国内外储罐呼吸阀安全环保技术标准分析.pdf

2023 年第 39 卷第 5 期石油化工安全环保技术PETROCHEMICAL SAFETY AND ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY22呼吸阀是为常压和低压储罐提供超压和真空保护的安全环保设备，广泛应用在油船、液体化学品船、火车油罐车、汽车油罐车、集装箱罐箱等运输工具以及储罐上。呼吸阀的作用一是提供储罐超压和真空保护，二是减少储罐内介质的挥发损耗。油品和挥发性化学品在储存和运输过程中，会产生 VOCS的挥发，当储罐和船舱（车罐）中油气压力接近呼吸阀设定压力时，呼吸阀将产生泄漏。当压力达到和超过呼吸阀设定压力时，呼吸阀将开启，这两个过程都会产生油气（VOCS）无组织排放。近年来国内外在关注呼吸阀安全性的同时，对于呼吸阀 VOCS减排的环保性愈加关注。本文将通过对比与调研国内外呼吸阀安全环保技术与相关标准情况，结合应用案例，分析我国储罐呼吸阀在安全环保方面的现状问题及解决建议，探索油品及化学品储运环节呼吸阀安全性能的提升及 VOCS有效减排的途径。1国内外储罐呼吸阀技术1.1欧美储罐及呼吸阀技术发展欧美相关研究院及设备厂家在研发安全环保呼吸阀技术方面起步早，水平也一直优于我国，新的安全环保呼吸阀越来越多的出现，我国高端阀门的领域目前仍被外国产品垄断。2013 年，Zuo Yonggang1等人设计了一种收稿日期：2023-05-20作者简介：邱春霞，女，2005 年毕业于大连海事大学环境科学专业，硕士，主要从事交通环保、低碳与安全相关的科研工作，副研究员。电话：[phone]，E-mail:国内外储罐呼吸阀安全环保技术标准分析邱春霞1，张岩2，王新华3（1.交通运输部规划研究院，交通排放控制监测技术实验室，北京 100088；2.南京普瑞泰格安全设备工程有限公司，上海 200120；3.广东技术师范大学机电学院，广东 广州 510000）摘要：介绍了国内外储运领域呼吸阀发展过程及技术情况，分析了储运领域应用呼吸阀时，呼吸阀泄漏排放 VOCS污染大气环境的现状，对照了欧美发达国家及我国呼吸阀在产品标准、安全环保性能和检验检测技术上的差异，对我国呼吸阀标准和安全环保技术发展提出了建议，包括提升我国呼吸阀技术标准规范的相关内容、研发国产化安全环保型呼吸阀等，探索油品及化学品在储运领域，尤其是储罐呼吸阀安全性能的提升及 VOCS有效减排的途径。关键词：储罐呼吸阀安全环保标准新型的两级调压防溢流呼吸阀。其团队使用 Pro/E 构建呼吸阀的三维模型，使用 ADAMS 对呼吸阀关键点进行动力学分析。他们认为石油储罐呼吸阀的呼吸作用和防溢作用对整个呼吸阀的安全性有很大影响。2014 年，Constantin Dumitrache2研究出一种弹簧加载的泄压阀（也称为直动式泄压阀），用于控制或限制系统或容器中的压力。由于其简单的配置，弹簧式直动泄压阀被广泛用于许多液压系统中。该阀安装在升压系统的入口处，弹簧负载可以根据阀门打开时的压力进行调节。Constantin Dumitrache 通过动态模型的方式研究各种直动式泄压阀的性能。其在动态模型中分析出流体在模型中的流动轨迹，并对泄压阀的温度场进行分析。2005 年 Dr Michael Davies3提出低超压值呼吸阀能够有效减少排放。低超压值的呼吸阀，阀门从开启达到全开所需要的压力增值小，其开启压力可以接近储罐最大允许操作压力，能有效减少储罐内油气和化学品的排放。1.2我国储罐及呼吸阀技术发展我国呼吸阀研发相比国外晚，但发展较快，邱春霞等.国内外储罐呼吸阀安全环保技术标准分析 232023 年第 39 卷第 5 期目前在研发安全呼吸阀方面已经具备较高的技术水平，呼吸阀的类型不断增多，使用年限也越来越长，工装和成套水准越来越强。一些国内自行研发的安全呼吸阀越来越被国际市场所认可。不过在超压值和泄漏量管控等关键技术相比国外仍然具有较大的差距。白建雄4在 2016 年指出储罐上的液压安全阀里面的密封油不符合要求等情况。依据国家在石油天然气方面的要求来看，石油储罐上的组件液压安全阀在密封油上的标准是：密封油的油料沸点非常高、黏度比较低、凝固点也很低，可以选择变压器油。白建雄通过多次理论运算和试验之后，发现变压器油若选择 25 号的环烷基时，当处于零下 30 的环境下，变压器油不会变成固态，这样液压安全阀才能正常的运行。顾佳鹏5等在 2017 年改变了储罐上的机械型呼吸阀的构造。在呼吸阀里面将筒形状构造的双层膜添加进去。筒形状的双层膜构造，是两层筒形状的膜结合在一起形成的；外层膜可以流通空气等微分子，但是油蒸气等大分子不能通过；内层膜可以准许油罐里面的蒸汽等流出，但是不能再次进入。这样改善之后能够避免混合油气排到空气中，将其作用完全发挥出来，还能避免外部的物质流入到油罐里面。这样筒形状的双层膜的特点是：它连接到呼吸阀的底端，不管是拆除还是安装都非常的简单，清洗和替换也非常简单。不过这种双层膜在阻挡油蒸气等物质上依靠的是物理特点，跟普通呼吸阀相比失去作用的几率更大。呼吸阀的超压值是指呼吸阀从开启达到全开所需要的压力增值，通常以相对设定压力的百分数表示。国内呼吸阀的超压值大，阀门从开启达到全开所需压力增值大。在国内，呼吸阀仅解决呼吸和储罐气压平衡问题，设定开启压力很低，因此呼吸阀频繁开启排气，而且开启和回座过程缓慢，油气耗损严重。目前国内呼吸阀超压值一般在 100%，国外发达国家相关呼吸阀产品可以做到低超压 10%的技术。国内呼吸阀存在泄漏量过高，再次密封行程过长的问题。液压安全阀均存在使用效率低，开启后密封液喷溅至罐顶导致液压安全阀失效的问题。总体而言，我国的安全呼吸阀研制水平较前段时期有了明显提高，但对比国外仍有很大差距，在关键装置上的安全呼吸阀仍需要进口。