張 凡，周建國，史宇科，孫小兵，蓋振海

(中國石油化工股份有限公司洛陽分公司，河南 洛陽 471012)

鐵路輕油密閉裝車及油氣回收問題探討

張 凡，周建國，史宇科，孫小兵，蓋振海

(中國石油化工股份有限公司洛陽分公司，河南 洛陽 471012)

介紹了該公司輕油裝車站臺密閉裝車過程中存在安全隱患、環(huán)境污染和資源浪費等問題。通過檢測裝車過程中油罐車帽口處油氣泄漏量，對比錐形密封鶴管設(shè)備和充氣式氣囊密閉裝車小鶴管結(jié)構(gòu)特點等,采用膜分離法油氣回收裝置對揮發(fā)的有機油氣進(jìn)行吸收, 優(yōu)化了油氣回收裝置的主要設(shè)備和工藝運行條件，油氣排放檢測結(jié)果達(dá)到環(huán)保排放要求。

油氣回收 密閉裝車 鐵路

在人們對安全環(huán)保愈加重視的今天,解決石油輕質(zhì)油品裝車油氣揮發(fā)污染環(huán)境問題愈加顯得重要,煉油廠輕質(zhì)油品敞口裝車問題尤其嚴(yán)重。日本和美國在20世紀(jì)六七十年代成功研制出了油氣回收裝置,開發(fā)出成套的活性炭吸附方法,貧油吸收法和冷凝法油氣回收裝置,隨后又開發(fā)出膜法油氣回收裝置等,中國的油氣回收裝置還處于開發(fā)引進(jìn)階段[1]。

隨國家石油化工企業(yè)數(shù)量和規(guī)模的增大，在油品的轉(zhuǎn)輸過程中存在的油氣損耗已不容忽視，其不僅造成能源浪費，更為安全埋下隱患，同時還對環(huán)境造成污染。研究輕油密閉裝車和油氣回收技術(shù)在此背景下具有一定的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益。

1 油氣排放存在的問題及現(xiàn)狀

1.1 安全隱患

體積分?jǐn)?shù)1%～8%的油氣，遇到明火會產(chǎn)生爆炸燃燒;在汽油裝車過程中，排放的油氣體積分?jǐn)?shù)通常在15%～55%，當(dāng)油氣排放至大氣環(huán)境中，經(jīng)過空氣稀釋，在其中的一段時間，油氣濃度將被稀釋至爆炸范圍內(nèi)，且體積增大幾十倍，此時的油氣最危險;1 L汽油完全揮發(fā)后產(chǎn)生的蒸汽，如發(fā)生爆炸，威力相當(dāng)于1 kgTNT炸藥爆炸，產(chǎn)生的氣體速度約為3 000 m/s。汽油一旦著火，就會以2 m/s的速度迅速蔓延，火災(zāi)形成后又會釋放大量熱能，加速油氣蒸發(fā)，隨著油氣濃度不斷變化，燃燒和爆炸交替出現(xiàn)，從而產(chǎn)生嚴(yán)重后果[2]。

1.2 環(huán)境污染

油氣對人類中樞神經(jīng)系統(tǒng)具有麻醉作用，刺激皮膚黏膜，具有去脂作用，使細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)平衡發(fā)生障礙，甚至可引起皮炎和濕疹等疾病。油氣濃度過高會引起急性中毒，中毒嚴(yán)重者則會因意志喪失、反射性呼吸停止而死亡。油氣中含有的烴類化合物主要為烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴和烯烴，主要組成為C2至C8，油氣作為一次污染物，可對環(huán)境產(chǎn)生直接危害揮發(fā)到大氣中，在紫外線的作用下，與大氣中的污染物氮氧化物發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，對環(huán)境危害更大[3]。

