酸性水原料罐VOCs 治理改造措施

闫鸿寿，赵志君，王维斌，张永林，马驰

（中石油克拉玛依石化有限责任公司，新疆克拉玛依 834003）

VOCs 即挥发性有机物，常见的有苯、甲苯、甲醛、乙醛、硫醚、硫醇等。近年来，为逐步改善空气质量，按照《石化行业挥发性有机物综合整治方案》环发[2014]177 号控制挥发性有机物排放的要求，中石油克拉玛依石化加快推进各装置VOCs治理项目的实施。

克石化目前有两套酸性水汽提装置，均采用单塔侧抽工艺。其中Ⅰ套酸性水汽提装置投用产于2001年，设计处理能力45 t/h，后扩建至65 t/h，主要处理加氢装置酸性水，装置内设有两台1 000 m3酸性水原料罐；Ⅱ套酸性水汽提装置投用于2009年，设计处理能力80 t/h，2018年检修扩能改造后处理能力为120 t/h，主要处理焦化、蒸馏、催化等装置酸性水，装置内设有两台3 000 m3酸性水原料罐。

两套装置酸性水原料罐罐顶均采用双向安全水封罐，储罐操作压力-5 ～2 kPa，罐顶呼出的挥发气体经脱臭设施后高空排入大气，挥发气体组成复杂，主要成分是硫化氢、二氧化硫、硫醚、硫醇、氨、苯系物及低分子烃等。受上游来水量、系统操作、气候变化等影响，罐顶气相易突破水封，对周围环境和人身健康造成影响，需有针对性地进行VOCs综合治理。

1 改造方案选择

Ⅰ套和Ⅱ套酸性水原料罐尾气处理原有工艺采用高效脱臭剂吸附法，通过循环泵将液相除臭剂输送到脱臭塔顶部，以喷淋方式在散堆填料中与臭气逆向接触，吸收恶臭气体中的有害物质，处理后的净化尾气通过25米高的放空管高空排放，除臭剂循环使用，定期更换，但单纯采用脱臭剂不能除去酸性水原料罐顶尾气中的低分子烃等VOCs排放物。

目前用于炼厂尾气VOCs 治理的常用技术主要包括吸附法、吸收法、冷凝法和催化氧化（燃烧）法等。吸附法是利用活性炭等多孔性固体吸附剂来处理VOCs 流体混合物，再利用变温或变压等方法进行解析再生，主要用于低浓度高流量有机废气的净化[1]。吸收法主要是利用各种气体在吸收剂中的选择性吸收作用，在吸收塔内烃和吸收剂经过逆流接触，达到将容易溶于吸收剂的烃类组分和难溶于吸收剂的组分分开的目的。冷凝法主要是利用VOCs 中废气组分饱和蒸气压的不同，通过增加压力或者减低温度将废气冷凝，使部分有机物冷凝并逐级分离出来，通常此法只能回收部分有机物，需要与其他方法结合使用。催化氧化（燃烧）法是指在较低的温度下（250～500℃），废气中的可燃组分在催化剂的作用下氧化生成二氧化碳、水以及其他危害较小的化合物，从而净化可燃气体组分的一种VOCs处理方法[2]。

由于酸性水储罐罐顶气中不能通过脱臭剂脱除的组分主要是低分子轻烃，通过吸收及吸附法都很难达标排放，冷凝法则回收成本高且不适用于复杂组分情形，而催化氧化（燃烧）法没有同类装置实际工程应用借鉴。经过调研，有炼厂目前所采用的方法是将脱臭后尾气利用水环泵升压排入火炬管网，现场效果较好，主要体现在设备少，占地面积小、操作简单，日常无需维护，除水电外没有任何消耗，能够彻底根治VOCs泄漏。

最终根据实际情况，选择在原有脱臭设施基础上新增水环真空泵，将尾气升压后排入火炬管网及硫黄装置。由于Ⅰ套酸性水汽提装置和Ⅱ套酸性水汽提装置酸性水罐相距较远，两套装置需分别设置尾气升压撬块，此项工程于2018年实施并于当年年底投入运行至今。

图1 改造后流程

2 改造措施

2.1 增加升压撬块

每套装置两台酸性水原料罐罐顶气经原有脱臭设施后直接引入VOCs 治理设施（尾气升压撬块）内，由水环真空泵升压，经过气液分离罐将夹带的液体分离后进入低压火炬管网或和硫黄装置。

