内浮顶储罐在VOCs管控下的改造措施

1 研究的背景

VOCs即挥发性有机化合物, 是指常温下饱和蒸气压大于70Pa, 常压下通常沸点50℃至260℃, 亦或20℃时蒸汽压大于等于10Pa具挥发性的有机化合物的统称。

VOCs的无组织排放不仅造成大量的经济损失和能源损耗, 而且对大气环境造成污染, 容易产生次生危害。我国在十三五期间, 采取对VOCs排放“综合治理、油气回收、源头控制”的控制原则, 在石油化工等多个行业开展VOCs综合治理, 针对石油化工行业泄漏源改造修复, 实现有效的管控。常压内浮顶储罐在石化行业中作为储存类设备, 有着造价低、结构简单, 分布广泛且数量庞大等特点, 同时也存在较大的VOCs无组织排放。因此, 有必要在VOCs治理管控下, 对不符合要求的常压内浮顶储罐改造进行研究。

(1) VOCs无组织排放的危害

VOCs具有组分复杂的特点, 包括了卤代烃含氮化合物, 含硫有机化合物, 酮、醛、醇、醚、酚、酯等氧化物等上百种有机化合物, 二次有机颗粒物和臭氧属于大气污染物的重要前体物, 在大气化学反应过程中扮演着极其重要的角色, 同时部分挥发性有机物危害环境和人体健康。

(2) VOCs介质的储罐可能的泄漏点:

正常操作工况泄漏点可能存在以下区域:

a) 储罐内浮顶的一次密封区域的油气空间;

b) 一次密封和储罐罐壁、油面结合缝隙;

c) 一次密封与内浮顶的结合处;

d) 内浮顶和油面间的油气空间;

e) 内浮顶盖板的连接处;

f) 量油孔雷达液位计导播管等附件

g) 储存介质粘附在罐壁后的挥发。

(3) 其他因素对VOCs排放的影响

储罐在无操作条件下, 随着外界气温、压力在一天内的升降变化, 储罐内气体空间温度、蒸发速率和浓度以及蒸汽压力也随时发生着变化。这样, 由于日照的影响, 储罐白天温度高, 晚上温度低, 会导致储罐内白天和晚上温度压力不同, 引起VOCs的挥发。

操作温度的波动会影响介质的饱和蒸汽压, 从而对其挥发性造成影响。

此外, 储罐顶部不密闭的储罐会受到风压产生的自然对流影响造成VOCs挥发加剧。

2 VOCs管控下的改造措施

按照VOCs管控的要求, 石化行业储存挥发性有机液体的固定顶储罐和内浮顶储罐分别应安装油气回收装置和采用高效的密封形式, 对于盛装苯、甲苯、二甲苯等危险化学品的储罐在加装内浮顶基础上还应加装安装油气回收装置。

具体改造措施如下:

(1) 封闭通气孔, 增设氮封

氮封以恒定的压力, 作为储罐的气封保护系统, 起到防止物料挥发, 避免物料与空气接触的作用。

采用与接管所处壁板等厚、材料强度不得低于该处壁板的板材, 对罐壁或罐顶的通气孔进行封堵, 在封堵后对其焊缝进行相关检测以保证储罐密封性。

(2) 设置呼吸阀、事故泄压人孔等安全泄放装置

针对顶部带有呼吸阀的内浮顶罐, 由于其内部存在有VOCs的积聚效应, 只有其内部浮盘上方气体压力到达一定数值后, 其内部积聚的挥发性介质才会从该呼吸阀进行泄放, 会存在短时间VOCs排放速率超标的可能, 因此, 在其泄放阀增设高筒排气塔, 底部伴有5~15℃的冷凝水, 实现挥发性介质的无压降的自然排放, 进而保证其排放速率达标。

事故泄压人孔通常与罐顶安全阀配套使用, 定压吸入、定压排放, 超压或真空时启动, 避免储罐破损发生事故。

(3) 更换高效密封的内浮顶

按照石油化学工业污染物排放标准的要求, 储存真实蒸气压≥5.2k Pa但<27.6k Pa的设计容积的挥发有机物储罐, 可采用高吸密封结构的内浮顶, 因此, 内浮顶和罐壁之间采用双封式、机械式鞋型、液体镶嵌式等高效密封方式;

(4) 采用全接液式内浮顶

装配式内浮顶可分为非全接液式和全接液式两种类型。

非全接液式内浮顶虽然具有方便安装、维修且造价低廉的技术特点, 但由于其底部和边缘存在较大的气体空间, 必然存在加大的呼吸损耗。

全接液内浮顶的底部由各组件组装后形成完整的圆面, 整个全封闭腔室平贴在介质上, 与液面形成全接触状态, 没有油气挥发空间, 从而减低了介质的挥发损耗, 起到预防火灾的作用。

因此, 采用全接液式内浮顶可降低VOCs排放。

(5) 增加检查及验收试验

整改后的储罐需采用真空箱法对罐顶焊缝进行严密性试验, 无渗漏为合格。罐顶与包边角钢的焊缝用真空箱法试验困难时, 应采用煤油试漏。改造后进行罐体的水压试验。

3 改造方案需要注意的问题

(1) 慎重对待无设计标准的储罐

使用已经达到设计年限的常压内浮顶储罐, 如果需继续使用, 应缩短定期检验周期。且此类储罐在设计时, 可能尚未颁布设计标准, 仅有施工验收标准, 因此, 如检验合格维持原操作工况使用尚可, 不宜进行提高设计工况的改造。

(2) 设计标准的选取

对于定期检验合格且不改变设计工况的在用常压内浮顶储罐, 改造的设计计算可依照原设计规范进行校核, 但对抗风及抗震的核算工作应符合现行国家标准的相关要求。

(3) 罐体材料的选取

因部分储罐已使用多年, 改造储罐的材料有很多采用的是沸腾钢, 如Q235AF。因沸腾钢存在一定弊端, 如内部杂质物较多, 存在化学成分偏析, 焊接性能不是很好, 钢材的韧性较差。沸腾钢在现行的储罐设计标准中, 已经不能作为罐体材料使用。

(4) 对新工况的核算

提高设计工况的常压内浮顶储罐的改造, 在定期检验合格后, 宜依据现行标准进行设计、检验及验收。

4 结语

通过上述的改造措施, 可以达到油气回收, 源头控制的目的, 降低VOCs对大气的污染, 消除储罐运行的排放隐患, 保证了环境和人体健康。

摘要：常压内浮顶储罐数量庞大, 存在VOCs无组织排放, 是管理控制的重点。通过对各类泄漏点的分析, 提出改造方案应注意的具体问题。

关键词：内浮顶,VOCs,改造,措施

参考文献

[1] SH/T3007-2014, 石油化工储运系统罐区设计规[S].

[2] GB/T31571-2015, 石油化学工业污染物排放标准[S].