吸附法油气回收装置及其安全设计

1、吸附法油气回收装置及其安全设计 一、 前言原油从开采到炼油厂加工，以及成品油从炼油厂的产出到最终用户消费，通常要经历若干储存、装卸过程。在这些过程中，由于温度、气压、盛装油品容器的气液相体积变化等因素影响，有一部分油气会因此而挥发进入大气，造成油气的损耗。从油气回收的角度分析，油气损耗大体可分为三大部分，一是储罐部分的油气呼吸损耗，主要集中在原油中转站、炼油厂、油库等；二是火车、汽车、轮船等运输工具装卸作业过程引起的油气损耗；三是汽车加油站的油气损耗，由槽车向加油站卸油和油枪加油两部分油气损耗构成。油品的蒸发直接危害人类的生存环境。由于轻质油品大部分属于挥发性易燃易爆物质，易聚集，与空气形成爆

2、炸性混合物后沉聚于洼地或管沟之中，遇火极易发生爆炸或火灾事故，造成生命和财产的重大损失。由于油气爆炸极限范围宽，油气扩散范围广，由此引起的火灾爆炸事故时有发生。特别是在密闭状态下的油罐、油库、油船仓及槽车内，更易发生爆炸事故。排放到大气中的油气分子污染环境，既产生光化学烟雾，又破坏臭氧层。储运过程的油气损失，造成宝贵的石油资源的浪费。根据国内外多年来的研究，在装车过程中，排入大气中的气体中平均含烃类为1.3kg/m3。2005年，我国的汽油消费量为五千多万吨，汽油挥发损失量近九十万吨，直接经济损失五十亿元。早在60年代国外就对装车、装船过程蒸发损耗油气进行回收技术的研究，70年代，世界上技术先

3、进的国家，如美国、日本、西欧国家已广泛采用油气回收技术，解决了装车、装船过程油品损耗的问题。在美国，不仅炼油厂和油库采取了油气回收措施，而且所有加油站都建立了密闭卸油和加油系统，使加油站基本无油气排放。欧盟的炼油厂和油库已经普遍采取了油气回收措施，对加油站的油气污染治理工作也已经开始，2005年之前欧盟的加油站均采取了油气回收措施。在国内，油气回收还是个新兴产业，实际应用不多。随着安全、环保、节能意识的逐步增强，国内对油气回收的广泛应用已经提到议事日程。由于油气回收装置的主要使用场所是炼油厂、油库、加油站等易燃易爆危险性场地，人们对油气回收装置自身的安全问题很重视，也有些疑虑。2006年2月，

4、位于“中国光谷”武汉东湖新技术开发区的湖北楚冠实业股份有限公司经过多年的研究，成功开发出我国第一套具有自主知识产权的吸附法油气回收装置。经过中石化环保专家现场严格的测试，其油气回收率大于99%，排放的尾气中非甲烷总烃浓度低于3g/m3，性能水平能满足国外严格的排放标准要求，填补了国内空白。这套装置采用了撬装式，结构紧凑，其中一个很重要的特点就是：整个系统无论是在撬体上的设备、仪表、电气，还是撬体外的电气控制柜和操作控制台，都采用了很严格的安全防爆设计，自身的安全性能很高，解除了用户的后顾之忧。目前，公司的吸附法油气回收装置已经形成多种规格的系列化产品，并制定出了严格的企业标准，确保了装置在设计

5、、制造、安装等方面的质量，适宜于炼油厂、油库、加油站等易燃易爆危险性场所使用（见图1、图2）。本文从安全的角度探讨了吸附法油气回收装置在设计时采取的安全措施及注意事项。二、 装置构成目前，吸附法油气回收装置无论是国外还是国内的流程，都主要由两部分组成：吸附部分、吸收部分。吸附部分主要由两个交替使用的吸附罐组成，其中一个吸附罐处于吸附油气阶段，另一个吸附罐则处于对吸附饱和的吸附剂进行脱附的阶段。吸附剂一般采用油气回收专用的活性炭或硅胶。脱附过程由真空泵完成。吸收部分采用汽油或轻柴油（炼油厂可以将回收后的富油送回炼厂重新炼制）作为吸收剂，吸收过程在填料塔中完成，塔顶未吸收完全的尾气重新返回吸附罐的