2国内外呼吸阀产品技术与标准差异目前国内外对于交通运输领域石化储运工具呼吸阀的产品技术、标准要求与检测技术等多方面差别较大，国外发达国家相关标准要求严于我国，技术水平也高于我国，一定程度上 VOCS污染控制的安全性、环保型高于我国。在产品技术方面，目前国外发达国家相关产品技术水平高于我国，主要体现在呼吸阀的安全、环保和检测 方面。2.1安全方面欧美发达国家采用一体化阻火呼吸阀技术，阻火器设置在呼吸阀大气侧，不易被堵塞，而且维修方便，性能可靠。阻火器是耐长时间燃烧型，安全等级更高。2.2环保方面欧美先进呼吸阀采用低超压值阀盘技术，呼吸阀设定压力更高，储罐油气排放更低；采用金属面密封技术和不锈钢分体式阀座技术，密封性更高，泄漏量更低。2.3检测方面国外具备高精度的呼吸阀泄漏检验装置，可以精准定量检测泄漏量。在国内外呼吸阀相关标准规范方面，国外 呼 吸 阀 标 准 是 ISO 28300 标 准（Petroleum，petrochemical and natural gas industries Venting of atmospheric and low-pressure storage tanks）石油工业，石油化工和天然气工业常压低压储罐通风标准。最新的 ISO 153642021（ships and marine technology pressure-vacuum valves for cargo tanks and devices to prevent the passage of flame into cargo tanks）船舶技术-油船呼吸阀及阻止火焰进入油舱的安全设备，要求呼吸阀泄漏量标准依照 ISO28300。我国国家标准船舶与海上技术货油舱压力/真空阀（GB/T 19699）中 7.3 要求每个成品阀均在 70 kPa 下口进行泄漏试验，采用浸没或肥皂石油化工安全环保技术242023 年第 39 卷第 5 期水方式，持续作用 3 min，眼观无渗漏即可。高速透气阀一般设定压力是 140 和 70 kPa 的测试压力是阀门定压的 50%；呼吸阀石油行业标准石油储罐附件 第 1 部分：呼吸阀（SY/T 0511.12010）要求的泄漏测试压力是阀门定压的 75%。目前国际标准 ISO 28300 要求呼吸阀的泄漏测试压力是阀门 75%定压，国际标准 API 527 泄漏测试压力是阀门 90%定压，在欧洲先进厂家目前泄漏测试压力是阀门 90%定压。相比国际标准，国内标准的测试压力过低。在最大允许泄漏量方面，我国国家标准 GB/T 19699 无要求，石油行业标准 SY/T 0511.12010 的要求和国际标准 ISO 28300、国际标准API 527 及欧洲先进厂家的要求有显著差别。欧洲部分地区制造商的呼吸阀产品，已开始采用更为严格的 EN 12266工业阀门-金属阀门试验、API 527泄压阀的阀座密封性等标准规定的泄漏量要求。随着环保要求的不断提升，国内各地、各行业对储罐的 VOCS（特别是对有毒、有害、有异味介质）无组织排放的管控越发严格，在严格执行产品标准的基础之上，要求采用 ISO 28300 标准，也有石化企业和部分地区推荐欧洲地区呼吸阀超低泄漏标准。我国 150 mm 规格的呼吸阀最大允许泄漏量是国际标准 ISO 28300 的近 3 倍，是国际标准API 527 的 5 倍，是欧洲先进厂家超低泄漏标准的 23 倍。我国 200400 mm 规格的呼吸阀最大允许泄漏量 0.4 m3/h 高于国际标准 ISO 28300 的近3 倍，是国际标准 API 527 的 111 倍，是欧洲先进厂家超低泄漏标准的 88 倍。总体来说，国内标准远落后于国际标准要求。2020 年中国石化发布了关于提升内浮顶（拱顶）储罐本质安全及安全管理水平的建议，中国石化安非【2020】175 号，对国内外呼吸阀泄漏量的要求进行了对照，见表 1。表 1各国（地区、组织）呼吸阀泄漏量排放要求规格/mm泄漏量/（m3 h-1）中国ISO/API欧洲等地区DN 1500.040.01420.0017200 DN 4000.40.14160.0030DN4000.40.56630.0045并且要求呼吸阀泄漏量执行欧洲地区标准，见表 2。因此，不同泄漏量要求的比较见图 1。图 1不同泄漏量要求比较中石化燕山石化公司在 2020 年 10 月 13 号委托第三方检测机构，对在用的国外环保呼吸阀进行现场 VOC 检测，最高泄漏值仅在 9 mg/m3，完全满足中国石化提出的 50 mg/m3要求。中石化沧州炼化公司在 2018 年试用符合欧洲地区要求的环保呼吸阀，取得了非常好的效果。原来使用的呼吸阀泄漏量高达几万 mg/L，高标准的环保呼吸阀的泄漏量大都在环境本体值以内。2021 年 3 月 4 日，生态环境部环境发展中心对国外先进环保呼吸阀进行了技术评估，认为环保呼吸阀集成高灵敏度 10%低超压阀盘技术、分体式不锈钢阀座技术、金属面密封技术等技术，降低储罐 VOCS泄漏量，可用于石油化工等行业常压和低压储罐。现场测试数据表明，环保呼吸阀 VOCS泄漏排放浓度满足挥发性有机物无组表 2推荐的氮封储存压力控制系统控制指标储罐附件设计压力/kPa泄漏控制指标储罐设计压力2储罐破裂紧急泄放阀1.8压力不超过呼吸阀设计压力时，其附近浓度为 0 mg/L呼吸阀1.350.9 倍设计压力环境下，泄漏量不超过 0.001 7 m3/h（DN150）、0.003 m3/h（200mm DN 400 mm）邱春霞等.国内外储罐呼吸阀安全环保技术标准分析 252023 年第 39 卷第 5 期织排放标准（GB 378222019）附录 A 对厂区内 VOCS无组织排放的特别限值 20 mg/m3要求。2021 年 12 月 6 日，国家东中西区域合作示范区（连云港徐圩新区）管理委员会颁布了关于加强连云港石化产业基地内企业挥发性有机液体常压储罐呼吸阀和紧急泄压阀无组织排放管控的通知，要求呼吸阀和紧急泄压阀的泄漏量执行欧洲地区标准，见表 3。