李經偉

（中國石油化工股份有限公司大連石油化工研究院，遼寧 大連 116045）

煉廠罐區(qū)所產生的揮發(fā)性有機物（VOCs）不僅污染大氣環(huán)境，還會帶來加工損失[1-2]。VOCs通過光化學反應形成的有機氣溶膠，是霧霾的主要來源之一。低溫油氣回收法是目前常用的VOCs治理技術[3]，主要通過防爆風機、液環(huán)壓縮機等動設備將罐區(qū)產生的廢氣引入低溫油氣回收裝置，達到廢氣處理并回收有機物的目的[4]。煉廠罐區(qū)產生的廢氣總量受裝卸料量、裝卸物料速度、晝夜溫差、物料性質等因素的影響，廢氣總量并不是固定值[5]。在罐區(qū)產生較少廢氣的情況下，采用恒定引氣量的方式有可能造成引氣量大于廢氣產生量，致使罐區(qū)為維持罐內壓力進行補氮，造成資源浪費。通過對罐區(qū)產生的廢氣量進行跟蹤記錄，探索一種合理的引氣方法，對不造成罐區(qū)額外補氮的同時實現(xiàn)廢氣及時處理具有重要意義[6-8]。

1 低溫柴油吸收廢氣治理流程簡介

某煉廠采用大連石油化工研究院開發(fā)的“低溫柴油吸收”技術對芳烴及苯乙烯罐區(qū)廢氣進行處理。罐區(qū)內氣體主要成分為氮氣，其體積分數(shù)約為99.5%。罐區(qū)產生的廢氣中苯質量濃度約為20 mg/m3，非甲烷總烴質量濃度為1 000～7 500 mg/m3。按照《石油煉制工業(yè)污染物排放標準》（GB 31570-2015）《石油化學工業(yè)污染物排放標準》（GB 31571-2015）規(guī)定，裝置處理后的廢氣中苯質量濃度≤4 mg/m3，甲苯質量濃度≤15 mg/m3，二甲苯質量濃度≤20 mg/m3，非甲烷總烴去除率≥97%[9]。

廢氣處理裝置工藝流程如圖1所示。自界區(qū)外來的柴油通過控制閥（FV-101）控制流量后進入貧油預冷器（E-101），由循環(huán)水取熱冷卻至40℃，再由貧富油換熱器（E-102）回收富油中的冷量。柴油進入制冷機組進一步冷卻降溫至10℃后，進入低溫吸收塔（T-101）。富油由富油泵（P-101）經貧富油換熱器后輸送出裝置。罐區(qū)產生的廢氣由液環(huán)壓縮機（C-101）通過管道引入低溫吸收塔，在與低溫柴油進行逆流吸收掉廢氣中的大部分油氣后，排至后續(xù)處理單元進行深度處理。

圖1 廢氣處理裝置工藝流程

2 壓縮機自動引氣程序設計

2.1 VOCs廢氣總量影響因素分析

由于罐區(qū)產生的VOCs廢氣總量受裝卸料量、裝卸速度、溫升梯度、物料性質等因素的影響，廢氣總量并不是固定值[10-11]。例如，白天溫度上升或罐內進料時所產生的廢氣量較多，罐內壓力上升，當罐內壓力大于罐頂呼吸閥啟動壓力后，廢氣通過呼吸閥排入大氣中；夜晚溫度降低或罐內卸料時產生的廢氣量較少，罐內壓力減小，當罐內壓力低于罐區(qū)壓力安全值后，為保證安全，儲罐將進行補氮作業(yè)[12-16]。

2.2 壓縮機自動引氣方案設計

罐區(qū)產生的廢氣由液環(huán)壓縮機引入VOCs治理裝置。當儲罐產生的廢氣量波動較大時，通過簡單的啟停液環(huán)壓縮機進行定量引氣會造成罐區(qū)壓力波動較大，同時頻繁啟停液環(huán)壓縮機也增大設備的故障率，不利于設備長周期運轉。

本裝置在引氣管道和儲罐上分別安裝壓力變送器，通過儲罐上壓力變送器數(shù)值變化表征罐區(qū)排氣量變化，通過引氣管道上壓力變送器（PT-101）數(shù)值變化對液環(huán)壓縮機的啟停和抽氣總量進行控制。當PT-101測得的數(shù)值超過設定的引氣程序啟動值時，液環(huán)壓縮機從罐區(qū)內引氣，通過回流閥（PV-101）調節(jié)進氣量，并將罐區(qū)壓力維持在呼氣閥排氣壓力和補氮閥門啟動壓力之間，保證廢氣不外泄且罐區(qū)不進行補氮。

將液環(huán)壓縮機頻率分成不同檔位，以適應不同的工況。當廢氣總量較小時，使用低頻率抽氣；當廢氣總量較大時，使用高頻率抽氣。利用回流閥和頻率分檔控制，既保證罐區(qū)產生的廢氣充分處理，又能避免因維持罐內壓力補氮產生的氮氣消耗，同時又降低整個廢氣治理裝置的能耗。

