汽油內浮顶储罐VOC减排技术探讨

汽油內浮顶储罐VOC减排技术探讨

张俊

中国石化销售股份有限公司华中分公司   湖北武汉 430015

摘要：目前国内汽油内浮顶储罐采用的主要油气排放限制、控制技术是对浮盘进行液体镶嵌式、机械式鞋型、双封式等高效密封方式，该方式满足现行国家对储罐VOC排放的限制和控制要求，但是在使用中还是存在由于一二次密封失效、粘壁油品挥发、导向柱工艺开孔油气挥发等原因形成的油气挥发排入大气，随着国家对大气排放要求的日益严格，同时该部分VOC的排放确实可能会带来一系列安全、环境和健康危害，汽油內浮顶储罐VOC进一步的减排技术相继出现，其中不乏储罐VOC零排放技术的宣传，但是目前国内还没有真正的高效减排技术，零排放更多的是停留在纸面，本文主要针对这一系列减排技术，筛选认为具备一定可行性的技术进行探讨。

关键词：汽油內浮顶储罐；油气排放；零排放；

1.概述

储罐VOC排放一直是国家打好污染防治攻坚战的重点关注项，排放要求日益严格。2018 年生态环境部下发了《关于加强重点排污单位自动监控建设工作的通知》，通知要求，纳入条件的重点排污单位主要废气的有组织排放口实施自动监控，自 2019 年开始，VOCs 重点排放源也纳入监控范围，储油库作为油气排放重点监管单位后续纳入监控范围亦是趋势。2019年6月26日，生态环境补下发了《重点行业挥发性有机物综合治理方案》的通知，要求对油品储运销VOCs综合治理，加大汽油（含乙醇汽油）、石脑油、煤油（含航空煤油）以及原油等VOCs排放控制。2021年8月4日又正式印发《关于加快解决当前挥发性有机物治理突出问题的通知》（环大气〔2021〕65号），该通知要求，对于储存汽油、航空煤油、石脑油等内浮顶罐罐顶气未收集治理的，宜配备新型高效浮盘与配件，选用“全接液高效浮盘+二次密封”结构；

企业对环保的要求越来越高。2020年9月中石化发布集团公司总经理1号令《臭氧污染防治专项行动方案》，其中对销售板块重点区域 VOCs 排放浓度控制指标要≤20g/m3，严于GB 20950-2020《储油库大气污染物排放标准》规定的25g/m3。2021年9月又印发《内浮顶储罐VOCs治理环保技术要求（试行）》的通知，明确要求当储罐布置于厂界附近时，如果储罐排放的非甲烷总烃等污染物对厂界浓度贡献值较大，且引起厂界浓度超标时，需要对储罐罐顶气治理采取更严格的处理措施，以确保厂界达标。

从国家和企业对储罐罐顶气处理的要求，可以看出更严格、更高效的VOC控制技术是时代所需。通过对VOC减排技术的调研、交流、讨论，目前主要有两种较为可行的技术，一种是导向柱、量油管加装伸缩囊套技术，另一种是二次密封+膜密封减排技术。本文主要针对这两种技术，从安全、运行效果、可行性、操作维护等方面进行探讨。

2.导向柱、量油管加装伸缩囊套技术

2.1 技术介绍

该技术主要针对导向柱、量油管上的VOC排放进行限制和控制。对于浮顶储罐，导向柱和量油管上有数量不等的工艺开口，在浮盘由高液位移动至低液位的过程后，导向柱上的粘壁油品会挥发出油气，其次因温度、压力变化，储罐内油品会气化并从导向柱和量油管上的开孔中逸出。在导向柱、量油孔上加装伸缩囊套，将油气控制在囊套密闭空间内，通过这种方式减少油气的挥发。具体形式和应用见下图:

2.2 VOC减排效果

通过对导向柱、量油管加装伸缩囊套，油气被封控在囊套与立柱之间的空间内，如果施工质量保证严密合缝，理论上可以将导向柱的油气排放降低到最低，特别昼夜温差比较大的地方或者季节，能够有效减少VOC的排放，但是该技术仅针对导向柱、量油管，并不能减少或者降低储罐内壁、二次密封区域等其他区域的VOC排放。

