从案例看油气工程设计的误区

FOCUSEDPHOTONICSINC从案例看油气回收工程设计的误区聚光科技（杭州）股份有限公司清本环保工程（杭州）有限公司工程技术部张丽[e-mail]目录2目前油气回收系统在用状态评估油气收集传输系统的设计误区储罐顶空联通控制系统的设计误区回收物储存设施的设计误区41235油气回收处理能力的设计误区目前油气回收系统在用状态评估近年来，我国石油消耗量跃居世界前列。石油成品油及化工溶剂的广泛运用，在石油炼制、成品油储运、装卸、销售等环节，大量油气挥发排放，污染环境、损害人身健康、大量资源流失。为了加强大气环境保护、加快治理油气污染，国务院颁布了“大气十条”，各地环保部门和相关企业也准备加大投资，建设油气回收工程。目前油气回收系统在用状态评估：☆运行良好并得到环保部门及用户满意的不多☆大部分油气回收工程投入运行的效果不理想☆小部分用户的油气回收项目投资“打了水漂”☆极少数油气回收系统实际已经成为“烂尾工程”2016.03.10案例一:油气收集传输系统的设计误区1前端：上装收集油气的鹤管后端：油气回收处理装置陕西某炼油厂储运车间油气回收系统中段：传输油气的气相主管路2016.03.10案例一:油气收集传输系统的设计误区2工程概况：陕西某炼油厂油气回收工程概况：该厂储运车间汽油发油设施为上装鹤管6支，每支设计发油速度为60m³/h。油气治理系统设计为每支鹤管的油气收集气相支管路连接到气相主管路，主管路在连接到油气回收处理装置的废气入口管路。该厂油气回收处理装置安装竣工后，于2009年6月24日通过验收，投入运行一段时间后，发现达不到预期效果。设计依据：分析：该油气回收工程的气相管路按照Q/SH0117设计。该导则没有强调对支管路长度、弯头影响、架设的结构、动态阻力等因素，实际运用中发现动态阻力太大，一是影响密闭收集油气，二是影响油气传输。油气回收处理装置得不到油气，见不到回收物。2016.03.10案例一:油气收集传输系统的设计误区3鹤管气相支管设计管径和布置出现的问题按照Q/SH0117设计。鹤管直径为DN80，气相管路DN50，有13m长，7个弯头。而实际运行中，在发油流量100m³/h时，压降高达14.6kpa。发生密闭鹤管弹跳，不能密闭收集油气。2016.03.10案例一:油气收集传输系统的设计误区4优化方案：气相管路加大为DN80，弯头减少为4个，长度缩短为9m.同样的发油流量，动态阻力回落为1.46kpa，解决了油气输送动态阻力大，以及因为阻力大而影响密闭的问题。2016.03.10鹤管密闭罩气相支管路气相主管路案例一:油气收集传输系统的设计误区5案例一:油气收集传输系统的设计误区6改造：加大管径、缩短长度、减少弯头2016.03.10案例一:油气收集传输系统的设计误区7原来气相管路小加大气相管路改造前后对比鹤管气相管路管径加大、弯头减少2016.03.10案例一:油气收集传输系统的设计误区8原设计按照Q/SH0117标准选用DN200改造后气相主管路管径加大为DN250气相主管路管径加大2016.03.102016.03.10案例一结论：气体输送系统设计时应注意现场实际与标准相结合Q/SH0117.1—2007《油气回收系统工程技术导则》（油库篇）第3.3.7条规定：“每个汽油装车鹤管所配置的油气回收支管道直径宜比鹤管直径小一个规格等级，即DN100鹤管配DN80油气回收支管，DN80鹤管配DN50油气回收支管”。该导则没有强调对支管路长度、弯头影响、架设的结构、动态阻力等因素，在实际设计运用中缺乏经验，导致油库工程走弯路案例1可参阅发表在《化工安全与环境》2010年第41期的文章：《诊断油气回收系统问题的一次实践》案例一:油气收集传输系统的设计误区9案例二:储罐顶空联通控制系统的设计误区1工程概况：江苏某大型石化物流库位于长江入海口，投资建设了“顶空联通置换油气回收装置”，回收处理储罐呼吸排放的油气。