航空煤油儲運油氣回收器的設計 及安裝調試

周健生

安徽萬緯工程管理有限責任公司,　安徽　安慶　246001

0　前言

航空煤油是多種碳氫化合物的混合物,其中的烴類組分具有很強的揮發性,在儲運過程中不可避免地會有一部分烴類組分汽化后排入大氣,造成蒸發損耗、環境污染和安全隱患,傷害人體健康，引發燃燒爆炸。因此,航空煤油儲運環節的油氣污染治理和安全隱患消除迫在眉睫,大力推進油氣回收技術和工程應用勢在必行[1-4]。中國石化某分公司航空煤油儲運裝置構建一套油氣回收器對航空煤油儲運過程中的油氣進行回收利用,避免了環境污染,消除了安全隱患。

1　油氣回收技術

目前國內外油氣回收主要有冷凝、吸附、吸收和膜分離等技術,每種技術都有其最佳應用范圍、最優回收工況,但也有各自的缺陷。利用幾種技術的集成組合,發揮每種技術的優勢,是油氣回收技術應用發展的一個方向[5-13]。

該分公司采用油氣冷凝和吸附技術的組合對航空煤油油氣進行回收利用[14-19]。油氣冷凝回收技術利用制冷原理和油氣組分的基本熱力學性質將油氣的熱量置換出來,實現油氣組分從氣相到液相的直接轉換。航空煤油烴類組分在不同溫度下的蒸汽壓存在差異,通過降溫使油氣中一些烴類蒸汽壓達到過飽和狀態,過飽和

油氣組分產生相變,從氣相變為液相,得到可直接利用的液態航空煤油。

油氣吸附回收技術利用多孔固體介質(吸附劑)將航空煤油油氣中的烴類組分捕獲,收集在吸附劑孔隙中,將其與空氣分離;當吸附劑吸附的烴類組分達到飽和時,吸附劑通過抽真空解析再生,脫附出來的氣態富集油氣再次冷凝,轉變為液態航空煤油。

2　結構設計

航空煤油油氣回收器由冷凝回收、吸附回收和航空煤油回送3個單元組成,處理量200 m3/h。油氣回收器結構設計見圖1。

2.1　冷凝回收單元

油氣經冷凝回收單元中的換熱預冷和機械制冷設備冷卻降溫后冷凝為液體,再被回收利用。換熱預冷為單級冷卻系統,由引風機和預冷器組成;機械制冷為2級制冷系統,一級制冷系統由1套壓縮機和風冷器制冷機組組成,二級制冷系統由2套壓縮機和風冷器制冷機組A和B組成,一套工作,另一套備用。

為了節能降耗,換熱預冷系統利用通過預冷器管程的經2級機械制冷冷凝器冷卻的低溫氣體與通過預冷器殼程的油氣換熱,將油氣溫度從環境溫度降至3～5℃,使油氣中絕大部分水蒸汽冷凝液化。

1.進氣控制電磁閥V 9;2.壓力控制器P1;3.預冷器;4.一級冷凝器;5.一級壓縮機;6.一級壓縮機風冷器;7.二級壓縮機A;8.二級壓縮機A風冷器;9.二級冷凝器;10.二級壓縮機B;11.二級壓縮機B風冷器;12.分離罐;13.吸附罐A;14.吸附-再生控制電磁閥V 1-V 8;15.阻火排氣口;16.吸附B;17.溫度控制器T 1-T 6;18.真空泵;19.暫存罐;20.液位控制器L 1;21.輸油泵;22.引風機;23.流量控制器F 1

圖1油氣回收器結構設計

經預冷器預冷后的油氣進入一級冷凝器,油氣溫度被冷卻至-30℃,冷凝回收油氣中近一半的烴類組分;然后油氣進入二級冷凝器,二級冷凝器將油氣冷卻至-73℃,使油氣中大部分高濃度烴類組分冷凝液化。

2.2　吸附回收單元

油氣吸附回收單元由2個吸附罐(A和B)、吸附-再生控制電磁閥、溫度控制器、阻火排氣口、真空泵等設備組成。吸附罐內的吸附劑采用吸附性能良好的活性炭,活性炭的再生采用干式真空泵真空脫附和空氣吹掃。兩個吸附罐按照設定的時間進行吸附或再生自動輪流切換,實現循環運行。“吸附-再生”過程設計為:

