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摘要：本文对某老罐区VOCs治理的改造设计过程进行了分析，着重从常压罐罐顶气相连通收集管方案选择及压力控制方面进行了论述。基于老罐改造的启发，提出了未来新罐罐顶油气回收方案的设计建议，对常压罐罐顶油气连通方案设计具有指导意义。
关键词：储罐；油气回收；储罐改造；油气连通
引言：
随着国家环保标准的提升，石油化工行业目前正在大面积地进行罐区气相连通及VOCs治理。本人参与了4个常压罐区改造的项目，储存介质包括甲醇、柴油等12种化工品。在罐区设计时，按照国家标准及行业标准（《石油库设计规范》（GB/50074-2014）、《石油化工储运系统罐区设计规范》（SH/T 3007-2014）、《石油化工企业设计防火标准》（GB50160-2008）等），储罐区不需要做VOCs回收治理，故该项目的储罐均未考虑VOCs回收。近年来在运行过程中，业主根据实际操作的需求，结合当地挥发性有机物排放控制标准等要求，提出对该罐组进行VOCs回收治理改造。
1 老罐区罐顶油气回收方案设计
1.1 初选储罐罐顶油气连通方案
该项目常压罐组储存的介质火灾危险性类别不同、位于不同的罐组、采用了不同的罐型。为防止不同介质之间气相互串造成物料污染，罐顶油气连通控制可考虑采用单呼阀或共用切断阀方案。
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图1 单呼阀方案示意图
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图2 共用切断阀方案示意图
单呼阀连通方案（见图1）为在每台储罐VOCs气相支线与管道爆轰型阻火器之间的管段上设置单呼阀。当罐内气体压力高于单呼阀定压时，单呼阀开启排出气体，储存不同介质的储罐气相通过油气收集管道并入罐组收集总管，不同罐组收集管合并进油气回收处理装置。
共用切断阀方案（见图2）为多个储存相同介质储罐气相通过连通管道连通，实现气相平衡功能，并在罐组连通收集总管上设置远程开关阀，通过检测储罐压力和罐组收集总管的压力，控制连通罐组排气。
1.2 罐顶安全附件及氮封阀的压力设定
本项目中只有部分罐设置了氮封，从安全角度考虑，氮封储罐与未设置氮封的储罐原则上不应共用收集管道。但未设置氮封的储罐通常储存物料的风险相对较小，综合考虑经济性和可操作性，将未氮封储罐增设氮封。该项目常压罐组经改造设计后，氮封罐的压力安全附件有紧急泄压人孔、呼吸阀及氮封阀组等。
本项目所有储罐的设计压力均为2kPa（G）~-0.5 kPa（G），紧急泄压人孔的设定压力为1.8kPa（G），呼吸阀定压为1.35kPa（G）、设定真空为-0.3 kPa（G），氮封压力为0.7kPa（G）。安全附件动作压力区间，应从储罐设计压力向下排，不能有交集。油气回收的压力控制区间应根据阀门的超压值（本项目阀门均为10%超压值、15%启闭压差）、储罐正常操作压力和呼吸阀的定压确定，其全开启压力不能大于呼吸阀的泄漏压力，其泄漏压力不应低于氮封阀的设定压力。其中，超压值是指阀门达到额定通气量时超过设定压力的比值，如超压值10%的单呼阀，如果设定压力为0.9kPa（G），则达到额定通气量时的压力为0.99kPa（G），此值低于呼吸阀的泄漏压力1.01 kPa（G）（0.75倍的呼吸阀定压），但是单呼阀的泄漏压力为0.675 kPa（G）（0.75倍的单呼阀设定压力），与原设计氮封阀定压0.7kPa（G）有交集，不利于油气回收。
共用切断阀控制方案需要在罐顶及罐组收集总管上设置切断阀，其开启和关闭由收集总管及罐顶分支管上的压力变送器进行二取二联锁控制，对仪表专业的工作量增加较大。
综上所述，本项目方案采用单呼阀连通方案。单呼阀压力设定值定在0.9 kPa（G），根据有关指导意见，当采用自力式氮封阀时，设定压力宜为0.3kPa（G），故降低氮封阀的设定压力至0.3kPa（G）。
2 对新罐区罐顶油气回收设计的启发
2.1 从源头减少VOCs排放
《石油化学工业污染物排放标准》（GB 31571-2015）及《石油炼制工业污染物排放标准》（GB 31570-2015）均强调采用源头治理技术，挥发性有机液体储存设施应在符合安全等相关规范的前提下，通过控制油品挥发蒸气压，优先采用压力罐、高效密封的浮顶罐等源头控制措施。其中，采用高效密封储罐的要求如下：
①当储罐采用内浮顶罐时，内浮顶罐的浮盘与罐壁之间应采用液体镶嵌式、机械式鞋形、双封式等高效密封方式。②当储罐采用外浮顶罐时，外浮顶罐的浮盘与罐壁之间应采用双封式密封，且初级密封采用液体镶嵌式、机械式鞋形等高效密封方式。③从现场管理的角度出发，对浮盘的检查至少每6个月进行一次，每次检查应记录浮盘密封设施的状态。④对于像柴油、航煤等介质采用高效密封的内浮顶储罐可满足环保标准。故考虑在能做内浮顶储罐时，就不采用固定顶储罐加VOCs回收。
2.2 提高储罐设计压力
根据《石油化工企业设计防火规范》GB50160-2008（2018年版）的条文解释，设计压力小于或等于6.9 kPa（G）的储罐为常压储罐。由此可见，之前的储罐设计压力普遍偏低（常为2 kPa（G）），储罐设计压力还有较大的提升空间。因此，在今后的设计过程中，可以考虑提高储罐的设计压力。单呼阀、呼吸阀的定压值的提高，便于油气的回收处理，减少油气排放至大气。但是，提高储罐设计压力，储罐本身的造价将会提高，在采用此方法前，应综合考虑选用该方案的经济性。
3 结论
以某项目为背景，针对常压罐区的油气连通，进行了储罐改造、技术方案比选以及单呼阀压力设定等方面的分析。考虑到原来设计的储罐罐顶压力区间较小及现场改动最小的原则，该项目的罐顶油气连通采用了单呼阀连通方案。在进行该项目油气回收改造的过程中，对今后的常压储罐优化设计提出了几点建议，包括选择高效密封的浮顶罐、适当提高储罐的设计压力以减少油气排放至大气。
参考文献：
[1]《石油化工企业储运罐区罐顶油气连通安全技术要求》（试行）（中国石化安技[2018]33号）
[2]《石油化工储运罐区VOCs治理项目油气连通工艺实施方案及安全措施指导意见》（中国石化炼发函[2016]127号）