轻油罐车挥发气回收装置

1、轻油罐车挥发气回收装置学科类别：工程学作 者：成章昱学 校：唐山市第一中学 目录一、摘要及关键词3二、研究背景3三、研究目标3四、研究过程3五、工作原理5六、成果价值17七、结论18八、心得体会18九、致谢19十、参考文献19一、摘要及关键词摘要:轻油罐车装运时的产生大量挥发气，对轻油罐车进行改造后，利用真空泵和分离器等设备，将挥发气抽出并增压导入生产系统，从而达到挥发气的回收利用。通过回收该气体，会产生可观的经济效益，既节能又环保，既安全又实现清洁生产。关键词：轻油罐车、挥发气、回收装置、节能环保二、研究背景本人在家长的工作站参观过程中，发现家长所在的工作站在油罐车装运过程中，存在着大量的气

2、体挥发现象，产生难闻的气味，并且对工作站的安全以及工作人员的身体健康产生不良影响，而且气体直接排放到空气中会对大气造成一定程度的污染。由于挥发的气体有一定的利用价值，本人一直想改变这个现象，将挥发的气体回收起来再次输送进生产线经过加工制成具有经济效益的产品，来实现绿色生产的理念。三、研究目标利用真空抽气设备和其他配套设备，实现轻油罐车挥发气体的回收，并且保证其在使用过程中的安全、简便，经济上有效益，实现经济效益及节能减排的目标。四、研究过程1现场了解情况到达工作现场，观摩整个装运流程，听从工作人员的讲解，了解到，现今的装运过程，是罐车接地后，直接通过输油管将轻油输入罐车中，对于挥发气的处理办法

3、，是通过油罐顶顶盖直接将挥发气从罐车内部排出。通过观察，可以清晰地看出，油罐车顶部挥发气源源不断地冒出，数量可观，造成周围的空气产生刺激性气味。并且，听工作人员说，挥发出来的气体由于比重比空气重，不容易扩散，容易积集在罐车周围，遇到微小火花极易引爆，造成工严重安全事故。以下图片为装运现场拍摄：由此总结出来，装运过程中主要存在的问题 ，就是对于挥发气的处理，过于简单，没有考虑到资源浪费和环保等方面的要求。2.需要考虑的因素首先确定了关于气体回收所需要的仪器，以及需要运用到的原理。挥发气体的产生原因是在装运过程中接近常温的状态以及压力的改变，使得烃类（主要c2c5）从轻油中挥发出来，为了避免造成罐

4、车压力过高，而需要进行排放。于是回收气体时需要考虑的问题，一是保证呼出气及时被抽走，真空泵排量要大于呼出气量；二是不能因为真空泵过量抽吸造成罐车负压（可能导致罐车抽瘪或空气进入），三是抽出气压力需要满足进入生产系统的要求。四是在停电情况下的对罐车和相关设备的安全保护。五是考虑罐车挥发气量的大小变化，导致出现的泵进口气量的不稳定性，通过调节阀来实现进口气量的稳定，或者是通过出口到进口的回流来实现进口流量或者是压力的基本稳定。六是要考虑对操作人员的超限提示，以便于操作人员及时处理。3.可行性论证设计装置时需要对材料及其费用、装置的组装工艺、以及是否能够实现经济效益进行提前评估，以及实施该方案的可行

5、性。4.施工物料确定方案实施前，确定组装所需要的仪器：真空泵、分离器（主要运行器材）、分离器超压保护设施安全阀、电磁阀、压力变送器、调节阀、止回阀、超压报警器、输气管等设备材料。5.物料选型及效益评估研究设备材料是否能够满足设计要求，查询资料，了解成品油运输罐车技术标准即成品油罐车承载的压力范围，根据现场参数选择设备仪器型号。进行效益分析，确保装置使用过程中的效益，控制方案实施所需资金投入。6.设计工艺流程图首先了解气体在管道运输过程中所需要注意的压力问题以及在工作过程中可能会遇到的安全问题，比如超压或压力不够时的安全保护措施，停电时的处理办法等。通过专家咨询，了解到气体回收需要的技术手段，简

6、化为抽气技术、分离技术、调压技术、安全保护技术。掌握基本参数和原理之后，将各种仪器组件按照所需要的处理流程进行设计组装，并将设计好的图纸带到工作站，请教专业人士对设计修改完善。五、工作原理将罐车装油口密闭，挥发气从导管导出与水环式真空泵进口相连接，通过真空泵将挥发气（压力约2kpa左右）抽出增压到站内压缩机入口（压力约200kpa左右），再通过压缩机将这部分天然气压入系统管网，实现回收的目的。1.确定回收气体的参数经过对挥发气的取样化验，挥发气组份如下：3%甲烷、20%乙烷、37%丙烷、35%丁烷、5%戊烷经过用流量计测量，装一车气用时45分钟，挥发气量是225立方米，流量为300m3/h.2

