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罐區油氣收集系統主要設備選用

來源:上海自動化儀表有限公司作者:發表時間:2020-03-17 13:51:17

 摘要:隨著VOCs污染治理的推進,石化行業越來越重視對罐區儲罐無組織排放的罐頂油氣進行集中收集并處理。文章從控制、安全、節能三個方面考慮,介紹了油氣收集系統幾種主要設備的設置及選用,包括控制閥、阻火器、鼓風機。

 
隨著石化行業VOCs整治的全面開展,大幅減少VOCs排放,對于改善環境質量具有重要作用[1]。為滿足國家及地方的達標排放和環境質量要求,石化行業越來越重視對儲罐無組織排放的罐頂油氣進行集中收集并處理。油氣收集技術應選用安全、成熟、節能、經濟、操作簡便的技術,合理設置及選用設備,從而實現油氣收集系統控制方便可靠,達到安全節能的效果。
 
1油氣收集系統工藝流程
如圖1所示,罐區油氣收集系統工藝流程包括單呼閥控制和壓力調節閥控制兩種方案[2]。單個儲罐儲存一種油品的情況,采用單呼閥控制方案。單個儲罐罐頂收集的油氣經罐頂油氣收集支管在罐區內匯集至油氣收集總管,在儲罐油氣收集支管上設置單呼閥。它只向外呼氣,不向內吸氣,從而確保儲存不同油品的儲罐之間不會串氣。
 罐區油氣收集系統工藝流程
多個儲罐儲存同種油品,采用壓力調節閥控制方案。儲存同一品種的多個儲罐罐頂收集的油氣經各自罐頂油氣收集支管匯集至油氣聯通管道,在油氣聯通管道的末端設置壓力調節閥,儲存同種油品的儲罐通過油氣聯通管道維持罐內氣相平衡。
 
罐頂油氣收集后并入罐組收集總管,經鼓風機加壓后輸送至油氣處理設施。
 
2油氣收集系統控制閥設置
合理控制儲罐與油氣收集管道的壓力,對于保證儲罐的本質安全、順利收集油氣具有重要作用。
 
2.1罐頂控制閥
(1)每座儲罐設獨立的氮封閥組和旁路,以及時補氣,防止儲罐形成負壓,吸入空氣。當罐內壓力低于氮封閥開啟壓力200Pa時,氮封閥打開,向罐內補充氮氣;當罐內壓力達到氮封閥關閉壓力500Pa時,氮封閥關閉[3]。
(2)每座儲罐罐頂設置呼吸閥,當罐內壓力升高太快,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,呼吸閥打開,向罐外排氣;當氮封閥失靈不能及時開啟,造成罐內壓力降至呼吸閥全關閉壓力-295Pa時,呼吸閥打開,向罐內補充空氣。
(3)每座儲罐罐頂設置緊急泄壓人孔,緊急泄放閥定壓1900Pa。當儲罐遇到事故時,能迅速排放,確保安全。
 
2.2管道控制閥
(1)單個儲罐儲存一種油品的情況,在每座儲罐油氣收集支管上設置單呼閥,單呼閥全開啟壓力1270Pa,回座壓力765Pa。
(2)多個儲罐儲存同一品種的情況,每一個品種儲罐的油氣收集支管均通過各自的油氣聯通管道相連,在油氣聯通管道上設置壓力調節閥,維持正常壓力1150Pa,全開啟壓力1270Pa,全關閉壓力1080Pa。
 
3油氣收集系統阻火器選用
罐頂油氣聯通后,要重點防止發生群罐火災。在油氣收集支管靠近儲罐位置設置阻火器,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階段,爆燃、非穩態爆轟、穩態爆轟。其中,非穩態爆轟的破壞性最大,危害最嚴重。根據火源與阻火器之間的距離選用阻火器類型,但由于爆燃和穩態爆轟的位置并不好確定,因此選用防非穩態爆轟的阻火器,其安裝位置不受限制,阻火元件性能更高級,能提供更安全的保證。
 火焰傳播趨勢
4油氣收集系統鼓風機選用
鼓風機是油氣收集系統的主要動力設備,也是主要的耗能設備,鼓風機選擇的正確與否,直接影響油氣處理成本的高低。設計時,依據油氣壓縮量、進口溫度、進口壓力、出口壓力等參數,對鼓風機進行選型,從而確定鼓風機轉速、軸功率及配套電機。
 
4.1鼓風機壓縮量確定
鼓風機壓縮量即為油氣收集系統通氣量,合理計算通氣量,對鼓風機選型具有重要作用。如何確定儲罐通氣量,迄今為止尚無確定通氣量的國家標準,經過現場調研及咨詢國內資深的油氣回收廠家得到的信息:夏季一天當中早晨5點~7點溫升最快,約從25℃升至40℃,其余時間溫升引起的油氣體積膨脹量很小。
 
各儲罐正常吸氣量及呼氣量,包含液體進出量及因大氣溫度變化而引起的通氣量之和[5]。儲罐因大氣溫升產生的最大呼氣量,因大氣溫降產生的最大吸氣量均按2小時內,溫度從25℃至40℃的變化計算。根據理想氣體狀態方程PV=nRT,溫度T1=298K,對應的儲罐氣體體積為V1(取0.5倍的罐容),溫度T2=313K,對應的體積為 V 2 ,壓力 P 視為不變,則
QQ截圖20200317135509.jpg
4.2鼓風機出口壓力確定
油氣收集后,經鼓風機增壓后輸送至油氣處理設施。鼓風機出口壓力是鼓風機選型的一個重要參數,通過Pipephase軟件計算。如圖3所示,建立簡單壓降模型,已知流量、終點壓力、管線長度,試設定起點壓力、管徑。如圖4所示,運行后,根據運行結果,調整起點壓力與管徑大小,計算終點壓力與設定終點壓力(大氣壓1.01Bar)基本符合的為所需要的值。
鼓風機壓降計算結果
4.3 鼓風機形式選用
選用鼓風機時,效率高、壽命長、便于調節是必要的考慮因素。鼓風機形式多種多樣,油氣收集系統建議采用高效節能型羅茨鼓風機(容積式),其具有如下特點 [6] :
(1)流量分檔密,覆蓋范圍廣,壓力具有自適應性。
(2)葉輪采用新型線,密封性好,高效節能。
(3)規格種類多,密封形式多樣,能夠滿足不同介質需要。
(4)產品加工精度高、性能好、運行可靠。結構簡單,保養維護方便。
5 結語
文章介紹了油氣收集系統工藝流程,分析了罐頂控制閥、管道控制閥對油氣收集的控制作用,描述了阻火器的選用依據,給出了鼓風機壓縮量、出口壓力確定方法及選型。從控制、安全、節能三個方面,較全面地總結了油氣收集系統主要設備的設置及選用。
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