目前国内呼吸阀还在大量使用金属隔网的阻火器，不是石油化工行业通用的波纹板式阻火器，阻火功能差。而被采用的波纹板式阻火器，普遍存在制造工艺粗糙，火焰极易穿透等问题，且没有按照 ISO 16852 要求，在具备阻火器测试设施并取得 ISO 16852 试验室资质的第三方机构进行测试，取得型式认证。3我国储罐呼吸阀安全与环保相关建议 3.1提升我国呼吸阀相关技术规范标准内容建议对 船舶与海上技术货油舱压力/真空阀（GB/T 19699）和石油储罐附件 第 1 部分：呼吸阀（SY/T 0511.12010）等呼吸阀相关标准进行修订，提高泄漏测试压力，提升泄漏量管控要求。强化呼吸阀的安全性，采用耐长时间燃烧型阻火器，并要求阻火器在取得 ISO 16852 试验室资质的第三方机构进行测试并取得型式认证。3.2研发国产化安全环保型呼吸阀参考欧美先进国家呼吸阀在 VOCS泄漏量和安全性能等多方面提升我国国产化呼吸阀的技术水平。一是提高我国呼吸阀的安全性能，如采用符合 ISO 16852 要求，并取得型式认证的波纹板干式阻火器替代金属格网；采用耐长时间燃烧型阻火器；二是研发低超压值、超低泄漏量的呼吸阀，减少 VOCS排放。采用耐腐蚀的不锈钢材质以及先进的研磨技术，改善阀座和阀芯密封结构，提高呼吸阀密封性，减少泄漏；三是增加在线监控功能。特殊介质（如剧毒、有异味）、特殊规模、特殊需求（如储罐的大口径呼吸阀）的呼吸阀设置在线排放监测设备，进行排放监测报警；四是提高呼吸阀检测技术水平。配套高精度呼吸阀泄漏测试装置，可以精准定量检测泄漏量，填补国内技术空白；五是提高设备使用寿命，降低周期成本。阀座阀芯采用不锈钢材质和修复技术等方式，提升设备使用寿命至 10 年左右（目前国内现有呼吸阀 35 年），减少更换作业、降低周期成本。参考文献：1 Yonggang Zou，Zhuxin Li，Zhen Zhang，et al.Design and simulation of two stage pres-sure-controlling anti-overflow breathing valve in tankerJ.Sensors&Transducers，2013，156（9）:176.2 Constantin Luois Dumitrache，Ioan Calima-nescu，Comandar Corneliu.Naval standard safety valve design using CAD solutionsJ.Applied Mechanics and Materials，2014，658（10）:65-70.3 Dr.Moncalvo Davide，Dr.Michael Davies，Influence of Overpressure in Pressure Vacu-um Safety Valves on Emission Reduction and Explosion Risk Minimization of Atmospheric Storage Tanks:AIChE Spring Meeting and Global Congress on Process SafetyC.2015.4 白建雄，胡靖平，杜晶磊，等.罐区液压安全阀隐患排查及优化措施 J.石油化工应用，2016，35（8）：138-141.5 顾佳鹏，缪军翔，竺振宇.对油罐机械呼吸阀结构的改进 J.化工管理，2017（22）：123.表 3连云港石化基地呼吸阀和紧急泄压阀泄漏管控指标储罐附件阀门泄漏控制指标紧急泄压阀压力不超过呼吸阀设计压力时，泄漏量不超过 0.0045m3/h（DN 400 mm），其附近浓度为 0 mg/m3呼吸阀0.9 倍设计压力环境下，泄漏量不超过 0.0017 m3/h（DN 150 mm）、0.003 m3/h（200 mm DN 300 mm）备注：保温、保冷常压有机液体储罐呼吸阀和紧急泄压阀应满足阀门泄漏控制指标。features,and conducts fault warning through state upper limit and feature development prediction.Finally,exper-imental verification shows that the proposed method can provide safety warning and traceability of faults one hour in advance,which can effectively guarantee the operation safety of the equipment.Key words:plunger pump;safety monitoring;fault di-agnosis;safety warningANALYSIS OF SAFETY AND ENVIRONMEN-TAL PROTECTION TECHNICAL STANDARDS FOR TANK BREATHER VALVES AT HOME AND ABROAD22Qiu Chunxia1,Zhang Yan2,Wang Xinhua3.