图1 优化前后罐区VOCs排放量对比

　　表1 全浸液蜂巢式内浮盘与浮筒式内浮盘性能对比

　　表2 优化前后罐区VOCs排放量核算结果
　　摘要:为从源头削减航油储罐挥发性有机物(VOCs)排放,成都天府国际机场供油工程将铁路卸油站4座5000m3、机场油库4座20000m3航煤储罐的浮筒式内浮盘优化为全浸液蜂巢式不锈钢内浮盘, 并对罐内附件实施密封处理。采用浮顶罐总损耗公式核算并结合运行实测验证, 结果表明:该技术消除了浮盘下方的油气空间,两处罐区VOCs排放量分别由59.17t/a、34.40t/a降至 9.107t/a、5.183t/a,年减排约79.3t,削减率约84.7%, 验收实测推算的实际排放量远低于核算值。该技术减排效果显著、运行安全可靠,可在航油及同类轻质油品储罐中推广应用。
　　关键词: 全浸液蜂巢式内浮盘;航空煤油储罐;内浮顶罐;挥发性有机物
　　引言
　　挥发性有机物(VOCs)是形成细颗粒物和臭氧的重要前体物,储罐大、小呼吸造成的油气挥发损耗是石油储运环节VOCs无组织排放的主要来源之一,也是油品损耗和罐区安全隐患的重要成因[1-3]。航空煤油(3号喷气燃料)虽属低挥发油品,但大型机场供油系统储罐周转频繁、总周转量大,罐区VOCs排放总量仍不容忽视。《储油库大气污染物排放标准》(GB20950—2020)和《挥发性有机物无 组织排放 控 制标准》(GB37822—2019)均要求油品储存采用内浮顶罐并配套高效密封,推动储罐浮盘技术向全接液、高密封方向发展。
　　内浮盘是内浮顶储罐控制油气挥发的核心部件。国内常用的浮筒式内浮盘与液面之间存在约100mm的油气空间, 长期运行后易出现密封不良、浮盘变形甚至塌盘、沉盘等问题,节能减排效果受限[4-5]。全浸液蜂巢式内浮盘(又称全接液蜂巢内浮盘、不锈钢双盘式内浮盘)为模块式全接液浮盘技术, 浮盘整体与液面完全接触、下方无气相空间,可从源头阻断油气挥发,已在欧美及我国台湾地区广泛应用。成都天府国际机场供油工程是国内机场航油系统首次规模化应用该技术的工程实践,本文结合其优化设计、源强核算与竣工环保验收监测结果,分析该技术的VOCs减排效果,为同类工程提供参考[6-7]。
　　1.工程概况
　　成都天府国际机场供油工程主要包括铁路卸油站和机场油库两部分,储存介质为3号喷气燃料(密度775~830kg/m3, 雷德蒸汽压约30kPa),两处罐区航煤年周转量均为120万t。铁路卸油站总库容20000m3,设4座5000m3立式内浮顶锥底油罐(直径21m);机场油库总库容80000m3, 设4座20000m3立式内浮顶锥底油罐(直径37m)。原环评批复方案中,8座储罐均采用不锈钢浮筒式内浮盘,核算罐区VOCs 无组织排放量分别为59.17t/a和34.40t/a。
　　为减少油气排放、降低油品损失,建设单位组织环保、化工、安全、储运等行业专家对方案进行评审,并赴四川石化、南京扬子石化等已运行现场及生产厂家实地调研,最终确定将两处罐区储罐内浮盘变更为全浸液蜂巢式不锈钢内浮盘,同时对罐内立柱等附件进行密封处理,并将储罐内壁除锈频次由三年一次提高至两年一次[8]。
　　2. 全浸液蜂巢式内浮盘结构与减排机理
　　2.1结构特点
　　全浸液蜂巢式内浮盘由多个内置蜂窝巢芯的模块单元拼装而成。模块箱体采用304不锈钢板与蜂窝芯组合的全焊接双盘式结构,箱体厚度约120mm, 每平方米蜂窝芯由不少于1500个相对独立的蜂窝孔构成,每个蜂窝孔均为独立密闭的浮力单元:即使箱体受到穿刺破坏, 液体仅充满单个窝孔,不影响浮盘整体浮力;即使任意两个箱体泄漏,内浮盘仍能漂浮于液面且不产生附加危害。浮盘总浮力不小于其设计重量的3倍,蜂窝芯支撑强度达API标准要求的7倍以上,可满足多人在浮盘上同时检维修作业而不变形,从根本上避免了浮筒式浮盘因浮舱失效、浮力分布不均引发的偏盘、卡盘乃至沉盘事故。
