海港已建碼頭新增油氣回收設施方案研究

張素杰，張鵬，王馮帥，鄭曉升，鄭玉潔

（1.青島實華原油碼頭有限公司，山東 青島 266400；2.青島港油港國際有限公司，山東 青島 266400；3.山東科技大學，山東 青島 266590）

1 項目背景

隨著社會的發(fā)展，人民生活水平的提高，人們對生活環(huán)境的要求也日益提高。引起環(huán)境變化、生態(tài)破壞的重要的一個原因，就是工業(yè)快速發(fā)展所帶來的各種粉塵、污染物的超標排放。后工業(yè)時代，人們意識到了生態(tài)環(huán)境遭到嚴重破壞，在發(fā)展過程中必須保護大自然，實現(xiàn)“金山銀山還是綠水青山”的轉化。

2013年9月印發(fā)的《大氣污染防治行動計劃》要求：在油品及液化品碼頭積極開展油氣回收治理。2016年1月新修訂實施的《中華人民共和國大氣污染防治法》，提出：儲油儲氣庫、原油成品油碼頭等，應當按照國家有關規(guī)定安裝油氣回收裝置并保持正常使用?！督煌ㄟ\輸部關于印發(fā)船舶與港口污染防治專項行動實施方案（2015-2020年）的通知》要求：積極開展港口作業(yè)污染專項治理，推進原油成品油碼頭油氣回收治理。《山東省深入打好藍天保衛(wèi)戰(zhàn)行動計劃（2021—2025年）》，要求：2022年年底前，萬噸級以上原油、成品油碼頭全部完成油氣回收治理。

此外，國家陸續(xù)頒布實施了《碼頭油氣回收設施建設技術規(guī)范》（JTS196-12-2017）、《碼頭油氣回收船岸安全裝置標準》（JT/T 1333-2020）、《船舶油氣回收安全技術要求》（JT/T 1346-2020）、《儲油庫大氣污染物排放標準》（GB20950-2020）、《油品運輸大氣污染物排放標準》（GB20951-2020）等標準規(guī)范。

因此本項目對已建油碼頭4 個泊位新增油氣回收系統(tǒng)開展設計和方案研究工作。

2 項目的必要性

國家對VOCs 治理工作高度重視，生態(tài)環(huán)境部明確指出，“十四五”期間，我國將深入打好污染防治攻堅戰(zhàn)，在繼續(xù)強化PM2.5 污染防治的同時，加快補齊O3污染治理短板，堅定不移地推進NOx 和VOCs 協(xié)同減排，深入開展VOCs 綜合治理和源頭替代，推動PM2.5 與O3濃度共同下降，實現(xiàn)協(xié)同控制。

本項目所涉及碼頭年裝船量約1000 萬噸，年均產(chǎn)生VOCs 氣體約1330 萬m3。增設碼頭油氣回收裝置后可減少VOCs 排放量約1263 萬m3，如按油氣平均濃度150g/m3折算，約減少非甲烷總烴排量約為1895t，為環(huán)境保護將做出積極貢獻。因此，項目的建設既符合國家環(huán)保部、交通運輸部、山東省對環(huán)境保護的要求，又滿足了打造綠色低碳港口的要求，是企業(yè)履行環(huán)保治理責任的體現(xiàn)。

3 工程現(xiàn)狀及方案

3.1 平面布局

本工程主要設計內容為海港某港區(qū)已建的一油碼頭（含2 個泊位）和液體化工碼頭（含2 個泊位）4 個泊位增設2 套油氣回收系統(tǒng)，每兩個泊位共用一套系統(tǒng)。主要設備為船岸安全裝置、1#和2#油氣回收裝置，為原油、成品油等裝船時產(chǎn)生的油氣進行回收處理。