(1.Transpor-tation Emission Control and Monitoring Technology Laboratory,Transport Planning and Research Institute,Ministry of Transport,Beijing,100088;2.Nanjing Pro-tego Safe Equipment Engineering Co.,Ltd.,Shanghai,200120;3.Guangdong Polytechnic Normal Universi-ty,Guangzhou,510000)Abstract:This paper introduces the worldwide devel-opment process and technologies of breather valves in the field of storage and transportation.It analyzes the current status of atmospheric pollution by VOCs emitted from breather valve leakage.It compares the differences in product standards,safety and environmental protec-tion performance,and detection technologies between developed countries and China.Then the paper puts forward suggestions for the development of Chinas breather valve standards and safety and environmental protection technology,including upgrading the relevant contents of Chinas breather valve technical standards and specifications,developing homemade safe and envi-ronment-friendly breather valves and so forth.The paper also explores the ways to improve the safety performance of oil and chemicals in the field of storage and transpor-tation,especially the breather valves of the tanks,as well as the effective emission reduction of VOCs.Key words:storage tank;breather valve;safety and en-vironmental protection;standardHAZARDOUS FACTORS DURING LIQUEFIED PETROLEUM GAS STORAGE AND TRANSPOR-TATION AND COUNTERMEASURES26Wu Yizhe1,Liu Liu1,Wu Yingying2.(1.PipeChina South-west Pipeline Company,Chengdu,Sichuan,610000;2.PetroChina Liaoyang Petrochemical Company,Liaoy-ang,Liaoning,111003)Abstract:Because of its high calorific value,no smoke,no carbon residue and convenient operation,liquefied petroleum gas(LPG)is a versatile chemical that is in-creasingly making its way into the realm of peoples lives.Due to its special physicochemical properties,there are safety risks in its storage and transportation process.For the safe storage and transportation of LPG,targeted safety measures should be taken according to the storage and transportation characteristics of LPG so as to ensure the safe use of LPG in essence.By analyz-ing the storage mode and transportation way of LPG,it is pointed out that fire,explosion,static electricity,poisoning and frostbite in the storage and transporta-tion process are all dangerous and harmful factors that may cause accidents.Targeted prevention and control against these factors can greatly reduce the risk factors in the storage and transportation process of LPG.Key words:liquefied petroleum gas/LPG;hazardous factors;countermeasuresOPTIMIZATION AND INDUSTRIAL APPLICA-TION OF PROCESS ANTI-CORROSION MEA-SURES FOR CORROSION INHIBITOR28Ma Hongjie1,Zuo Yongguang2,Wu Shichang3,Liu Zhicun2,Xue Hongyan1.