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罐區(qū)油氣收集系統(tǒng)設(shè)備的選型和運(yùn)用原理

來源：上海儀表廠有限公司作者：上海自動(dòng)化儀表

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描?述：隨著VOCs污染治理的推進(jìn)，石化行業(yè)越來越重視對(duì)罐區(qū)儲(chǔ)罐無組織排放的罐頂油氣進(jìn)行集中收集并處理。文章從控制、安全、節(jié)能三個(gè)方面考慮，介紹了油氣收集系統(tǒng)幾種主要設(shè)備的設(shè)置及選用，包括控制閥、阻火器、鼓風(fēng)機(jī)。

隨著石化行業(yè)VOCs整治的全面開展，大幅減少VOCs排放，對(duì)于改善環(huán)境質(zhì)量具有重要作用[1]。為滿足國(guó)家及地方的達(dá)標(biāo)排放和環(huán)境質(zhì)量要求，石化行業(yè)越來越重視對(duì)儲(chǔ)罐無組織排放的罐頂油氣進(jìn)行集中收集并處理。油氣收集技術(shù)應(yīng)選用安全、成熟、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、操作簡(jiǎn)便的技術(shù)，合理設(shè)置及選用設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)油氣收集系統(tǒng)控制方便可靠，達(dá)到安全節(jié)能的效果。

1油氣收集系統(tǒng)工藝流程

如圖1所示，罐區(qū)油氣收集系統(tǒng)工藝流程包括單呼閥控制和壓力調(diào)節(jié)閥控制兩種方案[2]。單個(gè)儲(chǔ)罐儲(chǔ)存一種油品的情況，采用單呼閥控制方案。單個(gè)儲(chǔ)罐罐頂收集的油氣經(jīng)罐頂油氣收集支管在罐區(qū)內(nèi)匯集至油氣收集總管，在儲(chǔ)罐油氣收集支管上設(shè)置單呼閥。它只向外呼氣，不向內(nèi)吸氣，從而確保儲(chǔ)存不同油品的儲(chǔ)罐之間不會(huì)串氣。

多個(gè)儲(chǔ)罐儲(chǔ)存同種油品，采用壓力調(diào)節(jié)閥控制方案。儲(chǔ)存同一品種的多個(gè)儲(chǔ)罐罐頂收集的油氣經(jīng)各自罐頂油氣收集支管匯集至油氣聯(lián)通管道，在油氣聯(lián)通管道的末端設(shè)置壓力調(diào)節(jié)閥，儲(chǔ)存同種油品的儲(chǔ)罐通過油氣聯(lián)通管道維持罐內(nèi)氣相平衡。

罐頂油氣收集后并入罐組收集總管，經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)加壓后輸送至油氣處理設(shè)施。

2油氣收集系統(tǒng)控制閥設(shè)置

合理控制儲(chǔ)罐與油氣收集管道的壓力，對(duì)于保證儲(chǔ)罐的本質(zhì)安全、順利收集油氣具有重要作用。

2.1罐頂控制閥

（1）每座儲(chǔ)罐設(shè)獨(dú)立的氮封閥組和旁路，以及時(shí)補(bǔ)氣，防止儲(chǔ)罐形成負(fù)壓，吸入空氣。當(dāng)罐內(nèi)壓力低于氮封閥開啟壓力200Pa時(shí)，氮封閥打開，向罐內(nèi)補(bǔ)充氮?dú)?；?dāng)罐內(nèi)壓力達(dá)到氮封閥關(guān)閉壓力500Pa時(shí)，氮封閥關(guān)閉[3]。

（2）每座儲(chǔ)罐罐頂設(shè)置呼吸閥，當(dāng)罐內(nèi)壓力升高太快，來不及通過油氣收集管道外排，造成超過呼吸閥全開啟壓力1765Pa時(shí)，呼吸閥打開，向罐外排氣；當(dāng)?shù)忾y失靈不能及時(shí)開啟，造成罐內(nèi)壓力降至呼吸閥全關(guān)閉壓力-295Pa時(shí)，呼吸閥打開，向罐內(nèi)補(bǔ)充空氣。

（3）每座儲(chǔ)罐罐頂設(shè)置緊急泄壓人孔，緊急泄放閥定壓1900Pa。當(dāng)儲(chǔ)罐遇到事故時(shí)，能迅速排放，確保安全。

2.2管道控制閥

（1）單個(gè)儲(chǔ)罐儲(chǔ)存一種油品的情況，在每座儲(chǔ)罐油氣收集支管上設(shè)置單呼閥，單呼閥全開啟壓力1270Pa，回座壓力765Pa。

（2）多個(gè)儲(chǔ)罐儲(chǔ)存同一品種的情況，每一個(gè)品種儲(chǔ)罐的油氣收集支管均通過各自的油氣聯(lián)通管道相連，在油氣聯(lián)通管道上設(shè)置壓力調(diào)節(jié)閥，維持正常壓力1150Pa，全開啟壓力1270Pa，全關(guān)閉壓力1080Pa。

