罐區油氣回收系統的安全防護設施研究

王 娟

(中海油石化工程有限公司，山東 青島 266101)

罐區油品在儲運過程中產生的VOCs，直接排放到大氣中能造成環境污染。目前，全國石化行業為貫徹落實《大氣污染防治行動計劃》，均在開展VOCs整治工作。處理VOCs的方法較多，其中焚燒法處理罐區VOCs相對于其他方法而言，投資較少，但是存在著多種油氣同時處理的互串問題、氧含量超標的問題、烴含量超標的問題[1]。存在的風險因素在異常情況下，能夠引發罐區發生火災、爆炸事故。國家安監總局下發了《關于進一步加強化學品罐區安全管理的通知》，要求“立即暫停使用多個化學品儲罐尾氣聯通回收系統，經安全論證合格后方可投用”。因此，我們在對罐區增設的尾氣回收系統時，要進一步加強其安全防護措施。

本文結合某石化企業罐區的油氣回收設施，開展油氣回收設施的安全防護設施研究。根據某企業油氣回收工藝方案，對其風險因素進行分析，提出針對性強的防護措施。為同類型的油氣回收設施的安全防護設施設計提供借鑒和參考。

1 風險分析

1.1 油氣回收工藝

圖1 油氣回收工藝流程示意圖

油氣回收設施采用一種焚燒工藝，處理航煤罐區、MTBE罐區、芳烴罐區及中間原料罐區4個罐區的VOCs。工藝流程為罐區VOCs經儲罐油氣支管收集后進油氣分液罐再經變頻羅茨風機加壓后進入油氣管網總線，油氣管網總線輸送至裝置鼓風機入口，由鼓風機輸送至加熱爐內焚燒處理[2]。

1.2 風險因素分析

1.2.1 油氣互串

航煤罐區儲存物料為甲苯、苯、不合格苯，MTBE罐區儲存物料為MTBE，芳烴罐區儲存物料為C6～C8、C6～C7、HC重餾石腦油、精制石腦油、直餾石腦油、乙苯，中間原料罐區儲存物料為加氫重石腦油、化工輕油、C9重芳烴及混合二甲苯。

各儲罐的罐頂呼吸氣進入各油氣回收支管，最終匯集到一根油氣總管后送至裝置鼓風機入口。涉及的油氣種類較多，油氣性質差別較大，一旦發生油氣互串，不僅影響產品質量，而且可能引發火災、爆炸等安全事故[3]。

1.2.2 氧烴含量超標

油氣回收設施涉及的物料為易燃易爆的物質，其中石腦油、乙苯、混合二甲苯、MTBE、甲苯、苯屬于危險化學品。裝置設備設施設計為密閉系統，但儲罐罐頂均安裝呼吸閥。儲罐均設置了氮氣密封，氮氣管線接至罐頂，采用自力式壓控調節閥根據罐頂氣的壓力進行氮氣補氣。當儲罐補氮控制回路故障或氮氣系統故障時，儲罐進行收、發油，儲罐壓力降低，呼吸閥吸氣，引起氧氣進入儲罐；當夏季溫度驟降時，空氣可能通過呼吸閥進入儲罐。各儲罐VOCs經油氣支管匯集后，可能引起分液罐內氧含量超標；各罐區VOCs匯集到油氣回收總管，可能引起加熱爐鼓風機入口氧含量超標。當油氣與空氣混合，混合氣體氧含量達到8%時，進入爆炸范圍；當氧含量達到8%～11%，遇明火立刻爆炸。可能因靜電、雷電導致火災爆炸，同時可能引燃油氣管線相連的儲罐。

總烴含量超標引起的風險。罐區涉及多種物料，當多種油品同時進料時，可能導致進入加熱爐鼓風機入口總烴含量超標。儲罐內浮盤浮于液面上，能減少油品蒸發，當內浮盤密封失效時，可能導致進入加熱爐鼓風機入口總烴含量超標。當油品進罐溫度高或油品帶輕組分含量高時，也可能導致進入加熱爐鼓風機入口總烴含量超標。總烴含量超標，可能導致鼓風機入口氣體達到爆炸極限，引發危險。