水环真空泵工作液采用装置自产净化水，泵运行中可进一步吸收脱臭塔来尾气中残余的氨、硫化氢等可溶于水的组分；产生的废水进入密闭的污水提升池后返回原料水罐。

此外，水环真空泵转动件和固定件之间的密封可直接由水封来完成，运行极为可靠。具有吸气均匀，工作平稳，操作简单，维修方便等特点。

2.2 增加罐顶氮封

酸性水原料罐罐顶气间歇排放，且气量不稳定，为减少原料水罐压力波动，避免抽负压，在两套酸性水装置原料水罐罐顶增加氮封设施。系统来低压氮气经过自力式调节阀减压之后进入原料水罐罐顶，进入各罐顶的氮气线均设置切断阀，罐顶压力低时补充氮气，罐顶压力高时切断氮气。改造后流程见图1。

2.3 设备及管线升级

原料罐顶双向水封投用正常是原料水罐安全运行的关键，原有水封罐及罐顶气相管线材质为碳钢，腐蚀剥离物曾多次堵塞排水管线导致水封失效，2018年检修时将水封罐及罐顶气相管线材质更换为316 L。同时，由于液环真空泵出口至火炬系统和硫黄装置的管线较长，且存在多处低点，易造成液封或者杂质堵塞。在此次改造中，将泵出口管线材质改用不锈钢、低点设置放空阀以便于排凝、吹扫，并全线配备伴热保温。

2.4 仪表控制优化

改造之前判断罐顶压力仅依靠原有脱臭塔顶的压力指示，在此次改造中每个罐罐顶都设置了3 组压力远传指示，且关联联锁保护，另外初期的联锁设置不合理，原料水罐压力低联锁停车的关联压力测量仪表只有一组，存在仪表失真从而造成原料水罐超压或抽瘪的风险，因此增加了专用的三取二压力联锁指示。

针对水环真空泵联锁停机复位时，需操作人员现场关闭排烟囱切断阀的问题，增加了DCS远程操作控制的联锁恢复方式，方便了操作。

3 改造效果分析

3.1 环境效益

原料水罐罐顶VOCs 气体经水环泵压送至火炬系统的排放过程相对稳定，目前采用将VOCs 尾气经脱臭塔水洗，排入火炬放空线至气柜回收，并入干气系统脱硫的方式对VOCs 尾气进行密闭处理。目前系统运行稳定，除臭效果良好，之前出现过的因脱臭剂饱和以及罐顶气压力异常增大并突破水封而引起恶臭污染的情况再未出现，极大的改善了周围环境。

后期计划将原来的脱臭剂改为连续补水和排水，使除臭塔可作为水洗塔使用，吸收尾气中的氨等可溶于水的组分，增强水洗效果。在特殊情况时，可以将尾气经脱臭剂脱臭后排放至火炬进行高空燃烧，燃烧过程配合消烟蒸汽的使用，可以做到无黑烟燃烧；因其他原因不能排入火炬系统时也可以将尾气并入硫黄装置尾气焚烧炉焚烧并经尾气处理部分处理后排放。

3.2 安全效果

通过液环真空泵出口压力调节阀和返回调节阀可以控制原料水罐罐顶压力稳定，同时通过原料水罐罐顶压力联锁设置和氮气补压切断阀可以保证原料水罐压力始终保持在正常范围内，有效保障了VOCs设施安全可靠运行。

同时提高对异常情况的处置能力培训，加强岗位应急演练等，确保原料罐出现异常情况时，能够快速停运液环真空泵或者切断氮封；水封罐净化水补水异常时，及时切换至由新水补水流程等，不断提高岗位判断处置能力。

3.3 经济效益

改造后减少了脱臭剂的消耗，以2018年脱臭剂消耗55 t计，每吨脱臭剂1.95万元，合计107.25万元；公用工程消耗按年8 400 h计，新增电力消耗约25.2 kW·h，折合10.8 万元，新增净化风消耗约10万m3，折合0.78万元，新增循环水消耗约5.04万t，折合1.66 万元，新增低压氮气消耗约8.4 万m3，折合16.8 万元，总计消耗30.04 万元，年可节省运行费用77.21万元。

4 结论

通过较少的设备投资，保留原有脱臭设施设备基础上增设撬块，实现了酸性水原料罐恶臭与VOCs的密闭治理，达到了设计要求。目前工艺经调整后不消耗脱臭剂，年节省费用77.21万元，产生了良好的社会、经济及环境效益。新增VOCs 治理设施运行维护简单方便，具有良好的可操作性。酸性水原料罐在投运VOCs 治理设施后运行安全平稳，可以实现长周期运行，对其他储罐罐顶VOCs 治理具有实际参考意义。