2)當吸附罐B進入“再生”狀態時,電磁閥V 3打開,V 2、V 4、V 6、V 8關閉,干式真空泵對吸附罐B抽真空至10 kPa(a)以下;活性炭孔隙中的烴類組分被脫附,送入冷凝回收單元的前端,再一次被冷凝回收處理;為了保證活性炭床中的烴類組分被徹底脫附,在再生后階段電磁閥V 8打開,引入少量空氣對炭床進行吹掃,并使罐內的壓力逐步恢復至常壓;脫附過程完成后,吸附罐B等待進入下一個“吸附”狀態。

2.3　航空煤油回送單元

航空煤油油氣經過冷凝和吸附單元處理后成為含有雜質的液態航空煤油,進入航空煤油回送單元收集后,送至航空煤油生產裝置處理。航空煤油回送單元由輸油泵、暫存罐、液位控制器L1等設備組成。當暫存罐內回收油的液位達到設定的高液位時,輸油泵自動啟動,將回收油加壓泵送到油罐區;當回收油的液位下降到設定的低液位時,輸油泵自動停止。暫存罐內的殘留油氣從罐頂引至冷凝回收單元前端,再次冷凝回收處理。

3　設備選型

3.1　制冷機組

制冷機組選用比澤爾公司產品,一級制冷機組為SV-JZ-300 H-A,二級制冷機組為SV-JZ-300 H-B。為提高制冷效率保證穩定運行,機組配有相序、缺相、高低壓、過載等保護功能,確保機組安全可靠運行。

3.2　真空泵

活性炭吸附劑再生所用的真空設備選用干式螺桿真空泵[20],選型阿法帕DPD-040真空泵。干式螺桿真空泵的能耗較低,占地面積較小,能在全天候狀態下工作,運行溫度不超過40℃。通過自動控制系統控制其轉速,將功率消耗直接與烴類組分的脫附量聯系在一起,以降低吸附劑過熱風險。當烴類組分濃度升高后,能自行處理掉泵中的液滴。

3.3　控制系統

油氣回收器的油氣入口設計流量控制系統(F 1)和壓力控制系統(P 1)等監控系統對進入回收器的油氣流量和壓力進行控制。流量和壓力變送器選用羅斯蒙特3051變送器系列產品。暫存罐設計液位控制系統(L1),主要管道上安裝就地壓力表,對收集和輸送管路壓力進行監測。電器控制組件選用施耐德MSX-160電器組件。

4　安裝調試

4.1　充注制冷劑和潤滑油

制冷機組是油氣回收器的關鍵設備,安裝后首先進行制冷劑和潤滑油充注。對壓縮機的高、低壓側抽真空后充注制冷劑;再連接制冷劑儲液罐,利用壓差的作用使制冷劑壓入冷凝器內,直到壓入機組的制冷劑量達到機組規定重量;然后添加機組專用潤滑油;機組投運一個月后更換一次潤滑油。

4.2　參數調整

油氣回收器入口油氣壓力設計為200 Pa,調節進氣閥V 9開啟的壓力,使之為200 Pa;調節引風機的起動壓力,當油氣入口壓力小于200 Pa時,引風機由壓力控制系統(P 1)控制,自動起動,將壓力提高到200 Pa。

由于活性炭吸附烴類組分為放熱過程,過高的溫度會使活性炭失效或引發安全事故,因此炭床的上、中、下位置設計多個測溫點(T 1～T 6),設定炭床各位置高溫報警值,溫度控制系統在溫度超限時報警,并自動切換至另一個吸附罐進行吸附,該罐進行解析再生。

5　特點及效果

5.1　設計特點

采用冷凝和吸附技術組合的油氣回收器設計具有以下特點:

1)冷凝技術與吸附技術相組合,吸取兩種技術優點,排放氣體濃度低于國家標準規定的限值。

2)吸附設備安全保護系統能有效防止活性炭吸附熱效應引起的活性炭失效,延長活性炭使用壽命。

3)冷凝單元出口低濃度余氣中的烴類組分濃度被大大降低,減少了吸附單元活性炭用量,并使吸附罐體積縮小、降低油氣回收器能耗。

5.2　應用效果

6　結論

采用冷凝和吸附技術組合的航空煤油油氣回收器進行油氣回收是航空煤油儲運節能環保的有效措施。冷凝油氣回收技術應用制冷技術,通過逐級降溫實現油氣的分離和回收,回收的液體為純質、液態航空煤油,可直接回用;吸附油氣回收技術對低濃度油氣中的烴類組分進一步吸附,二者的組合保證了航空煤油儲運過程中排放的氣體符合國家排放標準,具有良好的油氣治理效果和環境保護社會效應。