VOCs排放治理原油储罐改造探索.pdf

收稿日期:2 0 2 2-1 1-1 3基金项目:科 研 项 目:中 国 石 油 长 庆 油 田 分 公 司 科 技 发 展 部 资 助 项 目“油 气 田 站 场VO C s治 理 关 键 技 术 研究”,2 0 2 2 D J 0 7 0 2.作者简介:谭凯(1 9 9 4-),男,陕西宝鸡人,工程师,硕士,2 0 1 9年毕业于中国石油大学(北京),目前主要从事油气田地面装备设计工作,V O C s排放治理原油储罐改造探索谭 凯1,郭亚红1,演睿东2,董艳国1(1.长庆工程设计有限公司,陕西 西安 7 1 0 0 1 8;2中石化项目管理有限公司,江苏 南京 2 1 1 5 0 0)摘要:拱顶储罐内易挥发成分损耗是油田生产运行中亟待解决的问题,分析G B 3 9 7 2 8-2 0 2 0和实际情况,在原拱顶储罐内增加内浮顶是行之有效的改造方法。由于原油储罐VO C s治理在国内尚属探索阶段,少有成熟案例,总结前期储罐治理经验基础上借鉴成品油罐的改造方法,做出较为详细的对比和优选,制定了原油储罐改造内容和施工要求。完成改造后能达到节能环保要求,也为类似储罐治理提供了参考和思路。关键词:稳定原油;挥发性有机物;储罐改造;内浮顶中图分类号:T E 8 8 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 6-7 9 8 1(2 0 2 3)0 8-0 0 3 1-0 51 前言原油开采和存储过程中,轻质易挥发成分的损耗不仅给油田造成了经济损失,还会导致环境污染问题,是油田生产亟待解决的问题。挥发性有机物(VO C s)在G B 3 7 8 2 22 0 1 9中的定义为:参与大气光化学反应的有机化合物、根据有关规定确定的有机化合物,其中就包括石油烃化合物1。随着国家标准体 系 的 不 断 完 善,环 保 部 规 定,新 建 企 业 自2 0 2 1年起,现有企业自2 0 2 3年起,VO C s排放控制按照G B 3 9 7 2 8-2 0 2 0的规定执行,油田各类站场均包含在内2。2 基本情况2.1 储罐现状油田现用中小型储罐中,常压拱顶储罐的数量占比8 0%以上,其顶部设有呼吸阀,罐内上部油气易在生产运行中呼出。受设计、建造等多方面因素影响,储罐容积大于11 04m3时多为外浮顶结构。对某油田现用原油储罐排放情况的调研核算发现,外浮顶储罐的油气损耗远低于拱顶罐,这是由于拱顶罐上部油气空间大,收发油过程及气压温度等因素的变化易使气体进出储罐,造成挥发性气体溢出。同时,为减小进油过程中油品流动对储罐造成的冲击,拱顶储罐内一般设有进油立管,其结构为竖向管线上开有多个孔洞,部分孔洞在油面以上,原油从进油立管流入储罐的过程中直接与气相空间接触,易造成油面扰动,加剧油品的挥发。而浮顶储罐的浮盘紧贴油面,下方几乎没有油气空间,在控制VO C s排放方面表现出优异的性能。1.2 标准分析G B 3 9 7 2 8-2 0 2 0中规定了不同储罐治理方式对应的物料真实蒸气压和罐容,若储罐有特殊原因需延迟改造,时间不应晚于最近一个停工检修期。具体的控制要求如表1所示2。为便于油品运输和存储,生产过程中对原油进行了 稳 定 处 理,其 真 实 蒸 气 压 介 于2 7.6 k P a和6 6.7 k P a之间,罐容大于5 0 0 m3的固定顶储罐时可采用改造为浮顶罐、废气收集处理、气相平衡等方法进行整理。将固定顶罐改造为浮顶罐能从根源上抑制了油品的挥发,不存在次生危废,后续操作管理简单,且全生命周期费用低,是储罐治理中优先考虑的措施。