设定值在运行中可随意调整，采用快开流量特性，动作灵敏、密封性能好，介质压力稳定，调节精度高，泄漏量小等优点。

  ZZYVP氮封阀利用被调介质自身能量为动力源，引入执行机构控制阀芯位置，改变两端的压差和流量，使阀前（或阀后）压力稳定。具有动作灵敏，密封性好，压力设定点波动小等优点，广泛应用于气体、液体及蒸汽介质减压稳压或泄压稳压的自动控制。

石化含苯废气储罐氮封装置改进方案特点
·无需外加能源，能在无电、无气的场合工作，既方便，又节约能源，降低成本；
·氮封装置供氮、泄氮压力设定方便，可在连续生产的条件下进行；
·压力检测膜片有效面积大，设定弹簧刚度小，动作灵敏，装置工作平稳； 
·采用无填料设计，阀杆所受磨擦力小，反应迅速，控制精度高；
·供氮装置采用指挥器操作，减压比可达100：1，减压效果好，控制精度高；
·为确保储罐的安全，需在罐顶设置呼吸阀；
·呼吸阀仅起安全作用，避免了常规氮封装置中启闭频繁易损坏的缺陷。

1  石化含苯废气储罐氮封装置改进方案内浮罐储存条件下含苯废气的排放量计算

1.1浮顶罐大呼吸蒸发损耗的计算：（对于内浮顶油罐的大呼吸蒸发损耗计算及小呼吸蒸发损耗计算，由于尚无适用于内浮顶的实际数据，并因内、外浮顶罐蒸发损耗的差别很小，故内浮顶的大呼吸损耗计算，目前均沿用外浮顶的计算公式。）由上面式1、式2、式3计算得出苯罐的年大小呼吸损耗量：Lw+Ls=262.5+82=344.5 kg/a，则苯罐全年向大气排放的平均浓度计算以苯罐的年大小呼吸损耗量除以苯罐因收料外排的气相体积数得出，计算结果为：344.5×106÷602273=572mg/m3 ，远远高于《中华人民共和国国家标准》GB16297-1996中大气污染物综合排放标准中的允许排放浓度17 mg/m3。因此必须考虑将苯罐在正常运行过程中向大气排放的浓度降下来，以满足国家标准要求。

2 石化含苯废气储罐氮封装置改进方案改造现有苯罐储存条件

2.1储罐增加氮封设施

  提高油罐的操作压力可减少大小呼吸损耗，原有的六座苯罐设计压力为-50～200mmH2O，通过对苯罐增加氮封后，将原内浮顶罐壁的透气孔封闭，根据氮封罐的规范要求在罐顶设置2个DN250呼吸阀和1个DN500事故泄压阀。石化企业作为一个连续生产单位，作为终产品的储存设施，苯罐的收发基本是单罐收，单罐发，也就是说在正常情况下，六座罐中有一座罐在收料，有一座罐在发料，在增加氮封的改造方案中考虑将六座罐的气相空间作为一个“大”系统，这样可减少油罐的大呼吸损耗，即收料罐在收油时油面不断升高，气体空间被压缩，储罐内部压力逐步升高，此时油气向压力低的发料罐方向泄放，因为发料罐由于液面下降压力相对较低。六座罐的气相作为一个“大”系统后，油罐在收发过程的压力平衡中会大幅度降低大小呼吸损耗。

   氮封流程说明：
整个氮封系统采用一个氮封阀（自力式调节阀）减压后通过DN200的管道送入六座苯罐内进行氮封，排放时通过总管上的泄氮阀控制排放含苯废气。正常情况下，罐的进出料呼吸气就是在补氮和排放废气之间平衡进行，罐顶的呼吸阀不再启跳（呼和吸），对大气的排放污染可减少。而在非正常情况下，罐顶的呼吸阀又可工作，起到保护苯罐的作用，在事故状态下，泄压阀是呼吸阀失效后的又一道保护，保证了储罐的安全。

2.1.1石化含苯废气储罐氮封装置改进方案氮封工艺控制过程：

  氮封阀设定压力为500Pa,泄氮阀设定压力1300Pa,呼吸阀设定压力1500 Pa,泄压阀设定压力1800 Pa。当六座罐在收发料过程中，气相氮封“大”系统压力下降到＜500 Pa时，进氮自力式调节阀打开补氮，补氮至氮封“大”系统压力达到500 Pa，若氮封“大”系统压力继续下降到呼吸阀的吸气压力，则呼吸阀动作。当六座罐在收发料过程中，气相氮封“大”系统压力上升到＞1300 Pa时，泄氮阀打开进行含苯废气的排放，至氮封“大”系统压力降到1300 Pa。当非正常情况下，氮封系统在泄氮阀的作用下氮封系统压力继续上升至1500 Pa时，罐顶呼吸阀开始呼气。