1.3 資源浪費

輕質(zhì)油品，特別是汽油，是極易揮發(fā)的液體，中國汽油年消耗量80 Mt，損耗按1%計，則成品油銷售行業(yè)汽油的年損耗量為800 kt，價值64×108RMB￥，2013年原油年加工量為489 Mt按0.35%損失量估算，年總損耗量約為1.71 Mt，數(shù)量巨大[4]。

1.4 基本情況

該公司現(xiàn)有5個輕質(zhì)油裝車棧臺，充裝的主要介質(zhì)有液化氣、三苯(包括苯、甲苯和對二甲苯)、3號噴氣燃料油、汽油、石腦油和柴油等。現(xiàn)均采用液下密閉裝車，現(xiàn)有平板式密封、錐形密封和氣囊型三種裝車小鶴管，共計170臺，年運輸量超過3 Mt。平板型密封裝車小鶴管為國內(nèi)第一批密閉液下裝車小鶴管，其密封效果較差，受槽車停車位置影響較大，車體傾斜時，小鶴管密封帽不能壓緊槽車帽口。該型密封帽主要分布在臺二、臺三和臺五裝車站臺，充裝介質(zhì)分別為3號噴氣燃料油、汽油和高清潔汽油，特別是夏季裝車時，裝車臺位周圍油氣味非常大，嚴(yán)重影響員工正常生產(chǎn)作業(yè)，油品揮發(fā)污染周圍環(huán)境，聚集的油氣分布在槽車周圍，極易形成爆炸氣體，遇明火發(fā)生爆炸，產(chǎn)生嚴(yán)重后果。臺一裝車臺位主要充裝液化石油氣和三苯等介質(zhì)，公司于2006年改進(jìn)苯裝車鶴管，選用錐形密封裝車小鶴管，該型密封帽有效的解決了槽車對位問題，密閉效果較為良好，錐形密封帽深入槽車帽口，因錐形密封帽彈性較差，密封帽和槽車帽口會有一些間隙，導(dǎo)致密封不嚴(yán)，充裝介質(zhì)溢流出槽車，污染周圍環(huán)境。為進(jìn)一步完善密閉裝車小鶴管，公司于2016年更新10臺苯裝車小鶴管，該型小鶴管為充氣式氣囊密封裝車小鶴管，密閉裝車效果顯著，投用以來運行正常。

2 膜分離法油氣回收裝置現(xiàn)狀

油氣回收裝置選用國外引進(jìn)膜分離工藝及成套設(shè)備，共有輕油和三苯兩套裝置，輕油裝置主要吸收汽油、柴油和石腦油等介質(zhì)，處理能力為880 m3/h，三苯裝置吸收噴氣燃料、苯、甲苯和對二甲苯等介質(zhì)，處理能力為250 m3/h，采用低溫(不大于35 ℃)成品汽油或柴油吸附裝車棧臺裝車過程中產(chǎn)生的油氣，自2009年運行以來，運行較為平穩(wěn)。膜分離法油氣回收裝置工藝流程見圖1。

圖1 膜分離法油氣回收裝置工藝流程

2.1 主要設(shè)備

膜分離法油氣回收裝置主要設(shè)備包括貧油泵、富油泵、壓縮機、吸收塔、膜組件、旋片式真空泵、配套閥門、附屬管線和儀表控制系統(tǒng)等。

2.2 油氣回收裝置生產(chǎn)運行過程

裝車棧臺密閉裝車后油品揮發(fā)產(chǎn)生油氣，通過自壓進(jìn)入油氣線，經(jīng)阻火器、過濾器、單向閥進(jìn)入壓縮機，壓縮后的油氣和空氣混合氣進(jìn)入吸收塔，此時吸附劑由貧液泵送至吸收塔，在一定條件下，油氣與貧液逆流接觸，絕大部分油氣被吸收，富液自塔低流出，經(jīng)富液泵送至三聯(lián)合柴油加氫裝置，未吸收的油氣和空氣自塔頂逸出，進(jìn)入有機膜系統(tǒng)，有機油氣被吸收，空氣被截留，有機油氣經(jīng)旋片式真空泵重新進(jìn)入吸收塔，至此形成閉環(huán)。