7、控制要求如下：1）压力显示、控制和报警。压力变送器检测真空泵井口压力,当压力高于5kpa、低于1kpa时在值班室和现场实现声音报警提示（声音报警可以手动复位）。当压力高于1kpa时现场手动送电（防止压力低限报警），在未送电（未启运回收系统）情况下电磁阀呈打开状态；在挥发气回收系统正常运行情况下电磁阀呈关闭状态，当压力高于5kpa时电磁阀自动打开进行放空；调节阀选用常闭阀门，当压力低于2kpa时调节阀打开进行补气，以维持进口分离器压力在2-3kpa左右。2）自动启停泵。由压力控制真空泵的自动启停，当压力达到2.5kpa时自动启泵，压力低于500pa时自动停泵。3.初步设计流程图如下：4.设备的选

8、择：以参与研究的处理站为样板进行具体数据的研究，该数据不具有普遍适应性，该套装置设计使用寿命为约为十年。罐车应该达到的要求参照：汽车运输液体危险货物常压容器（罐体）通用技术条件 gb18564-2001 本标准采用下列定义。 罐体：指由筒体、封头、人孔、注人口、卸料口等和其他必须设置的附件所构成的装载液体货物的封闭容器总成，其容积大于0.45m3常压：指工作压力不大于72kpa。 常温：指在正常大气压下，金属罐体环境工作温度为-4050，非金属罐体为-20+40。 罐体的承压要求：.所载易燃液体的罐体总成应符合gb94191988第4.16.1的规定；.所载遇水反应剧烈的腐蚀液体和有毒液体的金

9、属或金属复合罐体总成，在72kpa得有渗漏和永久变形；.玻璃纤维增强塑料罐体可采用48h满水静压试验，或相当于盛装该液体静压的气压试验，不得有渗漏和永久变形。真空泵的选择工作原理简介水环真空泵（简称水环泵）是一种粗真空泵，它所能获得的极限真空为20004000pa，与罗茨真空泵组成机组真空度可达1600pa。 由于水环泵中气体压缩是等温的，故可抽除易燃、易爆的气体，此外还可抽除含尘、含水的气体。工作原理：叶轮按图中指示的方向顺时针旋转时，水被叶轮抛向四周，由于离心力的作用，水形成了一个决定于泵腔形状的近似于等厚度的封闭圆环。水环的上部分内表面恰好与叶轮轮毂相切，水环的下部内表面刚好与叶片顶端接

10、触（实际上叶片在水环内有一定的插入深度）。此时叶轮轮毂与水环之间形成一个月牙形空间，而这一空间又被叶轮分成叶片数目相等的若干个小腔。如果以叶轮的上部0为起点，那么叶轮在旋转前180时小腔的容积由小变大，且与端面上的吸气口相通，此时气体被吸入，当吸气终了时小腔则与吸气口隔绝；当叶轮继续旋转时，小腔由大变小，使气体被压缩；当小腔与排气口相通时，气体便被排出泵外。综上所述，水环泵是靠泵腔容积的变化来实现吸气、压缩和排气的，因此它属于变容式真空泵。其中，2bv系列水环真空泵适用于抽除气体和水蒸气，吸水压力可以达到33mbar绝压（97%真空泵）。当用变压器油作为工作液时（称为油环真空泵），吸气压力可达

11、到6.7mbar绝压（99.3%），可以完全取代往复式真空泵。当真空泵在吸气压力接近极限真空长期工作时，硬连接气蚀保护管，以对泵进行保护。作为压缩机用时，其压力最大为0.6mpa（绝压）。2bv水环式真空泵作为新一代节能型产品以其出色的性能及众多优点将全面取代同性能的sk、2sk、w、wy、wl系列水环真空泵，往复真空泵。2bv水环真空泵（压缩机）主要运用在抽出爆炸性气体，以及在各类易爆易燃环境中工作。根据该处理站的应用实际，我们所研究的挥发气回收装置选择该类型的真空泵。性能参数：曲线编号产品型号最大气量（立方米每分）极限真空度mbar(mpa)电机功率kw泵速度r.p.m工作液流量l/min