1.3 国内治理情况由于石油石化行业下游板块存储介质特殊,相比于原油,成品油、苯、二甲苯等物质泄漏和挥发的安全风 险 和 生 态 环 境 影 响 更 大,因 而 更 加 重 视VO C s排放治理,相关行业标准更为完善,相应固定顶储罐改造为内浮顶罐的技术成熟,并已得到大规模应用3,4。原油储罐的治理较为滞后,由于介质物性与成品油存在较大差异,且实际生产情况复杂,目前多处于探索改造阶段。13 2 0 2 3年第8期内蒙古石油化工表1 原油存储控制要求物料现有或新建储罐物料真实蒸气压/k P a单罐设计容积/m3排放控制要求原油现有6 6.71 0 02 7.6但6 6.75 0 0新建6 6.77 52 7.6但6 6.77 5符合下列要求之一:a)采用压力罐或低压罐。b)采用固定顶罐,采取油罐烃蒸气回收措施。c)采取其他等效措施。符合下列要求之一:a)采用浮顶罐。外浮顶罐的浮盘与罐壁之间采用双重密封,且一次密封采用浸液式、机械鞋形等高效密封方式;内浮顶罐的浮盘与罐壁之间采用浸液式、机械鞋形等高效密封方式。b)采用固定顶罐并对排出的废气进行收集处理,非甲烷总烃去除效率不低于8 0%。c)采用气相平衡系统。d)采取其他等效措施。2 方案优选将现用拱顶稳定原油储罐改造为浮顶罐能满足标准规范要求,储罐改造形式、浮盘类型、密封结构等的选择关系到建设费用、改造难度、还会直接影响储罐安全和后期运行效果,因而作如下对比及优选5,6:2.1 罐型选择以下通过储罐结构形式、特点和改造施工情况对固定顶罐改造为内、外浮顶罐情况进行对比分析。表2 储罐改造类型对比储罐型式内浮顶储罐外浮顶储罐结构形式结构特点拱顶罐内部增加浮盘,内浮盘随液面上下浮动罐内装入浮盘,浮盘上表面直接与大气接触,无拱顶结构优点1、罐内增加浮顶及附件、改造过程中不需要拆除拱顶;工作量相对较小;2、可避免密封部件受外部环境影响,使用寿命较长;3、浮盘上部有拱顶保护,避免受雷击等外在因素影响,安全性高;4、改造费用相对较低1、拱顶拆除后有利于材料大批量吊装,同时由于罐顶敞开,施工安装简单,便于进行动火作业;2、易于大型化,后期维护相对方便,多应用于大型原油储备库、运行库缺点1、改造过程需开设施工门;2、工作环境相对密闭,动火作业危险较大,因而对通风的要求高;3、后期附件更换维护不方便1、改造内 容 包 括 罐 顶 拆 除、增 加 浮 盘 及 附 件,工 作 量很大;2、储罐结构发生了改变,需进行强度计算与适当加强;3、浮盘直接与外界接触,密封等附件易老化;4、费用相对较高 由于改造前原储罐拱顶完好,大面积拆除和储罐本体 加 强 费 时 费 力,综 合 考 虑,宜 改 造 为 内 浮顶罐。2.2 浮盘对比储罐VO C s治理中,相关规定明确要求正常操作时严禁内浮顶罐浮盘和物料之间形成空间。传统的浮筒式内浮盘依靠浮筒作为浮力单元,浮盘上表面的不锈钢(或铝)板与液面之间存在较大的气体空间,气体易从蒙皮板间隙中扩散至浮盘以上。因而此处仅对比碳钢单盘、双盘和新型不锈钢蜂窝浮盘的特点。23 内蒙古石油化工2 0 2 3年第8期 表3 浮盘类型对比浮盘型式钢制单盘式浮盘钢制双盘式浮盘不锈钢钎焊蜂窝式浮盘结构特点浮盘周圈设环形浮舱,中间为单层盘板,浮盘下表面与液面接触浮盘整体为双层结构,由顶 板、底板,格板及边缘板组成的空腔均为浮力单元,浮盘下表面与液面接触整个浮顶为不锈钢材质,蜂窝芯上下均钎焊在不锈钢板,形成浮力单元,下表面与液面接触。