2.3 有機膜組建工作原理

油氣回收是通過處理密閉裝車過程中產(chǎn)生的油氣、空氣的混合氣體，將其中的空氣(主要是氧氣和氮氣)排放，而使有機蒸汽返回吸收塔實現(xiàn)循環(huán)吸收。膜分離法油氣回收技術(shù)的基本原理是利用特殊高分子膜對有機氣體的優(yōu)先透過性的特點，使有機氣體/空氣的混合氣在一定的壓差推動下，經(jīng)選擇性透過高分子膜，使混合氣中的有機氣體優(yōu)先透過膜得以富集再回收，而空氣則被截留。為了提高膜分離的效率和經(jīng)濟性，將壓縮、吸收與膜分離結(jié)合在一起，作為輔助工藝。有機膜組建運行效果見圖2。

圖2 有機膜組建運行效果

2.4 存在的主要問題及解決辦法

該公司膜分離法油氣回收裝置于2011年正式投用。前期，公司選用成品柴油作為油氣回收裝置的吸附劑，運行較為平穩(wěn)，后因流程改動。吸附劑改為催化柴油，該介質(zhì)水質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)1%，裝置接連出現(xiàn)有機膜組件損傷、真空泵潤滑油嚴(yán)重乳化導(dǎo)致真空泵故障，生產(chǎn)運行不平穩(wěn)等現(xiàn)象頻繁出現(xiàn)。

目前，裝置所屬車間已聯(lián)系生產(chǎn)廠家，裝置進(jìn)行局部改造，在吸附劑進(jìn)裝置前增設(shè)濾水設(shè)施，降低吸附劑水含量，達(dá)到生產(chǎn)運行要求，降低設(shè)備故障率。

3 密閉裝車鶴管對比分析

密閉裝車鶴管密封形式不斷改進(jìn)，目前，國內(nèi)現(xiàn)有錐形、磁力型、布袋型、平板型和氣囊型等幾種形式密封帽結(jié)構(gòu)，小鶴管密封對比情況見表1。

表1 國內(nèi)現(xiàn)有幾種小鶴管密封情況對比

公司于2016年對臺一苯裝車鶴管進(jìn)行改造，原小鶴管密封帽為錐形(如圖3所示)，該型密封帽受槽車位置影響較大，在油罐車罐口尺寸出現(xiàn)偏差和變形的時候，錐體密封帽無法通過補償實現(xiàn)密閉，密閉裝車過程中，現(xiàn)場氣味較大，影響正常生產(chǎn)作業(yè)。

圖3 錐形小鶴管密封帽結(jié)構(gòu)

改進(jìn)后苯鶴管密封見圖4。該型為充氣式氣囊型密閉裝車小鶴管，氣囊采用耐苯氟橡膠，彈性、耐磨性和耐腐蝕性較好。裝車時，密封氣囊充氣，氣囊式密封帽通過空氣腔外氟橡膠的變形適應(yīng)一定范圍內(nèi)的偏差變化，密封面較好的貼合在槽車帽口，降低現(xiàn)場油氣濃度。

圖4 氣囊型小鶴管密封帽結(jié)構(gòu)

4 密閉裝車及油氣回收效果

4.1 氣囊型密閉裝車鶴管

使用的氣囊式密閉裝車鶴管，目前使用正常，密封效果良好，現(xiàn)場油氣濃度大大降低，有效地解決了小鶴管裝車氣密性問題。

在鐵路站汽油裝車過程中，對改進(jìn)前后苯裝車臺密閉氣囊式鶴管裝車泄漏濃度進(jìn)行了檢測對比，檢測標(biāo)準(zhǔn)為儲油庫大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB20950—2007附錄A，檢測對比結(jié)果見表2。