3油氣收集系統(tǒng)阻火器選用

罐頂油氣聯(lián)通后，要重點(diǎn)防止發(fā)生群罐火災(zāi)。在油氣收集支管靠近儲(chǔ)罐位置設(shè)置阻火器，阻止火焰蔓延[4]。如圖2所示，火焰在管道上隨著距離的傳播分三個(gè)階段，爆燃、非穩(wěn)態(tài)爆轟、穩(wěn)態(tài)爆轟。其中，非穩(wěn)態(tài)爆轟的破壞性最大，危害最嚴(yán)重。根據(jù)火源與阻火器之間的距離選用阻火器類型，但由于爆燃和穩(wěn)態(tài)爆轟的位置并不好確定，因此選用防非穩(wěn)態(tài)爆轟的阻火器，其安裝位置不受限制，阻火元件性能更高級(jí)，能提供更安全的保證。

4油氣收集系統(tǒng)鼓風(fēng)機(jī)選用

鼓風(fēng)機(jī)是油氣收集系統(tǒng)的主要?jiǎng)恿υO(shè)備，也是主要的耗能設(shè)備，鼓風(fēng)機(jī)選擇的正確與否，直接影響油氣處理成本的高低。設(shè)計(jì)時(shí)，依據(jù)油氣壓縮量、進(jìn)口溫度、進(jìn)口壓力、出口壓力等參數(shù)，對(duì)鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行選型，從而確定鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、軸功率及配套電機(jī)。

4.1鼓風(fēng)機(jī)壓縮量確定

鼓風(fēng)機(jī)壓縮量即為油氣收集系統(tǒng)通氣量，合理計(jì)算通氣量，對(duì)鼓風(fēng)機(jī)選型具有重要作用。如何確定儲(chǔ)罐通氣量，迄今為止尚無確定通氣量的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研及咨詢國(guó)內(nèi)資深的油氣回收廠家得到的信息：夏季一天當(dāng)中早晨5點(diǎn)~7點(diǎn)溫升最快，約從25℃升至40℃，其余時(shí)間溫升引起的油氣體積膨脹量很小。

各儲(chǔ)罐正常吸氣量及呼氣量，包含液體進(jìn)出量及因大氣溫度變化而引起的通氣量之和[5]。儲(chǔ)罐因大氣溫升產(chǎn)生的最大呼氣量，因大氣溫降產(chǎn)生的最大吸氣量均按2小時(shí)內(nèi)，溫度從25℃至40℃的變化計(jì)算。根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程PV=nRT，溫度T1=298K，對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)罐氣體體積為V1（取0.5倍的罐容），溫度T2=313K，對(duì)應(yīng)的體積為 V 2 ，壓力 P 視為不變，則

4.2鼓風(fēng)機(jī)出口壓力確定

油氣收集后，經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)增壓后輸送至油氣處理設(shè)施。鼓風(fēng)機(jī)出口壓力是鼓風(fēng)機(jī)選型的一個(gè)重要參數(shù)，通過Pipephase軟件計(jì)算。如圖3所示，建立簡(jiǎn)單壓降模型，已知流量、終點(diǎn)壓力、管線長(zhǎng)度，試設(shè)定起點(diǎn)壓力、管徑。如圖4所示，運(yùn)行后，根據(jù)運(yùn)行結(jié)果，調(diào)整起點(diǎn)壓力與管徑大小，計(jì)算終點(diǎn)壓力與設(shè)定終點(diǎn)壓力（大氣壓1.01Bar）基本符合的為所需要的值。

4.3 鼓風(fēng)機(jī)形式選用

選用鼓風(fēng)機(jī)時(shí)，效率高、壽命長(zhǎng)、便于調(diào)節(jié)是必要的考慮因素。鼓風(fēng)機(jī)形式多種多樣，油氣收集系統(tǒng)建議采用高效節(jié)能型羅茨鼓風(fēng)機(jī)（容積式），其具有如下特點(diǎn) [6] ：

（1）流量分檔密，覆蓋范圍廣，壓力具有自適應(yīng)性。

（2）葉輪采用新型線，密封性好，高效節(jié)能。

（3）規(guī)格種類多，密封形式多樣，能夠滿足不同介質(zhì)需要。

（4）產(chǎn)品加工精度高、性能好、運(yùn)行可靠。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，保養(yǎng)維護(hù)方便。

5 結(jié)語

文章介紹了油氣收集系統(tǒng)工藝流程，分析了罐頂控制閥、管道控制閥對(duì)油氣收集的控制作用，描述了阻火器的選用依據(jù)，給出了鼓風(fēng)機(jī)壓縮量、出口壓力確定方法及選型。從控制、安全、節(jié)能三個(gè)方面，較全面地總結(jié)了油氣收集系統(tǒng)主要設(shè)備的設(shè)置及選用。