VOCs是揮發(fā)性有機(jī)化合物(volatile organic compounds)的英文縮寫，按照世界衛(wèi)生組織(WHO)定義，是指熔點(diǎn)低于室溫而沸點(diǎn)在50～260℃之間的揮發(fā)性有機(jī)化合物。石化行業(yè)VOCs排放源主要來自石油采集、煉制和石油成品油及液態(tài)化工品(含半成品、成品)的儲(chǔ)運(yùn)及使用過程，在VOCs排放中占有最高的比例。近年來，我國石油消耗量躍居世界前列。石油成品油及化工溶劑的廣泛運(yùn)用，VOCs的排放范圍不僅在石油化工企業(yè)，而且擴(kuò)展到制藥、噴涂、家具、橡膠、電子、皮革、印染等等行業(yè)。因其對(duì)污染大氣環(huán)境、傷害人身健康的貢獻(xiàn)，被列為必須加以控制和治理的對(duì)象。為了加強(qiáng)大氣環(huán)境保護(hù)、加快治理VOCs有機(jī)廢氣污染，環(huán)保部門和相關(guān)企業(yè)大力投資，建設(shè)了VOCs廢氣治理工程。但是，相當(dāng)一部分治理工程投入運(yùn)行的效果不理想，部分用戶的投資“打了水漂”，少數(shù)治理系統(tǒng)成為“爛尾工程”。出現(xiàn)這些狀況的原因有多方面，本文通過具體案例，分析VOCs治理工程的設(shè)計(jì)中，由于對(duì)VOCs廢氣現(xiàn)場(chǎng)工況的溫度、流量、壓力變化考慮不足的原因，導(dǎo)致VOCs治理工程設(shè)計(jì)有缺陷、系統(tǒng)建設(shè)不完善，竣工后運(yùn)行達(dá)不到設(shè)計(jì)的預(yù)期目標(biāo)，影響了治理工程的實(shí)施效果。

1、工況溫度的誤區(qū)

案例1：山東某煉油廠，儲(chǔ)運(yùn)車間發(fā)油現(xiàn)場(chǎng)安裝了處理規(guī)模為500m3/h冷凝法油氣回收處理裝置。VOCs廢氣治理工程存在問題的現(xiàn)象為：治理系統(tǒng)收集的裝車揮發(fā)的油氣送入回收處理裝置進(jìn)行降溫冷凝液化后，回收得到的液態(tài)汽油，存入容積為3m3的常壓常溫回收油儲(chǔ)罐。經(jīng)過油氣回收處理裝置回收油流出管路安裝的流量計(jì)計(jì)量，每天都有數(shù)千升的累計(jì)數(shù)據(jù)，但每天從回收油儲(chǔ)罐內(nèi)抽出的油的數(shù)量，卻只有流量計(jì)記錄數(shù)據(jù)的一半左右。近一半的回收油不知去向。

分析原因，VOCs揮發(fā)性有機(jī)化合物最大特點(diǎn)是常溫狀態(tài)下容易揮發(fā)，且相態(tài)時(shí)時(shí)刻刻都在發(fā)生變化，溫度降低或增加壓力從氣態(tài)相變?yōu)橐簯B(tài)、溫度上升或壓力減小從液態(tài)相變?yōu)闅鈶B(tài)。冷凝法是利用其隨溫度相變的性質(zhì)，將揮發(fā)油氣進(jìn)行降溫液化后回收再利用。但是，在治理工程的設(shè)計(jì)中， 由于對(duì)其相態(tài)變化考慮不周，降溫液化得到的回收物立即回到常溫狀態(tài)的回收油儲(chǔ)罐，結(jié)果是液化回收的油品立即發(fā)生汽化，再次從液態(tài)返回氣態(tài)，產(chǎn)生二次揮發(fā)，影響回收效果。同時(shí)還出現(xiàn)了二次污染。