6、入口循环吸附。吸收部分主要是将富气变成液态汽油，也可以采用冷凝的方法达到相变的目的。楚冠公司的吸附法油气回收装置工艺流程简述如下（见图2）：从火车槽车及汽车槽车密闭装油鹤管汽油管线来的油气，经凝缩罐分离出其中游离液滴后，进入活性炭吸附罐a，油气中的烃类组分被活性炭吸附在孔隙中，空气则透过炭层。达到排放要求的尾气由吸附罐顶部排放口经阻火器后排至大气。当炭吸附罐a烃类吸附量达到一定值、在吸附罐顶部即将穿透前，通过plc程序控制系统按照预先设定、调整好的时间，自动切换至另一炭吸附罐b进行吸附工作，而炭吸附罐a转入再生阶段，由解吸真空泵对其抽真空至绝压10kpa以下，吸附在活性炭孔隙中的烃类被脱附出来

7、。为了保证炭床中的烃被尽可能清除干净，在后期引入少量空气对炭床进行吹扫。活性炭床层设置有上、中、下多个测温点。活性炭吸附油气时，由于吸附热的作用，床层温度会升高，当床层温度升至一定值时控制系统会报警，必要时自动切换至另一炭罐工作，或关闭油气进口阀门，以确保安全。活性炭脱附油气时，为吸热过程，床层温度又会下降。脱附出来的高浓度油气（富气)进入真空泵后，与工作液及部分凝结的液态汽油在真空泵出口分离器中分离。自真空泵出口分离器分离出来的油气（富气）送至填料吸收塔下部，与自上而下的喷淋汽油在填料中充分接触，高浓度的油气被汽油吸收。在吸收塔未被吸收的少量低浓度油气，从吸收塔顶部再引至活性炭罐前油气总管，

8、送入炭吸附罐进行循环吸附。三、 标准与规范严格遵守国家相关标准和规范是设计上的原则问题。吸附法油气回收装置在安全设计时所采用的相关标准规范主要有：gb50156-2002 汽车加油加气站设计与施工规范gb50074-2002 石油库设计规范gb5016092 石油化工企业设计防火规范sh30972000 石油化工静电接地设计规范sh3063-1999 石油化工企业可燃气体和有毒气体检测报警设计规范jtj 23799 装卸油品码头防火设计规范.gb50058-92 爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范四、 防爆措施当汽油蒸气浓度达到爆炸极限时（浓度为0.6%-8.0%v），遇到明火就会产生爆炸燃烧

9、。因此，我们从吸附法回收的工艺特点及可能造成的各种安全隐患入手，一一采取针对性的措施，从方案选择、工艺安排、流程组织、设备布置、工艺配管等方面严格把关。1、工艺控制措施：采用经过反复、精心筛选的优质高效的油气回收专用活性炭。这种煤基活性炭非常适合汽油挥发气反复吸脱附场合，脱附性能非常好，自然耐温高达450c，既能有效地保证系统的再生效果，又大大降低了出现热点的频数，具有工业应用的最佳安全性；活性炭床层多处设置温度报警、联锁。由于活性炭在吸附时温度升高，脱附时温度下降，当吸附时活性炭温度升高进入危险范围以前，控制系统就自动报警并联锁切换进入脱附状态，确保活性炭温度不会继续升高而危及安全；活性炭罐

10、油气入口前配有凝缩罐和液位计，从而避免液态汽油进入活性炭床层；采用液环式真空泵，泵内运行温度较低，不会超过油气的自燃温度，有效地消除了隐患；分离罐和吸收塔均设置液位报警、联锁；采用先进的控制系统，自动化程度高，正常运行时关键工序全自动操作，所有温度、压力、流量等参数均可实行实时趋势及历史趋势查询功能；装置在运行过程中产生的报警和运行信息长期存储，用来监督管理各种生产运营故障。自动控制系统同时并行设置手动控制系统；系统设置了阻火器及切断阀，进出装置的汽油管线上设有自控阀门，故障或停机状态使汽油不再进入装置；位于现场的所有设备、电气、仪表、控制箱均按国家相关标准采用严格的防爆设计、选型；排放的尾气

