提高加油站油气回收在线监测系统稳定性的思考和建议

王金余

中国石化销售股份有限公司上海石油分公司

0 引言

近些年来，随着我国机动车保有量的快速增长，汽油等汽车燃料的年消费量也不断增高。汽油油气是典型的挥发性有机物（VOCs），是造成光化学污染的主要原因之一，在光照作用下很容易与NOx等反应形成臭氧。此外，加油站等工作场所油气挥发不仅容易发生火灾爆炸事故，而且会造成油气资源浪费和经济损失。因此，我国于2007年颁布了《加油站大气污染物排放标准》（GB20952-2007）。全国各地陆续开展了加油站汽油卸油及加油环节的油气回收技术改造工作，分别称为“一次油气回收和二次油气回收”，油气污染治理取得了较好的成效。2020年我国对上述标准进行了修订，发布了《加油站大气污染物排放标准》（GB20952-2020），与2007年发布的标准相比，新标准增加了“对油气回收系统检查维护和大气污染物排放相关指标监测”的要求，表明了我国对加油站油气污染治理工作已转移到对油气污染治理设施正常运行、维护的日常监督与检查方面。

为了进一步提高治理效果，保证加油站油气治理设施正常运行，截至2020年上海地区汽油销售量2 000 t以上的加油站已陆续安装了油气回收在线监测系统，系统运用后表明，在线监测可以直观地监控汽油枪加注油品过程中气液比、油罐压力与温度等性能指标是否正常，大幅减轻了加油站人员日常维保工作量，保证了加油过程中逸散油气的高效回收。

1 油气回收与在线监测系统

加油站油气回收系统主要由卸油油气回收系统、汽油密闭储存、加油油气回收系统、在线监测系统组成。该系统的主要作用是将汽油在卸油、加油环节中产生的油气，通过回气管道密闭收集回收到油罐车或埋地油罐中，从而实现控制油气超标排放的目标。

在线监测系统是指“在线监测加油油气回收过程中的气液比以及油气回收系统的密闭性是否正常的系统，当发现异常时可提醒操作人员采取相应的措施，并能记录、储存、处理和传输监测数据。”[1]

2 国内外在线监测系统推广简介

美国是最早开展油气污染治理，也是油气回收技术最先进的国家之一。从20世纪40年代起，美国的石油公司和环保部门已经开始采取措施来降低油品的蒸发损耗。1975年美国政府要求加强汽车加油过程中油气散溢管控，计划在全美空气品质最差的地区采用加油油气回收技术作为控制油气逸散的策略措施。但美国加州环保部门在推行加油油气回收技术过程中发现，现有加油站的油气回收装置只是将油气混合物回收到储油罐中，但仍然可以通过油罐呼吸阀排到大气中，油气回收装置的有效率，油气回收系统有90%出现泄漏，油气回收系统故障率为4．8%～47．4%，加州地区有相当一部分加油站油气回收系统处在低于认证效率的状况工作，对周围大气环境仍构成污染。因此，在2001年，美国加州空气资源委员会推出了“强化油气回收法令”，该法令对汽油卸油环节、加油环节的油气回收效率作了更严格的要求，同时该法令要求“年加油量大于60万加仑（约1 700 t)的加油站必须安装站内监测诊断系统”[2]。

欧盟对油气回收排放的控制始于20世纪80年代。欧盟对加油站油气回收系统在线监控要求是从2007年开始的，要求加装有加油油气回收系统的加油站要同步建设在线监控系统。

我国对加油站油气污染治理主要始于2007年。2007年国家环保总局批准发布了《加油站大气污染物排放标准》，明确了加油站在油罐车卸油、加油过程中的油气控制工艺与排放标准。标准发布后，北京、广东、上海等地方政府陆续下发通知，全面启动了加油站油气污染治理工作。2017年，北京、上海地区开始了油气回收在线监测系统安装启动工作。截至2020年，上海地区汽油年销售量2 000 t以上的加油站已完成了在线监测系统的安装、上线工作。