關(guān)于冷凝回收的有機(jī)物回到常溫工況的二次揮發(fā)，VOCs的液態(tài)回收物是在低溫條件下的凝結(jié)物，其需要暫存容器儲(chǔ)存液態(tài)回收物，設(shè)計(jì)中通常將暫存容器設(shè)計(jì)為常溫常壓儲(chǔ)罐，并配設(shè)有保障安全的呼吸排氣管。常見問題是在低溫條件下相變回收得到的液態(tài)有機(jī)物，存入常溫儲(chǔ)罐后，由于溫度的回升，立即又相變?yōu)闅鈶B(tài)物，從呼吸排氣管排放到大氣環(huán)境，導(dǎo)致儲(chǔ)罐內(nèi)保存留的回收有機(jī)物卻所剩無幾。解決的措施是改進(jìn)設(shè)計(jì)，將回收油儲(chǔ)罐進(jìn)行保溫，使之維持低溫狀態(tài)，避免二次揮發(fā)。同時(shí)，將回收油儲(chǔ)罐的呼吸排氣管接入處理裝置入口，避免揮發(fā)氣流失到大氣環(huán)境。

2、工況流量的誤區(qū)

案例2：陜西某煉油廠。VOCs廢氣治理工程存在的問題現(xiàn)象：陜北地區(qū)某煉油廠儲(chǔ)運(yùn)車間汽油發(fā)油設(shè)施的配置為上裝鶴管6支，每支設(shè)計(jì)發(fā)油速度為60m3/h。油氣治理系統(tǒng)設(shè)計(jì)為每支鶴管的油氣收集氣相支管路連接到氣相主管路，主管路在連接到油氣回收處理裝置的廢氣入口管路。該工程投入運(yùn)行后出現(xiàn)問題是氣相管路動(dòng)態(tài)阻力過大，導(dǎo)致油氣收集設(shè)施不能密閉，油氣不能輸送到油氣回收處理裝置，因而見不到回收的油品。

在石油成品油裝車現(xiàn)場(chǎng)VOCs污染源主要是輕質(zhì)成品油油氣。VOCs治理系統(tǒng)設(shè)計(jì)通常由收集設(shè)施、傳輸設(shè)施、處理設(shè)施三大部分組成。多數(shù)治理系統(tǒng)受現(xiàn)場(chǎng)條件影響，收集設(shè)施設(shè)計(jì)安裝在VOCs揮發(fā)現(xiàn)場(chǎng)，如有VOCs揮發(fā)的車間、灌裝(裝車、裝船)場(chǎng)所。處理設(shè)施則安裝在遠(yuǎn)離揮發(fā)現(xiàn)場(chǎng)的地點(diǎn)。兩者之間距離有的長達(dá)幾百米、上千米。敷設(shè)方式是將現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)灌裝點(diǎn)收集的VOCs氣體的氣相支管路，與氣相主管路連接，再通過長距離的氣相主管路將VOCs氣體輸送到回收處理裝置，進(jìn)行液化回收處理。設(shè)計(jì)中常見問題有，事先對(duì)系統(tǒng)投產(chǎn)后風(fēng)量、壓力等工況條件動(dòng)態(tài)變化考量不足，只根據(jù)一個(gè)VOCs氣體流量數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和配置選型，但在系統(tǒng)投入運(yùn)行后，氣體流量的數(shù)據(jù)往往大于設(shè)計(jì)依據(jù)的參數(shù)，于是出現(xiàn)傳輸管路動(dòng)態(tài)阻力增大，密閉系統(tǒng)內(nèi)出先壓力反彈，影響到源頭對(duì)VOCs的密閉收集、治理系統(tǒng)對(duì)VOCs的順暢傳輸，導(dǎo)致治理系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)不正常，伴隨發(fā)生增加泄漏、轉(zhuǎn)移排放等問題。