圖1 本工程油氣回收裝置位置

油氣回收設施區(qū)由油氣回收裝置、集水池、擋水坎組成。其周圍設置圍欄、圍網(wǎng)，靠近道路一側設施防撞護欄以及反光標識。

一油碼頭的1#油氣回收設施布置于碼頭引橋根部，氮氣加壓站西側騰退出的空地。油氣回收設施占地面積約50m2，其周圍設置圍欄、圍網(wǎng)。油氣回收裝置西側距離氮氣加壓站32m，東側距離浮船碼頭37m，北側距離海側護岸13.1m，南側距離路側圍墻10m、距離儲罐31.1m。油氣回收設施南側臨近既有消防道路，寬度約10m，凈空大于5m，道路轉彎半徑大于6m。[1][3][4][5]

圖2 1#油氣回收裝置平面示意圖

液體化工碼頭的2#油氣回收設施布置于碼頭后方罐區(qū)南側輔建區(qū)內，將已建的桶裝倉庫等設施拆除后騰退出的空地安裝油氣回收裝置。油氣回收設施占地面積約322m2，其周圍設置圍欄、圍網(wǎng)。油氣回收裝置西側距離敞開式罐車泵11.9m、距離裝車平臺33.9m，南側距離門衛(wèi)室21.5m、距離地磅房12.8m。油氣回收設施臨近既有消防道路，寬度約7m，凈空大于5m，道路彎曲半徑大于6m。[1][3][4][5]

圖3 2#油氣回收裝置平面示意圖

3.2 裝船貨種物性參數(shù)

一油碼頭考慮回收的貨種為汽柴油和航煤；液體化工泊位泊位考慮回收的貨種為原油、汽柴油和航煤。需回收貨種物性參數(shù)詳見表1：

表1 物性參數(shù)表

3.3 油氣回收系統(tǒng)

裝船過程中產(chǎn)生的揮發(fā)性有機物VOCs，經(jīng)碼頭輸氣臂或軟管、船岸安全裝置后，進入碼頭平臺上設置的油氣收集管道，經(jīng)油氣輸送裝置進入油氣回收裝置進行處理。油氣經(jīng)過（脫硫）+冷凝+吸附后的達標氣體進行排放。

油氣回收工藝流程如下：

船舶油氣→輸氣臂/軟管→船岸安全裝置→油氣回收裝置（含油氣輸送裝置）→達標氣體排放。

由于一油碼頭為已有老舊碼頭，現(xiàn)場無裝卸臂預留基礎，經(jīng)研究擬利舊兩臺不再使用的輸油臂，經(jīng)過管道改造后作為輸氣臂使用。

液體化工泊位輸油臂全部在役，且碼頭平臺無法在增加輸油臂基礎，由于泊位噸級較大，也無法使用軟管，經(jīng)過研究考慮和原油裝卸臂共用，這樣需對輸油臂鏈接的工藝管道進行改造，改造方案為：將與SYB-03 連接的碼頭平臺工藝支管道進行改造，留旁通管與油氣回收氣相管道相連接，旁通管道做成立管后設電動閥門，在閥門前設吹掃口，每次作業(yè)完成后氣相支管和液相支管都關閉第一道閥門，并將裝卸臂和第一道閥之間的管道排空，氣相支管和液相支管上的兩道電動閥門不可同時開啟。

3.4 油氣回收處理方案

油氣回收裝置采用的工藝通常有：吸附法、吸收法、冷凝法、膜分離法；由于單獨使用其中一種回收工藝很難達到現(xiàn)行國家標準，所以通常聯(lián)合使用。

該項目執(zhí)行《儲油庫大氣污染物排放標準》（GB 20950-2020），非甲烷總烴濃度：≤25g/m3，油氣處理效率：≥95%。經(jīng)過對比分析采用“冷凝+吸收”方法，由于回收貨種有原油含硫，因此增加了脫硫模塊。[2]

3.4.1 油氣回收裝置

“冷凝+吸附”法油氣回收工藝是結合制冷技術和吸附技術的優(yōu)勢，先在冷凝單元中將油氣逐級從常溫冷卻至-65～-75℃左右，使混合氣體中的大部分油氣直接液化回收，油氣中的 NMHC 濃度可降至80g/m3左右，效率95%以上。在吸附單元中，剩余非常少量的油氣通過特定吸附工藝和空氣進行吸附分離。整機系統(tǒng)通過以上過程不斷循環(huán)，從而達到油氣連續(xù)冷卻分凝回收，同時確保終端被處理油氣達到標準后安全排放。