2.3 安全性分析

1）防静电的设计。由于该伸缩囊套一般采用聚乙烯或者TPU材料制作，必须采用折叠式的设计，浮盘在上下移动过程中都会对囊套进行折叠和释放，上部与导向柱顶端接触、又与油品直接接触，实际上是形成了一个油气的密闭空间，需要注意防静电的设计，以及材料的选择，避免出现安全事故。

2）材料的安全性。该减排技术的一个核心是囊套的材料，该材料需要长时间使用（油罐大检修周期大约是5-6年）、与油气直接接触、需要保持密封状态，因此需要注意囊套在拉伸强度、撕裂强度、顶破强度、剥离强度、阻燃性、抗紫外线、与油品的互溶性等技术参数的认证情况，保证材料的安全性。

3）囊套损坏的可探测性以及监测的可行性。伸缩囊套如出现损坏，VOC就会通过损坏点泄露，减排效果将大打折扣。需要有方法能够实时监测到泄露，并且该方法必需切实可实施。

2.4 运行维护影响分析

对大罐计量的影响。內浮顶罐导向柱一般用作储罐计量系统的液位检测，由于导向柱被囊套密封，可能会因温度造成密封空间内气相空间压力升高，进而影响到导向柱内的油品液位与储罐实际液位存在位差，造成储罐液位计量不准。理论上可以通过压力、密度等参数进行液位修正，受环境、油品物性影响，修正后的液位值精度可能仍然存在一定的误差。

3.二次密封+膜密封减排技术

3.1 技术介绍

储液罐内设置有防止油品挥发的软体组件，软体组件的一端通过壳体密封组件与浮

盘相连接，软体组件的另一端通过壳体密封组件与钢罐壳体的内壁相连接，浮盘和软体

组件与钢罐壳体之间形成密闭的储油空间。无组织 VOCs 通过软体密封组件收集到密闭空间，密封组件顶部装有泄压阀。储罐运行一定时间后，当密封组件内 VOCs 气体压力高于设定值时，泄压阀和防爆风机打开，油气进入缓冲罐后再进入现有油气回收装置进行后处理。由于软体密封组件具有较强的可变形性，因温度降低引起的体积减少只会造成软体组件的密封空间减少，因此不需要设置呼吸阀，仅设置泄压阀即可。

该技术的核心是将导向柱、浮盘二次密封区域、罐内壁等产生挥发性油气的区域通过密封组件全部纳入到密封空间，再对空间进行压力控制，从而减少VOC的产生，从源头降低VOC的产生量。

该技术的密封主要由上密封组合件、膜密封套件、下密封组合件构成，上密封组合件位于浮顶罐上部，与最上面一圈板紧密贴合；膜密封套件为可伸缩的膜，一般采用高分子纤维材料，需要具有良好的耐油、耐水、耐锈蚀、耐候静电、耐压性、气密性、自重性、强度高、耐穿刺、以及较广的温度适应性；下密封与浮盘连接，同时将罐壁和导向柱纳入到密封空间。组件的布置示意图如下：

3.2 VOC减排效果

采用二次密封+膜密封技术后，除了浮盘上安全阀产生的少部分VOC无法密封外，几乎将內浮顶储罐在运行期间能够产生VOC的区域全部覆盖，在运行期间，密封空间的安全阀需要往外排出一定量的油气，配合后端的油气回收装置，能够极大程度的降低储罐的VOC产生量。

3.3 安全性分析

1）材料的安全性。同囊式伸缩套技术一样，在生产运行期间，整个膜密封会进行非常多次的卷合、展开，需要膜材料具有良好的性能，因此该技术的核心之一是膜材料，而且该技术对膜的使用量是很大的，膜与膜之间连接施工质量会直接影响后期的使用效果，因此需要膜具有良好的耐油、耐水、耐锈蚀、耐候静电、耐压性、气密性、自重性、强度高、耐穿刺、以及较广的温度适应性，这些性能都需要得到验证和保证。