12、噪音db(a)60v2bv20600.4533mbar(-0.097mpa)0.81284026261v2bv20610.861.45284026570v2bv20701.332.3528602.56671v2bv20711.833.8528804.272110v2bv51102.75414406.763111v2bv51113.835.514408.368121v2bv51214.667.514401069131v2bv51316.661114601573161v2bv51618.33159702074110v2bv61102.75414406.763111v2bv61113.835.514

13、408.368121v2bv61214.667.514401069131v2bv61316.661114601573161v2bv61618.33159702074对于生产系统的适用条件：与放空分液罐所需达到的要求相同，真空泵的选择需满足罐车的汽车运输液体危险货物常压容器（罐体）通用技术条件 gb18564-2001 要求，为符合压力条件，真空泵应具有100200pa的吸入压力，同时确定该挥发气体所接入的余气压缩机的压力在0.20.4mpa，因此真空泵的排出压力应该大于0.2mpa。 通过工作人员运用流量计，实际测量出气管的流量在300m3/h左右，在对真空泵流量选择时,真空泵排量过高时，装置

14、功率过大，造成电力的浪费，流量过低时，挥发气体不能及时抽进，因此该装置使用真空泵流量范围选择控制在略大于300m3/h。 因此，为符合上述要求，制作该装置需购置曲线号131v、最大流量6.66立方米每分的真空泵，并且运行中将排气压力控制在0.33mpa.分离器的选择分离器的工作原理简介：气液分离器安装在气体压缩机的出入口实现气液分离。气液分离器按结构分类有：1、重力沉降；2、折流分离；3、离心力分离；4、丝网分离；5、超滤分离；6、填料分离等。按原理分有两种：1、利用组分质量（重量）不同对混合物进行分离（如上述分类方法中的1、2、3、6）。气体与液体的密度不同，相同体积下气体的质量比液体的质量

15、小；2、利用分散系粒子大小不同对混合物进行分离（如分离方法4、5）。液体的分子聚集状态与气体的分子聚集状态不同，气体分子距离较远，而液体分子距离要近得多，所以气体粒子比液体粒子小些。 本装置选择使用重力分离器我们选择的重力分离器样机如左图：确定重力分离器的相关参数：a. 筒体直径d计算式中 d分离器的筒体直径，米q分离器处理量，立方米每日（标准条件）t天然气绝对温度，开z分离器工作条件压缩系数p分离器工作压力，公斤每立方厘米（绝）v天然气在分离工作条件允许下流速，米每秒1.进口分离器（通过该站的实际情况分析取值）300*24=7200（由出气管出气量决定）t=273+20=293z=1（该数据

16、由工作人员提供）p=1（由分离器运行压力决定）v=0.8（查表可知，由于压力很低，取压力最小时所对应的流速值）计算出进口分离器的直径d=0.37米2.出口分离器（通过该站实际情况分析取值）400*24=9600（由真空泵排气量决定）t=273+20=293z=1（该数据由工作人员提供）p=2（由分离器运行压力决定）v=0.8（查表可知，由于压力很低，取压力最小时所对应的流速值）计算出出口分离器的直径d=0.30米b. 计算进出口管直径d(单位米)式中数据分别由应用条件取值d（分离器进出口管直径，米）v=0.8（天然气在进出口管的流速，米每秒）进口qt=300/3600=0.083（工作条件下分

17、离器内天然气流量，立方米每秒）出口qt=400/3600=0.11（工作条件下分离器内天然气流量，立方米每秒）由此计算选择分离器型号（由于本站已有可用分离器，因此采用利旧方式节约成本）止回阀的选择工作原理简介：止回阀又称单流阀，属于逆止类阀件用于限制气流单方向流动，防止倒流。止回阀分升降式和旋启式两种。连接形式有内螺纹、法兰、焊接、对夹等。止回阀在输气上用于压气站输出管线和长距离用户管线上，防止倒输。安装中必须注意使阀的流动方向与气体流动方向相符。简图如下图所示：在本装置中，止回阀的作用为防止高压系统气反流到罐车内，出现罐车压力超高的安全事故。安全阀的选择安全阀的工作原理：工作站管线、阀门、仪

18、表、容器在设计中进行了强度校核，施工后进行了强度试压和严密性试压，并规定了最大操作压力，但在实际生产中，往往会由于管线堵塞、用户突然停止用气，操作者的错误动作等种种原因造成设备管线的压力急剧增大到超过允许压力，发生设备和人身事故。为了防着这种事故的发生战场中受压设备均需装设安全阀，当设备压力超过给定值时，安全阀自动放空泄压报警。弹簧式安全阀按结构形式来分，要分为垂锤式、杠杆式、弹簧式和先导式(脉冲式)；按阀体构造来分，可分为封闭式和不封闭式两种。封闭式安全阀即排除的介质不外泄，全部沿着出口排泄到指定地点，一般用在有毒和腐蚀性介质中。选用安全阀时需要确定参数a. 阀座有效截面积计算公式g设备超压