油氣通過油氣主管道，經(jīng)由防爆引風機送入油氣回收裝置的冷凝單元，引風機和裝在油氣主管上的壓力傳感器連鎖，根據(jù)輸送氣量的大小自動變頻運行。當管道壓力達到設定值時，低頻啟動引風機，如果壓力不斷上升，則不斷提高頻率，當輸送量減小時，管道壓力下降，引風機頻率也相應降低直至停止。

油氣進入回熱氣-氣換熱器，與冷凝處理后的低溫氣體進行回熱交換，利用余冷實現(xiàn)初降溫，接著進入冷凝單元進行多級梯度冷凝，分離出絕大部分物料后的低溫貧油氣體再次回到換熱器、回熱氣-氣換熱器進行余冷回收，溫度升到接近常溫時，進入到吸附系統(tǒng)，吸附系統(tǒng)由兩吸附罐交替進行吸附—脫附—吹掃過程，在常壓下1 罐吸附廢氣中的剩余物料組分，當吸附飽和后，系統(tǒng)自行切換到2 罐進行吸附處理，同時1 罐進行真空脫附，使吸附劑獲得再生，脫附出的高濃度氣體回到冷凝單元入口進行下一個循環(huán)處理，經(jīng)過吸附系統(tǒng)分離出來的達標尾氣經(jīng)過阻火器安全排空。

液體化工泊位含原油廢氣回收，其廢氣中含硫，需考慮設置脫硫模塊，廢氣進入脫硫模塊，脫硫模塊的設置是為了脫掉廢氣中的硫化物，以免對后級模塊產(chǎn)生不良影響。該模塊由雙罐組成，但工作時只是單罐吸附，當一個罐內脫硫劑吸附飽和后，另一個罐開始進行吸附。

3.4.2 船岸安全模塊

為保護船舶、碼頭和油氣回收裝置的安全，在碼頭平臺裝卸區(qū)需設置船岸安全裝置，船岸安全裝置應滿足《碼頭油氣回收船岸安全裝置》（JT/T 1333-2020）中相關規(guī)定。船岸安全裝置應在進氣端、出氣端之間的管道上按照順序和操作要求安裝。船岸安全裝置由賣方成套提供，采用撬裝布置。

船岸安全裝置的油氣濃度、含氧量、壓力、溫度、流量等監(jiān)測信號，以及緊急切斷閥等工作狀態(tài)信號，應與油氣輸送裝置的引風設備、油氣回收裝置的控制系統(tǒng)合并設計、安裝，由油氣回收裝置單元總控制系統(tǒng)集中控制、聯(lián)鎖。

船岸安全裝置的自動控制系統(tǒng)、檢測報警系統(tǒng)應能自控和遙控，對油氣回收系統(tǒng)開啟和關閉、船舶壓力和含氧量異常、油氣回收系統(tǒng)故障、人員誤操作、靜電等設置應急控制動作。

3.5 水工建筑物

本次改造主要在泊位原有的碼頭結構上，分別新增船岸安全裝置基礎墩臺。一油碼頭：單個船岸安全裝置基礎墩臺長3m，寬1.8m，高0.3m，并通過三根現(xiàn)澆鋼筋混凝土立柱，后植鋼筋入下方沉箱墩臺形成整體，其中混凝土立柱高0.8m，半徑0.5m。

液體化工泊位：單個船岸安全裝置基礎墩臺長6m，寬1.8m，高0.3m，通過后植鋼筋與碼頭結構形成整體。

4 結語

（1）從平面布置上，兼顧已建設施，滿足現(xiàn)行規(guī)范要求的前提下，兩套油氣回收設施能夠合理布局。

（2）對于該改造項目所選用的“冷凝+吸附”工藝的油氣回收裝置可滿足現(xiàn)行相關規(guī)范對非甲烷總烴排放限值的要求。