11、烃类浓度严格控制在10g/m3以下，以远离油气的爆炸极限下限。尾气浓度的监控可设置可燃气体检测报警系统，其高限报警设定值应小于或等于0.15%或5g/m3。报警器设置在控制室或值班室内。可燃气体检测器和报警器的选用和安装，应符合sh3063石油化工企业可燃气体和有毒气体检测报警设计规范的有关规定；输送油气和汽油的管线，应根据流量选取适当的管径来控制适当的流速，管内的油品流速不应大于4.5m/s，尽可能避免产生静电。2、设备、管道及布置配管：吸附罐设计时，由于其工作状态为常压与高真空两种工况交替进行，应按jb4735-1995钢制压力容器分析设计标准的要求对其交变应力集中部位进行疲劳分析。放空排

12、气管的出口，应高出地面2.5m以上，并应高出距排气管3m范围内的操作平台2.5m以上。排气管周围15m半径范围内不应有明火、散发火花；管段坡度不应小于2，一般按1%;固定工艺管道宜采用无缝钢管。埋地钢管的连接应采用焊接，必要时选用耐油、耐土壤腐蚀、导静电的复合管材；油气回收连通软管应采用导静电耐油软管；真空泵、油泵等周围应预留出必要的检修、安全空间。五、 防静电措施静电易起火，加油站、油库、装车现场都安装有防静电接地装置。油气回收装置内的设备管道内介质是汽油和油气，如果油管无静电接地，造成静电积聚放电，极易点燃油蒸气。油品由于磨擦而产生静电的电压可高达几十万伏，处理不当易造成放电，引起爆炸燃烧

13、事故。( ?; f h , v3 h2 i0 g8 x5 t爆炸危险区域内管道上的法兰、胶管两端等连接处应用金属线跨接。（当法兰的连接螺栓不少于5根时，在非腐蚀环境下可不跨接）。平行敷设于地上或管沟的金属管道，其净距小于100mm时，应用金属线跨接。管道交叉点净距小于100mm时，其交叉点应用金属线跨接。跨接是使其形成等电位，防止相互之间存在电位差而产生火花放电。防静电接地装置的接地电阻不应大于30。6 ( o; b# z$ n工艺流程中真空泵及油泵入口管线上设置有过滤器，但不要随意设置精密过滤器，否则油品中静电产生量会明显增加，有时会增加10100 倍。确保接地良好。静电接地能减少电荷向地壳

14、泄露的电阻,加快油品中电荷的泄露。六、 防雷措施雷电直接击中油气回收装置，或者雷电作用在油气回收装置等处产生间接放电，都会导致油品燃烧或油气混合气爆炸。加油站、炼油厂、油库本身的安全措施是很严格的，一般配备有接闪器、引下线、接地装置、避雷针。油气回收装置必须进行防雷接地，罐体、管道、法兰及其它金属附件均进行电气连接并接地，接地点不应少于两处。防雷接地、防静电接地、电气设备的工作接地、保护接地及信息系统的接地等，宜共用接地装置，其接地电阻不应大于4。当各自单独设置接地装置时，配线电缆金属外皮两端和保护钢管两端的接地装置的接地电阻不应大于10，保护接地电阻不应大于4。信息系统应采用铠装电缆或导线穿钢管配线。配线电缆金属外皮两端、保护钢管两端均应接地，其配电线路首末端与电子器件连接时，应装设与电子器件耐压相适应的过电压（电涌）保护器。380/220v供配电系统的电缆金属外皮或电缆金属管两端均应接地，在其电源端应安装与设备耐压水平相适应的过电压（电涌）保护器。信息系统的配线电缆应采用铠装屏蔽电缆，宜直接埋地敷设。电缆金属外皮两端及在进