19、时可能排放的最大流量，公斤每小时m泄放气体分子量t气体绝对温度。开p设备允许共工作压力，公斤每立方厘米备注：压力由控制标准确定，超过五千帕启动。分子量由上述分子组分决定，绝对温度293开与分离器计算保持一致。阀座直径全启式计算公式：阀座直径微启式计算公式：n为阀座面积（考虑该生产站来说所需要的型号，计算选择为辅，主要根据实际，参数不一定有严格的界限，在实际运行中型号合适即可。）电磁阀的选择电磁阀电磁阀的工作原理1.电磁阀从原理上分为三大类： 直动式：原理：通电时，电磁线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起，阀门打开；断电时，电磁力消失，弹簧把关闭件压在阀座上，关闭。 特点：在真空、负压、零压时能正

20、常工作，但通径一般不超过25mm。分布直动式：原理： 它是一种直动和先导式相结合的原理，当入口与出口没有压差时，通电后，电磁力直接把先导小阀和主阀关闭件依次向上提起，阀门打开。当入口与出口达到启动压差时，通电后，电磁力先导小阀，主阀下腔压力上升，上腔压力下降，从而利用压差把主阀向上推开；断电时，先导阀利用弹簧力或介质压力推动关闭件，向下移动，使关闭。 特点： 在零压差或真空、高压时亦能可动作，但功率较大，要求必须水平安装。先导式： 原理：通电时，电磁力把先导孔打开，上腔室压力迅速下降，在关闭件周围形成上低下高的压差，流体压力推动关闭件向上移动，打开；断电时，弹簧力把先导孔关闭，入口压力通过旁通

21、孔迅速腔室在关阀件周围形成下低上高的压差，流体压力推动关闭件向下移动，关闭。特点： 流体压力范围上限较高，可任意安装(需定制)但必须满足流体压差条件在实际运行中的适用性：在装置中主要起停电保护和超压保护的作用，为安全起见，电磁阀的选择应与略高于控制标准，承压20kpa。压力变送器的选择把压力信号转换为电子控制信号，来控制调节阀和电磁阀的开关，在控制要求中压力变送器承压范围应20kpa，量程设置为8 kpa。调节阀的选择用于调节介质的流量、压力和液位，由电动执行机构或气动执行结构和调节阀两部分组成。分为直通单座式调节阀和直通双座式调节阀两种。在本装置中，调节阀控制挥发气在回收过程中的回流量保证进

22、真空泵中的气压力稳定，根据现场实际情况，选择气动单座式调节阀。其他要求供电要求主要耗电装置为真空泵，另配备一 台11kw的电机根据真空泵的用电功率需求提供11kw功率的支持，一次供电持续时间以装车一次时间45min为标准，一天大概间断供应六次。人工要求在真空泵启动前，为防止将罐车中的空气抽入真空泵，需要进行一段时间排空，所以需确定出操作的滞后时间。罐车开始进轻烃之后，通过就地放空检测放空气可燃气体浓度，当可燃气体浓度达到90%即可启泵抽气，并记录好时间，该时间再加上一定的安全时间既可作为以后启泵的滞后时间。装运时需操作人员一名，进行管口的对接以及处理突发事件。对罐车进行的配套改造对罐车排气口进

23、行改进，是实现对罐车挥发气进行回收的关键。没改造之前，罐车余气从车顶盖（如下图）呼出，直接挥发到罐车四周。本人提出对罐车进行如下图改进。 改装后简图：经过改造，在罐车内部距罐顶1020cm的地方安装一根长导管，从罐侧连到前文中所图示的“右管”，在回收挥发气体时，直接将回收装置进气管线连接到挥发气体导出管“右管”，快捷实现罐车挥发气口与回收装置连接；罐车装车完毕后，关闭导出管出口阀门，卸掉连接管线，罐车离开工作站。改进后，操作简便，通过装置，实现了对挥发气的回收。5、装置运行原理介绍系统简图如下：线路一（主要回收线路）：当装置压力高于1000pa时，该装置开启，通过导管将挥发气从罐车内导出，流入