  当氮封阀和泄压阀均失效时，罐顶的事故泄压阀开始作用，事故泄压阀的选用满足《石油化工储运系统罐区设计规范》SH/T3007-2007中5.2.2规定，事故泄压设备的开启压力应高于通气管（呼吸阀）的排气压力并应小于储罐的设计正压力，事故泄压设备的吸气压力应低于通气管（呼吸阀）的进气压力并应高于储罐的设计负压力。

2.1.2石化含苯废气储罐氮封装置改进方案苯罐增加氮封后的含苯废气排放计算

  苯罐氮封压力为1300 Pa，上海地区平均大气压101.6 KPa，储罐氮封压力PN=101.6+1.30=102.9 KPa上海石化工厂区域平均温度为15.6℃时，苯蒸汽的分压Pt/PN=8.285/102.9=0.0805 KPa则一年中苯罐的呼吸损耗：LAN=344.5×0.0805=27.73 kg/a

2.2对含苯废气进行吸附处理

  由2.1.2计算可知，内浮顶罐加氮封后，含苯废气的排放浓度从572mg/m3降低到了46mg/m3，但还是超过了17mg/m3的允许排放浓度，因此还需要进一步对排放的含苯废气进行吸附处理，以满足国家规范要求。废气处理的基本方法有冷凝法、吸收法、吸附法、直接燃烧法和催化燃烧法，经对废气处理技术经济的比较，从技术的成熟性、操作的便利性和维护费用的经济性等方面来考虑，采用吸附法对含苯废气进行处理，吸附法主要用于净化废气中低浓度污染物质，吸附法的油气处理效率可达≥95%，油气排放浓度可＜12mg/m3。吸附法是使废气与多孔性固体（吸附剂）接触，使其中污染物（吸附质）吸附在固体表面上而从气流中分离出来。当吸附质在气相中的浓度低于与吸附剂上吸附质成平衡的浓度时，或者有更溶解被吸附的物质到达吸附剂表面时，原来的吸附剂会从吸附剂表面上脱离而进入气相。失效的吸附剂经过再生可重新获得吸附能力，再生后的吸附剂可重新使用。对吸附剂一般需满足以下要求：比表面积和孔隙率大；吸附能力大；选择性好；粒度均匀，有较好的机械强度、化学稳定性和热稳定性；使用寿命长，易于再生；制造简单，价格便宜。

石化含苯废气储罐氮封装置改进方案废气处理工艺流程如下：
苯和水混合液排到含油污水系统含苯废气进入活性碳纤维罐后（共设二座罐A/B，一个罐吸满油气后切换至另一个罐，同时对已经吸满油气的罐进行再生），经过罐内的碳纤维芯吸附后得到净化，净化后的空气通过引风机送至排气管高空排放（放空口高度≥15米）。
氮封阀保养
· 安装调节阀的位置是使阀杆的行程方向与阀体上方的执行机构在一个垂直平面上。如果调节阀必须安装在使阀杆水平移动的位置，或者阀杆的移动方向与水平面有一定的倾角时，就应该把执行机构支撑起来，使调节阀的各个部件都处于自然状态。
·运行中的阀门应完好，法兰和支架上的螺栓齐全，螺纹无损，没有松动现象。
·保证氮封阀避免或消除应力，把应力导向远离调节阀的地方。
·阀门上的标尺应保持完整、准确、清晰，阀门的铅封、盖帽、气动附件等应齐全完好。
·阀门应定期检查，并清除其上的污物，涂抹涂防锈油在其表面。
· 对在爆炸性危险场所使用的调节阀和有关附件应检查其安全运行情况
·要保证整体的垂直位置或水平位置。如果远距离运输，用牢固的木箱装运。
·阀门上的标尺应保持完整、准确、清晰，阀门的铅封、盖帽、气动附件等应齐全完好。

石化含苯废气储罐氮封装置改进方案说明
◇ 泄氮阀通常安装在罐顶，口径视情况与进液阀口径一致
◇ 泄氮阀的压力设定点略大于供氮阀的压力设定点，以免供、泄氮装置频繁工作，浪费氮气、影响设备的使用寿命
◇ 若用户工况与造型手册有异，望来电来邮与本厂技术人员联系
◇ 一般供氮气压力在3×10^5-10×10^5Pa之间
◇ 罐顶呼吸阀仅起安全作用，是在主阀失灵，导致罐内压力过高或过低时，起到安全作用，在正常情况下不工作

3 石化含苯废气储罐氮封装置改进方案结论

3.1对储存苯的内浮顶罐增加氮封并采用废气处理后，可大大减少对环境的污染，改善操作环境。

3.2储存同一品种的储罐气相连通成一个大系统，使得苯收料罐和发料罐的补氮和排放可以互补，可大幅度减少氮气用量。

3.3氮封补氮阀和泄氮阀的操作压力在罐呼吸阀的工作压力范围之内，对罐的操作没有影响，罐顶呼吸阀和泄压阀是储罐安全运行的二道保护设施。