1.2.3 裝置加熱爐鼓風機故障安全隱患

所有罐區油氣匯集到油氣管網總線后送至裝置鼓風機入口，由鼓風機輸送至加熱爐內焚燒處理。一旦裝置加熱爐或鼓風機故障，鼓風機入口可燃氣體聚集，可能達到爆炸極限，遇點火源發生火災爆炸。

2 防護設計

2.1 油氣互串防護設計

儲存相同介質的儲罐氣相經油氣回收支管收集后進入同一油氣匯管，不同介質油氣匯管匯集后計入油氣分液罐。罐頂油氣連通管道系統保證從儲罐至相同儲罐油氣收集總管、再至罐區邊界的壓力逐步降低，防止不同介質之間VOCs互串造成物料污染。具體控制方案包括：

(1)罐區部分，儲罐壓力升高至0.9kPa時，打開儲罐油氣支管氣動切斷閥，儲罐向油氣匯管排氣壓力開始降低，當儲罐壓力降低至0.6kPa時關閉儲罐油氣支管氣動切斷閥，儲罐進行穩壓。

(2)罐區邊界變頻羅茨風機機組部分，入口分液緩沖罐上設有壓力檢測儀表，當壓力高于0.4kPa時，打開風機出口控制閥，關閉循環管線閥門，提高風機頻率向裝置送氣。壓力低于0.1kPa時，打開循環管線閥門，關閉風機出口控制閥，降低風機頻率。

表1 油氣回收設施壓降一覽表

2.2 氧烴含量超標防護設計

(1)在分液緩沖罐和管網上設置氧含量分析儀用于監測緩沖罐和管網油氣管線內氧含量。當分液緩沖罐氧含量分析儀檢測氧含量超過2%時[4]，聯鎖關斷罐區內各儲罐油氣管線氣動切斷閥，保證各儲罐不能連通，并關閉風機及出口氣動閥。當管網上氧含量分析儀檢測氧含量超過2%時，聯鎖切斷裝置鼓風機入口油氣管線氣動閥，并打開氮氣反吹置換閥組以及管網高空緊急放空閥組。

(2)在管網上設置總烴含量分析儀用于監測管網油氣管線內總烴含量，其中總烴含量分析儀設置2套，1套用于聯鎖，1套用于報警。當管網上總烴含量分析檢測油氣總烴含量超過4.5%時，聯鎖切斷裝置鼓風機入口油氣管線氣動閥，并打開氮氣反吹置換閥組以及管網高空緊急放空閥。

(3)罐區部分，每座儲罐油氣回收支管設置截斷閥、阻爆轟型阻火器、氣動切斷閥，罐區油氣匯管設置氣動切斷閥組。氣動切斷閥根據罐頂油氣壓力進行打開關閉，且具有緊急關斷功能。裝置鼓風機入口油氣管線設置阻火器、氣動切斷閥組及氮氣反吹置換閥組，氣動閥具有緊急切斷功能。

(4)設置一鍵緊急切斷控制。罐區現場及控制室設有一鍵緊急關斷按鈕，在緊急情況下可以一鍵關斷罐區儲罐油氣管線的氣動切斷閥，關閉風機機組。罐區控制室及裝置控制室設有管網一鍵緊急關斷按鈕，在緊急情況下可以一鍵關斷裝置鼓風機入口油氣管線氣動閥，并打開氮氣反吹置換閥組以及管網高空緊急放空閥組。

2.3 加熱爐鼓風機故障防護設計

當裝置加熱爐或鼓風機故障時，聯鎖關閉裝置鼓風機入口處控制閥，打開管網緊急放空線控制閥，并打開氮氣反吹閥。

3 結論

(1)采用壓力控制產生階梯壓降能夠有效避免多種油氣互串。(2)罐區設置聯鎖關斷罐區內各儲罐油氣管線氣動切斷閥，并關閉罐區風機及出口氣動閥的安全防護措施能夠有效避免罐區氧含量超標。

(3)管網設置連鎖切斷，氮氣反吹，緊急放空的安全防護措施能夠有效解決管網氧烴含量超標及鼓風機故障。