24、进口分离器，实行气液分离器，将分理出的少量液体排出到储罐内（可回收到少量油滴，挥发气中液体主要有装油过程中可能进入到出气管内的轻烃，以及挥发气进入分离器内再次液化成的少量油滴），挥发气从分离器顶部导出，流入真空泵，进行增压，达到生产系统的要求0.2mpa然后再将气体导入出口分离器进行分液（液体主要是真空泵工作用水），液体从底部流回真空泵循环使用，挥发气从上部流出经过止回阀，流入生产系统的余气压缩机。线路二（安全保护线路）：调节阀安装在真空泵前，当真空泵进口压力低于2000pa时为防止空气进入罐中或者是罐车抽扁，由压力变送器控制调节阀开，从泵的出口补充气体到进口，以保证泵进口压力稳定在500pa

25、2000pa。当压力变送器感应压力高于5000pa时控制电磁阀放空。当停电时，安全法自动开启放空，以保证整个装置及工作人员的安全。6、推广研究不同工作站分析1.对于不同站的不同产气性质，可以对真空泵的电机加装变频调解器，可适用于气量变化范围更大的情况，并且更加节能。但是对于气量产出过小的处理站不建议使用，容易入不敷出。2.关于工作站的产气类型要求，组分主要以c3以上的气体（易挥发），通过回收可加工成产品液化气和民用燃气实现经济效益。3.模拟效益计算：（所研究的处理站为样板）该站每天可回收可燃气体1350立方米，按天然气2元计算，每日可创效2700元，每年可创效28.5万元。运行成本支出：设备折

26、旧，每年1.2万元；动力费:按每车装40分钟,一天装6车,一度电0.75元计算, 11kw电机一年动力费:110.6660.75365=1.2万元；,人工及其它1万。总支出3.4万元。综上，该站年利润可达25.1万元。对于其他使用站的效益估计，主要成本支出为仪器支出，加上动力支出，人工费用。创效与否主要由每天的挥发气量决定，一次装车挥发气量小于方就没有回收价值。4对于主要轻油运输无影响。该装置不会使轻油丧失主要利用组分，并且对于装运流程顺畅性无影响（同时进行），该装置将气体回收入生产系统后可加工成液化气和民用燃气等有使用燃气。7、开发移动式撬装回收装置需要加进器材：投入车辆装载一台， 将分离器

27、、真空泵及自动化安全保护设施集成撬装化，装载在车内，哪里需要就可以方便的运输到哪里使用。实用前景分析：移动式撬装回收装置，可以方便移动，在需要的站场重复使用，提高装置的利用效率，避免重复投资。8、建设投资估算1. 式样站装置建设投资估算（以试用站点为标准，含有利旧仪器）序号改造内容估价（万元）备注1工艺施工费6包括材料费2自动化施工6包括材料费3合计12六、成果价值a、可创经济效益（以式样站为例）关于成本的收回以及今后使用期限：改造实施后，每天可回收天然气0.135万立方米，按2元/立方米计算，日创效,0.27万元，一个季度即可收回成本，效果显著。b、环境效益该挥发气的主要成分是甲烷、乙烷、丙

28、烷、丁烷、戊烷，如果大量排放，会加剧温室效应，气体的微刺激气味使空气质量下降，并且使处理站周围的环境质量下降，不利于生产周围的农业生产及城市生活。实现气体的回收，符合真正零排放的绿色生产理念，是实现可持续发展的重要举措。c、装车安全性增强在轻油装运过程中，安全第一，但是先前的装运，对于挥发气体直接排放到罐车周身，一旦意外出现火花，很容易引发爆炸等危险事故的发生，员工及附近地区的安全没有保证。并且气体直接排放到空气中，其产生的气味也会对工作人员的身体造成一定程度的伤害。实现挥发气回收后，上述问题均已解决。d、其他社会效益该装置的安装有利于改善工作环境，符合以人为本的理念。节约了能源，对排放气体实

29、现了有效利用，有利于在社会上倡导与推广可持续发展、节能减排理念，符合科学发展要求。有利于推动处理站装置的完善与改进工作，对于创新与生产紧密结合具有重要意义七、结论 本论文研究的轻油罐车挥发气回收装置可对罐车挥发气进行有效回收，经济适用，安全环保，可创造可观的经济效益，可在同类天然气站场推广应用。创新点：1、巧妙的对罐车进行简易改进，使罐车挥发气从可以快速简便与回收装置连接的导管导出，这是实现回收挥发气对罐车的重要创新。2、敏锐观察到轻油装车挥发气存在的安全隐患，以及回收挥发气的经济价值。即保证了安全装车，有可实现可观经济效益，一举双得。3、该装置可以改造成活动工作装置，可已实现对不同地点回收挥发放空的需要，有很大的实际应用价值。其他概述：1、该装置的弊端：不适合气量过小的装卸油场所使用，达不到所需要的收回成本气量，进一步降低该装