本案例的油氣回收工程包含前端的“油氣收集設(shè)施”、中段的“油氣傳輸管路”(包括氣相主管路和支管路)、后端的“油氣回收處理裝置”?！秲?chǔ)油庫大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB20950規(guī)定儲(chǔ)油庫“油氣收集系統(tǒng)在收集油罐車罐內(nèi)的油氣時(shí)對(duì)罐內(nèi)不宜造成超過4.5kPa的壓力，在任何情況下都不應(yīng)超過6kPa。”在前期工程設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員取用的工況流量數(shù)據(jù)，是按照裝車氣體流量60m?/h的工況設(shè)計(jì)，并依據(jù)《油氣回收系統(tǒng)工程技術(shù)導(dǎo)則》(QSH0117-2007)規(guī)定的“每個(gè)汽油裝車鶴管所配置的油氣回收支管道直徑宜比鶴管直徑小一個(gè)規(guī)格等級(jí)”設(shè)計(jì)氣相管路規(guī)格。其油氣傳輸主管路設(shè)計(jì)規(guī)格DN200，直線長度120米長，加上7個(gè)彎頭當(dāng)量長度31米，合計(jì)151米;氣相支管路規(guī)格DN50，直線長度13米，加上7個(gè)彎頭當(dāng)量長度11米，合計(jì)24米。氣相管路總長度達(dá)175米。但是，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)油流速在105m3/h左右時(shí)，氣相管路動(dòng)態(tài)阻力高達(dá)14kpa，致使油罐車罐內(nèi)壓力超過10kpa，密閉鶴管發(fā)生彈跳起來，油氣不能傳輸?shù)竭_(dá)油氣回收處理裝置，VOCs治理系統(tǒng)不能正常運(yùn)行。后來經(jīng)過整改，將氣相主管路改為DN250、氣相支管路改為DN80規(guī)格，縮短支管路長度，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)阻力大大下降，按照設(shè)計(jì)工況發(fā)油時(shí)，管路系統(tǒng)壓降立即減少到1.4kpa，油氣回收處理裝置的回收效果也立竿見影。[1] 類似的問題在華南某油庫也遇到過，經(jīng)過技術(shù)改造之后VOCs治理系統(tǒng)才得以恢復(fù)正常運(yùn)行。[2]

3、工況壓力的誤區(qū)

案例3：江蘇某大型石化物流庫。VOCs廢氣治理工程存在的問題現(xiàn)象：該油庫地處長江入?？?，對(duì)儲(chǔ)罐呼吸排放的油氣建設(shè)了“頂空聯(lián)通置換油氣回收裝置”。工程建設(shè)竣工投運(yùn)后，儲(chǔ)罐進(jìn)料時(shí)排放頂空聯(lián)通置換油氣回收裝置的大量油氣卻不能按照“頂空聯(lián)通置換油氣”的氣相管路走向，輸送給油氣回收處理裝置，而在呼吸閥的呼吸排放口排放到大氣環(huán)境。

《重點(diǎn)區(qū)域大氣污染聯(lián)防聯(lián)控“十二五”規(guī)劃》要求大力削減石化行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物排放，“嚴(yán)格控制儲(chǔ)罐、運(yùn)輸環(huán)節(jié)的呼吸損耗”，首次提出原料、中間產(chǎn)品、成品儲(chǔ)存設(shè)施“應(yīng)安裝頂空聯(lián)通置換油氣回收裝置”。本案例為庫容量35萬m3的油庫，計(jì)劃安裝頂空聯(lián)通置換油氣回收裝置，先期試驗(yàn)，將兩個(gè)容量為4000m3內(nèi)浮頂苯儲(chǔ)罐改造為拱頂罐，然后從罐頂呼吸閥下端的三通接出氣相管路引至地面，管路匯合后連接至苯蒸氣回收處理裝置。投入運(yùn)行后立即發(fā)現(xiàn)，當(dāng)儲(chǔ)罐進(jìn)料(苯)時(shí)，罐頂呼吸閥閥盤頻頻開啟，大量苯蒸氣沒有走氣相管路輸送給苯蒸氣回收處理裝置，而從呼吸閥“呼出”，排放到大氣環(huán)境。經(jīng)過測(cè)壓檢查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)儲(chǔ)罐進(jìn)料時(shí)，呼吸閥的開啟壓力(隨機(jī)的儲(chǔ)罐空間氣體壓力)達(dá)到2.0Kpa，但罐頂全天候防爆阻火呼吸閥操作壓力只有+1500/-295Kpa、應(yīng)急保護(hù)的壓力排放吸入閥(緊急泄放裝置)操作壓力只有+1750/-350Kpa。開啟壓力受頂空聯(lián)通置換氣相管路的動(dòng)態(tài)阻力影響而增大，操作壓力小于開啟壓力，苯蒸氣從呼吸閥口排放到大氣環(huán)境，不能送入回收裝置。顯然，這是一個(gè)設(shè)計(jì)方面存在的問題范例。