從表2可以看出，改進(jìn)后的鶴管密封帽，極大的降低了苯裝車過程中揮發(fā)出的苯蒸汽。

表2 苯裝車臺位油氣介質(zhì)檢測

4.2 油氣回收效果

對油氣回收處理裝置油氣排放濃度，采用儲油庫大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB20950—2007附錄B方法檢測，在油氣回收裝置氣體進(jìn)出口采樣分析。油氣濃度檢測見表3[3]。

表3 油氣濃度檢測

由檢測結(jié)果可知:油氣進(jìn)口質(zhì)量濃度最大值為318.5 g/m3，經(jīng)油氣回收裝置處理后，排放的氣體中非甲烷烴類最大值為8.9 g/m3，低于國標(biāo)要求的25 g/m3，油氣回收率達(dá)到97.22%，效益明顯。

5 社會效益和經(jīng)濟效益

5.1 社會效益

石油化工企業(yè)是環(huán)境污染的高風(fēng)險行業(yè)。有毒有害物質(zhì)的排放直接影響到生產(chǎn)安全和操作人員人身安全,對周邊地區(qū)的水環(huán)境和空氣環(huán)境將造成巨大的污染。采用密閉裝車是石化儲運生產(chǎn)的必由之路，油氣密閉回收裝置的建設(shè)、使用和發(fā)展是進(jìn)行文明生產(chǎn)體現(xiàn),是利國利民大好事。

5.2 經(jīng)濟效益

油氣回收裝置貧、富吸收油進(jìn)出油氣回收系統(tǒng)管線上各裝有一臺質(zhì)量流量計，2015年貧油管線流量計計量總量為57 057.18 t，富油管線流量計計量總量為57 791.21 t，年收油量為734.03 t，成品油價格按3 500 RMB￥/t計算，年經(jīng)濟效益為257×104RMB￥，同時還大幅降低了油品在裝車過程中揮發(fā)造成的環(huán)境污染和對操作人員健康的影響，消除了安全隱患。

6 結(jié) 語

進(jìn)行油氣回收處理、密閉化裝車是一項硬性的安全環(huán)保規(guī)定，氣囊型密閉裝車鶴管解決了困擾鐵路槽車密閉裝車的難點和瓶頸問題, 油氣排放檢測結(jié)果達(dá)到環(huán)保排放要求。

[1] 史自杰.鐵路油槽車密閉裝車問題及解決措施[J〗.石油化工安全環(huán)保技術(shù)，2008，24(3)：19-21.

[2] 王以忠.密閉裝車技術(shù)在汽油火車裝車中的應(yīng)用[J〗.遼寧化工，2014(8)：1009-1010.

[3] 肖翔.鐵路汽油密閉裝車及油氣回收系統(tǒng)運行分析[J〗.煉油技術(shù)與工程，2014，44(4)：49-52.

[4] 茍彬德. 芳烴介質(zhì)密閉裝車現(xiàn)狀及措施[J〗.工程技術(shù)，2013(9)：247-248.

(編輯 王菁輝)

Closed-loop Tank Car Loading of Light Oils and Oil Vapor Recovery

ZhangFan,ZhouJianguo,ShiYuke,SunXiaobin，GaiZhenhai
(SINOPECLuoyangCompany,Luoyang471012,China)

The potential safety hazards, pollution and resource wasting in the closed-loop tank car loading of light oils are introduced. The environmental protection requirements have been met by monitoring the oil vapor leakage at the outlet of tank car, comparison of construction characteristics of cone type sealing hose and closed-loop hose, application of membrane separation process for volatile oil vapor recovery, optimization of operating conditions of oil vapor recovery unit and main equipment and analysis of the operating results.

oil vapor recovery, closed-loop tank car loading, rail way

2016-09-07；修改稿收到日期：2016-09-28。

張凡，助理工程師，2014年畢業(yè)于陜西科技大學(xué)，在該公司鐵路運輸部主要從事設(shè)備管理工作。E-mail：zfallen@sohu.com