回收处理装置回收处理装置2016.03.10我公司在江苏长江石化有限公司储罐区已经进行了我公司在江苏长江石化有限公司储罐区已经进行了储存过程排放气的油气回收处理系统工程试点储存过程排放气的油气回收处理系统工程试点从罐顶呼吸阀下部接入联通气相管路案例二:储罐顶空联通控制系统的设计误区22016.03.10案例二:储罐顶空联通控制系统的设计误区3我公司在江苏长江石化有限公司储罐区已经进行了我公司在江苏长江石化有限公司储罐区已经进行了储存过程排放气的油气回收处理系统工程试点储存过程排放气的油气回收处理系统工程试点我公司在江苏长江石化有限公司储罐区已经进行了我公司在江苏长江石化有限公司储罐区已经进行了储存过程排放气的油气回收处理系统工程试点储存过程排放气的油气回收处理系统工程试点从罐顶呼吸阀下部接入联通气相管路2016.03.10案例二:储罐顶空联通控制系统的设计误区4储罐进油时压力显示为2000pa储罐呼吸阀呼出压力只有1500pa储罐呼吸排放油气不能输送到油气回收装置，而走近路从呼吸阀排放了2016.03.10案例二:储罐顶空联通控制系统的设计误区5现场工况分析：“顶空置换”的最大差别是呼吸阀后端接入油气回收气相管路，完全改变了呼吸阀的使用条件。参考技术标准：储罐安全附件的国内标准，有技术滞后、更新周期长、体系不完善不配套（产品标准多、应用标准少），甚至还有矛盾的客观情况。虽然最新国际标准ISO28300更新了关于石油、化工、天然气工业常压储罐呼吸量的计算方法，提供了计算模型。但都是将呼吸阀出气端置于大气环境的条件下，不能适应安装了“顶空置换”的工况。SH/T3007-2007《石油化工储运系统罐区设计规范》、SY/T0511-2010《石油罐呼吸阀》所给出的呼吸阀参数，只根据“储罐的热呼吸量及最大进（出）液体量选用呼吸阀参数，也没有呼吸阀后端接入管路的工况的排放参数。分析结果：本案例在选用呼吸阀时，技术标准不能满足现场工况要求，设计人员找不到新的标准作为设计依据，油气回收系统仍然采用旧有的开启压力和操作压力的数据。超压大，储罐呼出气体不能进入回收装置系统，从呼吸阀排放到大气环境。2016.03.10案例三：回收油储存设施的设计误区1工程概况：山东某炼油厂，储运车间安装了处理规模为500m³/h冷凝法油气回收处理装置。存在问题为：冷凝液化回收得到的液态汽油，存入常压常温回收油储罐。每天能够抽出来的回收油，与计量仪表累计数据相差很大。2016.03.10案例三：回收油储存设施的设计误区2暂存罐的设计方案1--埋地2016.03.10案例三：回收油储存设施的设计误区3暂存罐设计方案2--撬块上安装2016.03.10案例三：回收油储存设施的设计误区4图示：将回收的液体油放置在常温空气中白色痕迹显示：其10分钟挥发减少的量案例分析从油气回收装置冷凝低温液化的回收油，储存在常温常压的回收油储罐内。由于工况温度变化，低温下液化的汽油，在常温储罐内立即继续发生汽化相变，再次挥发。2016.03.10案例三：回收油储存设施的设计误区5优化方案：对不同温度段冷凝的回收油，分别采用两个储存罐储存，低温下回收油储罐加厚保温层，对C3C4组分单独保持低温存放2016.03.10案例四：油气回收处理能力的设计误区1现实情况：在实践中有大部分油气回收工程投入运行的效果不理想的问题中，其中不少是回收装置的处理能力不够。厂家设计油气回收处理装置的处理能力，是依据业主发出的《技术规格书》或《采购询价书》提出的要求，但是，设计院或项目规划单位对油气回收处理装置的设计处理能力，只给出一个体积流量的参数，作为要采购的装置的标称单位，（有的同时也会给出该标称量下的体积浓度百分比参数，但是缺乏具体比重要求）。原因分析：现实问题只依据体积流量作为衡量油气回收处理装置的标称处理能力，会有漏洞，使油气回收处理装置的设计陷入误区。2016.03.10案例4：油气回收处理能力的设计误区2冷凝法的处理能力，是装置所提供的冷负荷大小。