“頂空置換”的最大差別是呼吸閥后端接入了油氣回收氣相管路，完全改變了呼吸閥的使用條件。然而，儲(chǔ)罐安全附件的國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，有技術(shù)滯后、更新周期長、體系不完善不配套(產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)多、應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)少)，甚至還有矛盾的客觀情況。雖然最新國際標(biāo)準(zhǔn)ISO28300更新了關(guān)于石油、化工、天然氣工業(yè)常壓儲(chǔ)罐呼吸量的計(jì)算方法，提供了計(jì)算模型。

關(guān)于超壓問題，《石油庫設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50074-2011修訂版對(duì)低壓儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)壓力規(guī)定為大于6.9kPa且小于0.1MPa(罐頂表壓)的儲(chǔ)罐。安裝了頂空聯(lián)通置換油氣回收系統(tǒng)的儲(chǔ)罐，在確?？刂芕OCs排放的范圍，適當(dāng)調(diào)整加大呼吸閥參數(shù)，應(yīng)該有一定超壓空間，但是，設(shè)計(jì)人員對(duì)儲(chǔ)罐工況壓力變化過程缺乏考量，沿用未加裝“頂空聯(lián)通置換油氣回收系統(tǒng)”的普通儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)思路，選擇呼吸閥操作壓力、啟動(dòng)壓力，造成設(shè)計(jì)帶病建設(shè)的結(jié)果。

客觀而言，隨著大量治理VOCs污染的項(xiàng)目投建，不少設(shè)計(jì)部門頭一次接手設(shè)計(jì)任務(wù)，面對(duì)環(huán)保要求(包括政府管理部門和國家標(biāo)準(zhǔn)的要求)、用戶要求、現(xiàn)場(chǎng)新工況的要求，設(shè)計(jì)人員找不到新的標(biāo)準(zhǔn)作為設(shè)計(jì)依據(jù)，無所適從，仍然采用舊有的開啟壓力和操作壓力的數(shù)據(jù)。本案例在選用呼吸閥時(shí)，就不能適應(yīng)系統(tǒng)排放出現(xiàn)的超壓情況。超壓大，不但儲(chǔ)罐呼出氣體不能進(jìn)入回收裝置系統(tǒng)，而且增加了VOCs的發(fā)散量，并從呼吸閥排放到大氣環(huán)境。

綜上所述，在治理VOCs污染的項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，要重視和研究工況溫度、流量、壓力等參數(shù)變化產(chǎn)生的影響，技術(shù)方面重視工況溫度、工況流量、工況壓力等動(dòng)態(tài)變化對(duì)治理工程系統(tǒng)的影響，思想方面端正對(duì)設(shè)計(jì)目的的認(rèn)識(shí)，克服設(shè)計(jì)工作中存在的問題，按照國家安全和環(huán)保法規(guī)要求，完善治理易揮發(fā)有機(jī)化合物VOCs的項(xiàng)目設(shè)計(jì)，達(dá)到控制VOCs揮發(fā)污染的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]《診斷油氣回收系統(tǒng)問題的一次實(shí)踐》《化工安全與環(huán)境》，2010年第41期

[2]《油氣回收管路的密閉和暢通》《石油庫與加油站》，2007年第2期