2）高质量的密封性能保证。该技术实际上是通过膜与浮盘以及内壁形成了一个比较大的环形气相空间，上密封需要保证膜与罐内壁、膜与导向柱严格密封，下密封需要保证膜与浮盘严格密封，密封面都是一个同储罐尺寸的环形，需要密封面能够承受内压、储罐罐壁变形、浮盘上下浮动等多种运行条件不会泄露，一旦泄露VOC效果将会严重打折，而且可能会产生安全隐患。

3）对泡沫发生器的影响。由于膜密封的使用，导致储罐罐顶的泡沫发生器无法置于膜外侧，只能设置在密封空间内部，但是一旦设置于内部就无法保证泡沫能够顺着内部留下而不被遮挡，而且也无法保证泡沫能够顺利覆盖整个浮盘与罐壁的密封空间，最终导致泡沫发生器无法达到预期效果，这一影响将是致命的。

4）膜组件被破坏的可探测性。膜组件一旦破坏，整个减排措施将会100%失效，而且可能产生安全隐患，因此需要有措施能够保证膜组件一旦密封不严或者被破坏能够被检测到。

3.4 运行维护性

1）对储罐计量系统的影响。同同囊式伸缩套技术一样，导向柱会被膜组件覆盖，密封空间内的压力会造成导向柱内的液位与储罐实际液位不一致，进而造成储罐计量系统的不准确。

2）气相空间安全阀的设置和选用。由于储罐密闭空间的安全阀设置压力应保证在浮盘安全阀设置的范围内，因此该安全阀的设置压力会很小，通常在100pa到200pa之间，设定值较小，而且可能会启动频繁，需要安全阀具备较高的可靠性。

3）对检修的影响。由于膜组件将储罐内壁上部与浮盘连接，这导致储罐的高位人孔打开之后无法正常进入到内浮盘，膜组件在设置的时候需要考虑储罐的可操作性。其次，由于膜组件是按批进行熔接，膜组件一旦损坏，需要对储罐进行大检修，而且储罐内不太具备熔接施工的可能，特别是高处的熔接。因此也需要膜组件和密封面的可靠性得到保证，至少保证连续使用周期与储罐大检修周期保持一致。

4.建议

导向柱、量油管加装伸缩囊套技术在某些地方已经得到应用，使用经验相对较丰富，建议关注加装伸缩囊套之后对储罐计量系统的影响分析。

通过调研，二次密封+膜密封技术还未见国内应用实例，国外有相关使用介绍，应用实例也较少。建议该技术从以下几个方面加大研发力度：

1）导向柱密封后对大罐计量系统可能造成影响，建议将此项影响列入主要分析论证对象。

2）建议有条件的企业实施先导试验分析该技术对泡沫发生器工作的影响。

3）储罐一旦发生火灾，阻燃性膜组件对储罐安全是否必须，建议进行膜组件是否采用阻燃性材料的探讨，进行相关试验论证。

4）检维修的便利性、经济性、可实施性、安全性等是该技术需要重点考虑的问题，建议有相关能力的设计院采取科研立项的方式进行深入细致的研究。

5）目前国内存在很大数量的已建汽油內浮顶储罐，一旦该技术获得突破可以纳入实用，如何在对已建储罐改动最小的情况下，对储罐进行二次密封+膜密封技术改造将是企业更关注的问题。建议提前开展相关研究，加快储罐VOC减排的进度。

5.结束语

通过对储罐VOC减排技术的分析探讨，笔者认为二次密封+膜密封技术在VOC减排上面的效果更好，并且该技术具备应用到已建浮顶罐的可行性，一旦实施将极大程度的降低储罐VOC的排放，对企业碳排放总量控制指标起到优化作用，对地方环境保护贡献很大，意义深远；同时该技术在安全、运行维护上还存在较多的问题，有待进一步研究解决。

参考文献：

1.董振龙. 储罐VOCs排放分析及减排策略.  《环境影响评价》2018.11

2.王道远. 储罐VOCs改造治理方法与方案. 《辽宁化工》2020.05

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