计算冷负荷需要依据有机物具体组分及其质量流量的热力学参数；吸附法的处理能力，是吸附床的吸附容量，比较吸附容量的计量单位是被吸附有机物的质量参数，同时脱附设备的选型也要根据被脱附介质的质量参数确定；吸收法的处理能力，是考量吸收剂传质吸收量，其计量单位是被吸收介质的质量流量；膜分离法的处理能力，也是考量其分离有机物混合组分中被分离组分的质量流量，2016.03.10案例4：油气回收处理能力的设计误区3不统一油气的浓度（质量浓度），只用体积流量标称的油气回收处理装置的处理能力，在冷凝法、吸附法等都会得出差异相当大的配置选型，产生设计误区。用户已经奇怪：不同设计单位或供应商对同一个标称处理规模的油气回收装置，给出的配置、功率以及报价却有较大差别；这种现象的后果，是有的在用设备的处理效率和尾气排放浓度达不到设计指标。因为不同组分的烃类气体有浓度差异，单纯以体积流量表示标称规模，会有多种选型结果2016.03.10关于设计规范要求GB50759-2012《油品装载系统油气回收设施设计规范》规定“油气回收装置的设计规模为最大装车体积流量的1.0~1.1倍”。在考量其质量流量方面，GB50759-2012《油品装载系统油气回收设施设计规范》同时规定“油气回收装置的设计浓度宜取实测的最热月平均油气浓度”。上述标准要求实测的油气浓度，是应该具体到某种组分或混合组分的实际浓度，用户最好提供实际检测的质量流量和质量浓度参数。案例4：油气回收处理能力的设计误区42016.03.10案例4：油气回收处理能力的设计误区5质量流量的标称单位：g/m³或kg/h。不同组分因为比重差异，在同一体积流量下所显示的质量流量会有很大差别，因此配置选型也会有差别不同工艺方法处理能力的计算和配置功率的选型实际依据是质量流量。如：冷凝方法计算所需要的冷负荷、吸附方法计算吸附床层大小和脱附抽吸能力大小、膜分离方法计算膜分离量所需面积、吸收方法计算吸收剂传质吸收能力。下面简析冷凝法在体积流量相同、质量流量不同时所需冷负荷的差异，（数据为西北地区某炼油厂火车装车油气浓度的模拟计算结果）：2016.03.10案例4：油气回收处理能力的设计误区6在同一标称处理能力的情况下，体积流量一样，但油气浓度不一样，其质量流量就不一样，所需要的冷负荷也不同，（冷负荷不同将导致配置选型也不同）2016.03.10案例4：油气回收处理能力的设计误区7下表做的4组比较：可见在油气浓度不同时，不同排放的标称流量，其所需冷负荷却很接近（会导致用户在不规定油气浓度时，买到的设备，标称处理能力与实际处理能力不符）2016.03.10案例4：油气回收处理能力的设计误区8冷凝法选型中可能发生的误导冷负荷来自制冷剂循环过程提供的制冷量，在制冷工况确定以后，单位质量制冷剂所能提供的制冷量是一个相对稳定的参数，其只能冷凝处理对应的质量（重量）的烃类组分（所需要的冷负荷）。只提供标称处理能力数据，不规定所处理油气浓度的数据。就会出现不同厂家对同一标称处理规模的装置，给出配置选型、功率大小及报价高低都不一样的情况，用户不小心就可能花大标称量的处理装置的投资，买实际处理能力小的油气回收装置。2016.03.10案例4：油气回收处理能力的设计误区9吸附法油气回收装置处理规模的选型考量吸附法油气回收装置处理能力的指标有吸附容量、脱附真空泵抽吸流量、吸脱附周期。确定吸附法油气回收装置处理规模的依据，是吸附罐所装填的吸附剂量所具备的吸附油气中烃类物质数量（kg/h）的能力（也可以表述为单位体积吸附剂的吸附容量），以及其工况条件下设计的吸脱附周期和配套的真空泵抽吸气量。如果一台标称处理规模为200m³/h、吸附容量为140kg/h的吸附法油气回收装置，设计吸附油气浓度为700g/m³、脱附周期为30min。假设将这台油气回收装置用于回收流量200m³/h浓度1400g/m³的油气，或者用于回收流量400m³/h浓度700g/m³的油气。供应商会说“没有问题”，