(1.Research Institute of Petro-china Dushanzi Petrochemical Company，Dushanzi,Xinjiang,833699;2.Equipment Division of Petrochina Dushanzi Petrochemical Company，Dushanzi,Xinji-ang,833699;3.Ethylene Plant of Petrochina Dushanzi Petrochemical Company，Dushanzi,Xinjiang,833699)Abstract:The corrosion of equipment and pipeline was serious in the top tower system of eliminator of carbon 5 in the gasoline hydrogenation unit of certain company and the corrosion mechanism was wet hydrogen sulfide corrosion.The poor performance of the original corro-sion inhibitor,the improper injection dose and the lo-cation of the injection point were the main influencing factors resulting in unsatisfactory anti-corrosion effect of corrosion inhibitor injection process at the top of the tower.The results of the evaluation on the performance of the original tower top corrosion inhibitor show that the maximum corrosion rate of the corrosion inhibitor was only 52.54%,the anti-corrosion effect was poor,so the corrosion inhibitor was not suitable for the corrosive environment of the top part of the depentanizer.Lat-er,the company optimized the process anti-corrosion measures to deal with the influencing factors covering the corrosion inhibitor performance,dose and injection point location.And the application results indicate that the wet hydrogen sulfide corrosion was controlled ef-fectively;the pH value of condensate water increased to 7.0 9.0,the average iron content dropped to 3.3 mg/L and there was slight corrosion in the equipment and pipeline of the tower top corrosion system.Key words:pyrolysis gasoline hydrogenation unit;pro-cess anti-corrosion;corrosion inhibitor;wet hydrogen sulfide corrosionSAFETY RISK ANALYSIS AND PREVENTION AND CONTROL OF DEFLAGRATION ACCI-DENTS IN CRUDE BENZENE TANKS32Zhang Hui1,Jia Beibei2.(1.Yangmei Group Nagu(Shanxi)Aerogel Technology Innovation City Manage-ment Co.,LTD.,Yangquan,Shanxi,045000;2.Safety Production Management Department,Shanxi Yang-mei Chemical Machinery(Group)Co.,Ltd.,Taiyuan,Shanxi,030006)Abstract:Fire work of the nitrogen protection pipeline of crude benzene storage tank in a company triggered a deflagration accident in the crude benzene tank.This paper analyzes the safety risks from the aspects of tank design,operation process of the crude benzene tank,fire ABSTRACTSPETROCHEMICAL SAFETY AND ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGYBimonthly.20 Oct.2023 Vol.39 No.5