罐區(qū)廢氣自動引氣程序需在油氣回收裝置運轉正常后方可投用。當PT-101測得的數(shù)值超過啟動壓力時，液環(huán)壓縮機按照預先設定的頻率啟動，并根據(jù)程序對回流閥進行初步調節(jié)。初步調節(jié)后再根據(jù)管道壓力值對壓縮機頻率進行分檔控制，PV-101根據(jù)壓力設定值進行PID調節(jié)。

液環(huán)壓縮機自動控制程序包括以下三部分：液環(huán)壓縮機自動啟動程序、液環(huán)壓縮機自動引氣程序和液環(huán)壓縮機自動待機程序。

2.2.1 液環(huán)壓縮機自動啟動程序 圖2為液環(huán)壓縮機自動啟動程序流程圖。

圖2 液環(huán)壓縮機自動啟動程序流程圖

啟動時，系統(tǒng)將依次判斷“自動運行是否投用”“急停程序是否報警”“是否達到開機條件”“操作柱處于自動”。當啟動條件均滿足時，將壓縮機頻率設置為20 Hz，PV-101閥門開度設置為50%，啟動液環(huán)壓縮機。當系統(tǒng)收到壓縮機運行信號后，液環(huán)壓縮機自動啟動程序結束，進入液環(huán)壓縮機自動引氣程序。當系統(tǒng)未能收到壓縮機運行信號時，系統(tǒng)畫面將顯示“運行狀態(tài)異常”，并退出液環(huán)壓縮機自動啟動程序。

2.2.2 液環(huán)壓縮機自動引氣程序 液環(huán)壓縮機啟動成功后，執(zhí)行液環(huán)壓縮機自動引氣程序。壓縮機自動引氣程序流程圖見圖3。通過對廢氣管道上的壓力進行控制，使引入的廢氣量與罐區(qū)產生的廢氣量相匹配。裝置運行時，液環(huán)壓縮機入口廢氣壓力一般為-10～3 kPa。將液環(huán)壓縮機入口廢氣的壓力分為6個區(qū)間，各個區(qū)間壓縮機的頻率設定、入口回流閥開度設置、參數(shù)含義及參考值見表1和表2。

表2 “自動引氣程序參數(shù)設定值”參考表

圖3 壓縮機自動引氣程序流程圖

表1 引氣管道壓力區(qū)間參數(shù)的設置及說明

2.2.3 液環(huán)壓縮機自動待機程序 當液環(huán)壓縮機入口壓力PICA-102.L＜PT-101≤SP1時，液環(huán)壓縮機進入自動待機程序。自動待機控制程序邏輯圖見圖4。此時，將壓縮機頻率設置為0。當系統(tǒng)檢測到壓縮機仍在運行時，發(fā)出報警提示，提示操作員及時進行處理。

圖4 自動待機控制程序邏輯圖

3 實施案例

2022年2月，該企業(yè)的罐區(qū)廢氣治理裝置開工運行，并將液環(huán)壓縮機自動引氣程序投入自動。此時系統(tǒng)無報警，現(xiàn)場操作柱處于自動狀態(tài)。廢氣管道壓力設定值SPV1為-200 Pa，對應壓縮機頻率為35 Hz；廢氣管道壓力設定值SPV2為200 Pa，對應壓縮機頻率為50 Hz。隨著白天溫度升高，罐區(qū)開始排出廢氣，當廢氣總管壓力PT-101測得的數(shù)值由200 Pa上升至500 Pa時，液環(huán)壓縮機啟動，進行自動引氣。

圖5為裝置運行后某日24 h內罐區(qū)壓力、廢氣管道壓力和廢氣流量曲線。從圖5可以看出，11：00時，液環(huán)壓縮機滿足自動啟動條件，液環(huán)壓縮機隨之啟動；壓縮機啟動后進行大功率引氣，此時廢氣流量約為700 m3/h，且廢氣流量隨著罐區(qū)排氣量增加而增加；15:00以后,罐區(qū)排氣量減少，壓縮機進入中頻率調節(jié)模式，廢氣流量約為550 m3/h；19:00點以后，壓縮機進入全回流狀態(tài)，以最小氣量進行引氣，廢氣流量約為200 m3/h；當PT-101測得的數(shù)值降低至-400 Pa時，液環(huán)壓縮機停機，程序進入待機狀態(tài)；此時廢氣管道壓力逐漸上升到與罐區(qū)壓力一致。

圖5 罐區(qū)壓力、廢氣管道壓力和廢氣流量曲線

4 結論

油氣回收裝置作為石化企業(yè)重要的環(huán)保設施，不僅要滿足廢氣達標處理，而且要保證裝置安全穩(wěn)定運行。裝置自投用至今已穩(wěn)定運行兩個月，凈化后的排放尾氣滿足環(huán)保標準要求。對罐區(qū)壓力、廢氣管道壓力和廢氣流量的數(shù)據(jù)分析結果表明，該引氣控制方案比較適合間歇性污染源排放的工況，裝置的各控制參數(shù)設置相對合理。為了進一步達到最優(yōu)控制，還需針對不同工況對各參數(shù)進行及時修正，找出各種工況下最優(yōu)的控制參數(shù)。