优点1、结构强度大,防爆等级高,耐冲击性强;2、浮盘整体结构稳定性较好;3、浮盘寿命长;4、造价相对较低1、结构强度大,防爆等级高,耐冲击性强;2、浮盘整体结构稳定性好;3、浮盘寿命长;4、具有良好时的保温性能1、物料可从原储罐人孔进入;2、采取装配式结构,改造过程不需动火作业;3、工 厂 化 预 制,施 工 方 便,施 工 周期短;4、浮盘寿命较长缺点1、需开设施工门;2、改造过程中动火作业风险高;3、现场焊接质量控制难度大;4、施工周期较长1、需开设施工门;2、改造过程中动火作业风险高;3、浮盘用料多,改造工作量大;4、施工周期长1、浮盘制造过程对加工设备要求高;2、组装后浮盘整体强度较低;3、无法 在浮 盘边 沿设 置 重 锤 式 刮 蜡机构;4、造价较高 经以上对比,由于原油中含有一定蜡质,需安装刮蜡装置,钢制焊接式内浮顶的承重能力和强度均较高,更适用于原油储罐改造的实际工况。改造后浮盘与罐顶间的气体流动速度较小,具有良好的保温性,综合单双盘经济性、制造难度等因素,宜选用钢制单盘式浮盘。2.3 密封选用将拱顶罐改造为内浮顶罐时,标准要求应采用浸液式、机械鞋形等高效密封。机械鞋形密封通常是通过弹簧或配重杠杆等使金属薄板垂直紧抵于储罐罐壁上的密封形式,工程中应用较多的是重锤式、板弹簧靴式和弹性大补偿密封7,其水平推靠的密封力由重力或弹簧弹力提供,密封的持久性好,但一次密封下方与液面间仍存在气相空间,浮盘上下浮动过程中难以避免气体流动,不利于VO C s的治理,且密封结构相对复杂。弹性泡沫一次密封在大型原油外浮顶罐中应用广泛,这种密封底部浸入到油面以下,消除了油气空间,外层包覆的橡胶带可使用1 5年8,在储罐改造前对罐壁进行处理,实现焊接部位的平滑过渡,能保证在内浮顶罐上的使用效果。3 改造设计3.1 整体设计将拱顶罐改为内浮顶罐的主要内容包括原罐内设备的拆除、新增加浮盘、调整增加导向装置和仪表开口、选取罐顶附件、配备带芯人孔和平台9。3.2 浮盘设计内浮顶罐内设置的开孔附件等不得阻碍浮盘上下浮动,在浮动和静止状态下浮盘均应处于水平漂浮状态,整座内浮顶下表面与储液完全接触。为避免储液溢出,内浮顶外边缘板、支柱及开口接管应至少高出液面1 5 0 mm。浮顶浮力按7 0 0 k g/m3计算,内浮顶上与储液气或储液连通的所有缝隙均采用焊接方式进行有效密封。单盘式内浮顶任何两个隔舱和单盘同时泄露后,浮顶应仍能漂浮在液面上。内浮顶设置固定浮顶支柱的高度应使浮顶距离罐底不小于1 8 0 0 mm,并在下方设置垫板1 0。3.3 浮盘附件内浮顶的密封选用浸液式软泡沫密封,由于泡沫有一定弹性,能补偿1 0 0 mm的环向间隙偏差,密封带环向接头通过粘接或硫化的方式连接,橡胶带应为整条胶带。浮顶支撑状态下,通气阀应灵活开启,漂浮状态下通气阀应良好密封。3.4 储罐附件为减小通气孔设置对储罐最高液面的影响,将所有通气孔设置在罐顶,在中央通气孔下方设置阻火器,并使环向通气孔面积满足标准要求,尽可能均匀分布并避开罐顶焊缝。为防止浮盘转动,内浮顶罐内设置导向管和量油管作为导向装置,在穿过内浮顶位置做好密封。浮顶上所有的金属件均互相电气连通,并通过罐壁与罐外部接地件相连,静电导出线与固定顶相连。浮盘周围配备重锤式刮蜡装置,使刮板的压紧力维持恒定,且不存在漏刮区段。距罐底2.5 m处设置带芯人孔及配套梯子平台。33 2 0 2 3年第8期谭 凯等 VO C s排放治理原油储罐改造探索图1 原油内浮顶储罐结构1-0量油管 2-0环向通气孔 3-0阻火器 4-0中央通气孔 5-0静电导出装置 6-0导向装置 7-0钢制单盘式内浮顶 8-0带芯人孔平台 9-0带芯人孔 1 0-0一次软泡沫密封 1 1-0刮蜡装置3.5 开口调整与拱顶罐不同,内浮顶罐正常运行过程中内浮顶不得落地,改造时需调整高低液位和高高、低低液位,保证罐内有一定高度的原油,同时将雷达液位计管作为浮盘导向管。