3 在线监测系统构成与功能

在线监测系统通常由三大模块组成，主要包含传感器、数据采集器、站内监控平台（见图1）。

图1 油气回收在线监测系统示意图

3.1 传感器

主要包括油气流量传感器、压力传感器、油气浓度传感器、温度传感器等。

1）油气流量传感器。安装在加油机真空泵油气回收管路上，用于检测加油时汽油油气体积回收量的仪器。

2）压力传感器。安装在汽油罐通气管上，检测油罐内气体空间压力，判断油罐密闭性是否合格的仪器；以及安装在油气回收管线末端，用于测量液阻是否合格的仪器。

3）油气浓度传感器。安装在卸油口、油罐操作井等部位，检测上述部位设备设施是否有油气渗漏的仪器。

4）温度传感器。安装在汽油罐通气管上，检测周边环境温度和油罐内油气温度的仪器。

3.2 数据采集器

用于采集各类传感器信号及加油脉冲信号，并将收集的信号转换为相关数据后，传送给加油站监控平台。

3.3 站内监控平台

用于监测、显示整个油气回收系统工作情况的主机，安装于加油站室内。可以直观地显示并查询各汽油油枪气液比数据、油罐密闭性数据及油气回收管线液阻数据等。

3.4 系统总体功能

系统能检测、计算、分析加油过程中汽油加油枪油气回收量、加油量，实现汽油加油枪气液比监控；显示油气回收系统气体空间压力，具备油气回收系统密闭性等指标的监控功能；具备监测汽油油罐车卸油过程以及日常作业过程中，卸油口油气排放浓度是否超标功能；具备管线液阻监控等扩展功能。当气液比、油罐气体空间压力、油气浓度超标时，能按要求发出预警、报警信号。站内监控平台应能显示当前及历史油气回收系统运行状态的参数、表格或图形，并存储和打印一段时间内所要求的全部监控数据。

4 安装在线监测系统后的节能减排意义

安装在线监测系统后能实时判断加油站油气回收装置运行状态是否正常。根据美国环保署在2000年左右的调查结果，美国的加油站油气回收装置的正常工作状态仅在60%左右，而安装油气回收在线监测系统后，能在发现异常时及时提醒加油站工作人员采取相应的维保措施，从而提高油气回收装置的有效性，运行效率可提升到95%以上。

根据《中国加油站VOC排放污染现状及控制》文献中提到的VOC排放因子数值，未安装油气回收装置的加油站，汽柴油的排放系数平均值为“汽油4．95 kg/t、柴油0．075 kg/t”，其中加油过程的排放系数平均值为“汽油2．49 kg/t、柴油0．048 kg/t”[3]。

结合上述装置完好率及排放系数平均值，以某加油站年销售汽油量7 000 t计，如该站未安装在线监测装置，其加油油气回收装置有效率仅60%，安装在线监测系统后，装置有效率将提升到95%。计算数值如下：

通过以上计算，安装在线监测系统促进装置运行有效率提升后，该加油站每年在加油过程中可减少VOC排放量6．1 t。以每吨汽油进货成本7 000元计，年节约成本4万余元。

5 系统运行中存在的主要问题与解决措施

从近年来加油站在线监测系统预警、报警情况来看，系统对于油罐内气体压力、油气浓度的预警均比较准确，有助于设备维保人员及时判断、处理油气回收系统中密闭性存在的故障，如机械呼吸阀损坏、卸油口或计量口管线阀门没有关紧等。

但在油枪气液比数值预警方面，由于影响油气回气量的因素较多，往往需要仔细排查原因。

从目前在线监测系统气液比预警后，排查出的故障类型看，主要有五方面原因。

5.1 油气流量计的安装位置不同导致数据误差

安装在线监测系统时，由于某型号加油机内部空间较小，安装人员将油气流量计安装在油气回收真空泵上口进气端，由于该真空泵回气总管连接了两把加油枪，在两把加油枪重叠工作时，由于真空泵上口真空度较大，且由于油枪出油瞬间，流速要经过从慢到快的过程，加油结束以后，气液比数值经常出现偏大预警情况。经在线监测系统厂家人员与油气回收检测机构多次比对气液比数值后，确认在线监测系统的气液比采集数据出现了误差。

加油站安装的是分散式油气回收系统，原则每把枪上应安装一台油气流量计，确实因加油机内部空间影响的，可以将共用一台真空泵的多把油枪汇合起来，共用一台油气流量计，测算气液比时，应将多把枪回收的气体体积与加出的油品体积进行汇总后计算。无论是单枪单台油气流量计还是多枪共用一台油气流量计，在安装时尽量把油气流量计安装在真空泵出口端，避免启动时由于真空度过大造成影响。由于安装位置影响只能安装在真空泵进口端时，拟在数据采集器上对油气流量计设置修正值，修正值大小应请第三方专业检测机构协助确定。

5.2 采集器系统不兼容导致气液比数据出错

部分加油站安装在线监测系统后，发现站级平台监控器上部分汽油枪数据为灰色，显示“通信故障”，且对应油枪气液比数值显示为“无数据”，维保人员检修后发现该型号气液比数据采集器与加油机计量器上脉冲发生器数据不兼容，经重新调试后，系统恢复正常。

5.3 油品胶质堵塞油气流量计过滤网导致数值出现偏差

由于油品中含有微量胶质成分，油气流量计长时间运行后，其过滤网会被胶质成分堵塞造成回气量减少，引起气液比数值偏小。某加油站在查看站级平台时发现两把汽油枪在线监测系统上显示气液比数值偏小，站内人员检查后发现真空泵温度较高，经清洗真空泵滤网后，数值仍未恢复正常。加油机厂家与在线监测系统维护人员共同检查后发现，油气流量计滤网被堵塞，造成数据采集器气体体积数据采集量减少。

加油站安装的油气流量计精度较高，如果不在油气流量计前安装过滤器，油气液化之后，油品中的胶质会黏结在流量计内部，长时间运转后，会导致油气流量计卡住或出现流量计转轮运转偏慢情况，影响气体体积数据准确度。安装过滤器后，维保人员应定期清洗真空泵与油气流量计过滤器，避免胶质积聚，引起回气量数值出现偏差。

5.4 数据采集器未设置修正值导致气液比数据出现偏差

部分加油站安装系统后发现，在运行一段时间后，站级平台监控器上气液比数值出现偏小预警情况。维保人员及第三方检测机构通过专业仪器人工检测后，显示气液比数值均在正常范围之内，后经深入排查，主要原因在于人工比对用的第三方检测机构的专业仪器比较灵敏，在加油结束真空泵停止运行2 min之内，回气管内仍有油气缓慢进入检测仪器，检测仪器仍在收集并读取气体体积数据，此时气液比数值显示为合格。而在线监测系统在真空泵停止运行后，由于进气压力不足以推动油气流量计转轮转动，导致在线监测系统采集器收集的气体体积数值偏小，此时产生了数值误差。经专业人员对数据采集器设置了气体体积修正值以后，系统数据恢复正常。

第三方检测机构的检测气液比的仪器为专业仪器，且经过国家专业机构检测。设置采集器修正值时应以第三方检测机构检测值作为参考依据。每次加油结束后，专业仪器收集的气体体积值约在0．05～0．15L之间，可以取其平均数作为修正值，输入到数据采集器中对体积进行修正,减少数据误差。

5.5 人员操作不当引起气液比数值超标

日常加油过程中，操作人员不当操作也会引起气液比数值超标。如部分工作人员启动加油机时习惯用油枪枪管挑起加油机开关把，易造成油枪中回气管路密封圈损坏，导致气路进油。使用长胶管的加油站，加油结束后，员工没有及时盘好加油胶管，导致胶管被车辆碾压引起回气管路变形，造成进气量减少。

作业人员在启动加油机加油时不要用枪管挑起开关把；加油结束后，尽量将胶管盘好挂在加油机面板挂钩上；日常工作中要定期检查集气罩、真空泵、阀门是否完好，发现异常应及时报修。

6 小结

加油站油气蒸发是VOC排放的重要来源之一，油气回收装置的安装使用是控制油气排放的有效手段，而在线监测系统是有效监控加油站油气回收装置气液比、密闭性、油气浓度等性能指标是否正常的信息化管理手段，系统各点位传感器的预警、报警，可以为加油站工作人员和设备设施维保人员精准开展设备检修提供便利，保障了加油站油气污染治理设施的维修及时性。

在线监测系统的推广应用可以大幅降低加油站油品蒸发损耗，提高加油站节能降耗管理水平。以上海地区为例，该地区加油站年汽油销售量一般在400万t左右，在线监测系统应用后，可以及时发现设备设施油气逸散点，精准开展设备设施维修，为此可使上海地区加油站每年VOC排放量降低约3 500 t，年节约成本约2 400万元。

在线监测系统与政府生态环境部门联网后，为环保监督管理部门日常监管带来了极大的方便。通过平台上预警、报警数据，环保监管部门可以直观地看到加油站油气回收装置日常运行中存在的问题，为精准执法提供了依据。同时，通过一段时间的大数据分析后，环保监管部门可以更好地为企业油气回收装置的升级改造提供参考数据与技术支撑。