为减小原油输入对储罐本体和浮盘的冲击,改造时在储罐内部的进油管线内部设置扩散管,并使之浸没于油面以下。4 施工要求4.1 施工前准备施工前,需先对改造储罐进行清罐和检测,对于腐蚀超标的部位进行焊补或更换,确保罐底水平度、罐壁垂直度满足标准要求,罐壁圆度及局部凹凸控制在一次密封弹性所能补偿(1 0 0 mm)的范围内。对于前期进行氮封保护的储罐,应拆除罐顶原有氮封组件,并封堵相关开口。4.2 浮盘加工为尽可能减小储罐改造工作量,采取在储罐罐壁上开施工门的方法将预制件和材料运输至储罐内,施工前应对储罐进行检验和评估,必要时应进行强度或稳定性核,完成施工后按原设计封堵施工门,并进行检测,确保储罐满足设计要求。储罐内浮盘一般在现场加工,加工完成排板设计,现场切割板材,并按照需要依次从施工门中输送至储罐内,浮盘焊接从组焊浮舱开始。焊接前先在罐内搭设浮舱胎具,单盘板铺设时先在中心板划出十字中心线,按照排板图铺设好中心板,再依次向四周铺设浮盘底板。先焊下表面的焊接接头,后焊上表面焊接接头,焊接上表面接头时,先焊短焊缝、后焊长焊缝,宜采用分段退焊或跳焊法,上下表面接头焊接后再与固定在浮舱上的连接,焊工应对称分布1 0。4.3 储罐防腐与检测完成浮盘制作后,需对储罐罐顶、罐底和罐壁上下2 m位置进行喷砂除锈和防腐处理,并按照G B 5 0 1 2 8-2 0 1 4中相关规定,通过真空箱法和充水试验等方法对罐壁 和内浮顶的 强度 及 严 密 性 进 行检测。43 内蒙古石油化工2 0 2 3年第8期 图2 储罐改造施工过程5 结论1)本文以油田储罐改造工程实际为背景,对原油储罐的VO C s治理标准进行了分析,并论述了原油储罐治理方式的优缺点。2)通过分析对比,使用一次软泡沫密封和重锤式刮蜡装置的钢制单盘式内浮顶更适用于原油储罐改造。3)从储罐改造设计到后期施工,文中所述技术路线在总结前期储罐治理经验基础上借鉴了轻质油罐的改造方法,满足标准规范要求。4)原油储罐改造完成后能基本消除VO C s排放,符合环境保护和标准规范的要求。参考文献1 生态环境部.挥发性有机物无组织排放控制标准:G B3 7 8 2 2-2 0 1 9S.北京:中国环境出版集团,2 0 1 9.2 生态环境部.陆上石油天然气开采工业大气污染物排放标准:G B3 9 7 2 8-2 0 2 0S.北京:中国环境出版集团,2 0 2 1.3 陈凯.关于内浮顶储罐VO C挥发影响因素的分析J.中国石油和化工标准与质量,2 0 2 1(2 1):2 6-2 7.4 孙可江,全接液浮盘和全补偿密封在重整料储罐的应用J.清洗世界,2 0 1 9,3 5(4):5-7.5 常岳松,潘新伟,宋瑞冬,等.立式圆筒形储罐设 计 中 的 几 点 建 议 J.石 油 化 工 设 备,2 0 1 6,4 5(1):8 4-8 7.6 谢业东,大型储罐改造设计及存在问题分析J.化工设备与管道,2 0 0 2,3 9(2):3 5-3 7.7 徐英,杨一凡,朱萍,等.球罐和大型储罐:M.化学工业出版社,2 0 0 5,2 3 8-2 4 5.8 尹晔昕,傅伟庆,孟庆鹏,等.石油储罐附件第4部分:泡沫塑料一次密封:S Y/T 5 0 1 1.4-2 0 1 0S.北京:石油工业出版社,2 0 1 1.9 张峻.拱顶罐改内浮顶罐结构设计J.石油化工设备,2 0 0 6,3 5(2):4 3-4 6.1 0 刘志华,张卫国,金华,等.储罐施工:M.石油工业出版社,2 0 1 6,1 0 6-1 0 8.53 2 0 2 3年第8期谭 凯等 VO C s排放治理原油储罐改造探索