　　浮盘采用工厂化预制、现场模块化拼装,全部部件均可经罐体人孔进出, 罐内组装无需开顶、无需动火作业,施工周期短、安全风险低。模块之间的纵边连接处采用同材质金属密封压条多道密封,锁固件均为不锈钢材质,整体结构紧密、平整,浮力均匀。
　　2.2高效密封系统与减排机理
　　浮盘边缘密封采用全补偿弹性板一次密封, 由滑动弹力板、密封隔膜、调节板、弹力压板等部件组成:弹力板采用0.45mm优质不锈钢,兼具硬度、弹性与耐腐蚀性,其尺寸按储罐实际变形情况经设计计算和弹力测试确定;密封隔膜采用聚四氟乙烯乳液涂覆玻璃纤维布,耐油耐老化。密封装置与罐壁全接触、弹性压力板浸液运行,浮盘本体深入液面10~15mm,使浮盘与介质液面之间不存在气相空间,介质无暴露面,从源头消灭了大、小呼吸的油气挥发空间。人孔、计量井、采样管、导向柱、负压消除装置等浮盘附件亦均采用全接液密封形式,罐内立柱加装伸缩封囊套, 进一步切断附件泄漏通道。
　　除环保效益外,全接液密封形式还使储罐增加约100mm的有效储存高度, 提高了罐容利用率;浮盘无气相空间也显著降低了罐内火灾爆炸风险,安全性与经济性同步提升。
　　2.3与浮筒式内浮盘的性能对比
　　全浸液蜂巢式内浮盘与传统浮筒式内浮盘的主要性能对比如表1所示。
　　3.VOCs减排效果核算
　　3.1核算方法
　　优化前后罐区VOCs排放量均采用《石化行业VOCs污染源排查工作指南》推荐的浮顶罐总损耗公式核算,核算方法与原环评一致,保证结果可比。内浮顶罐总损耗为边缘密封损耗、挂壁损耗、浮盘附件损耗与浮盘缝隙损耗之和。主要参数取值:航煤密度780kg/m3、气相分子量130g/mol、雷德蒸汽压30kPa、年平均储存温度20℃、罐点平均风速1.9m/s。优化后的关键参数变化为:边缘密封按“焊接液态镶嵌式密封(密封浸于储液中、无气相空间)”取值,零风速边缘密封损耗因子由6.7降至1.6lb-mol/(ft·a),密封相关风速指数由3降至1.5;罐体油垢因子因内壁除锈频次提高由0.15降至0.0075bbl/1000ft2;浮盘为全焊接结构, 盘缝损耗为零。
　　3.2核算结果
　　优化前后罐区VOCs排放量核算结果见表2和图1。优化后,挂壁损耗仍为排放主体(占比99%以上), 但因油垢因子大幅下降而显著削减;边缘密封损耗和附件损耗亦降低约95%。铁路卸油站罐区VOCs 排 放 量 由 59.17t/ a(6.75kg/h)降至9.107t/a(1.04kg/h),削减84.6%; 机场油库罐区由34.40t/a (3.93kg/h) 降至5.183t/a(0.592kg/h),削减84.9%;两处罐区合计年减排VOCs约79.3t, 总削减率约84.7%。
　　3.3实测验证
　　同类工程实测数据支持上述核算结论。建设单位收集的天津大港石化油品储罐区监测记录显示,在进油和静止工况下,全浸液蜂巢式内浮盘储罐呼吸阀、透气窗、采样口等部位的VOCs浓度较浮筒式内浮盘储罐削减62.1%~88.8%(如静止工况呼吸阀处由608ppm降至94ppm, 进油工况透气窗处由930ppm降至192ppm),与公式法核算的削减幅度总体吻合。
　　本项目2023年竣工环境保护验收期间的监测结果进一步验证了实际减排效果: 机场油库航煤罐通气孔VOCs逸散浓度约为12.1mg/m3, 结合通气孔逸散及设备与管线组件泄漏情况推算,机场油库罐区(4座)VOCs实际无组织排放量约0.30t/a; 铁路卸油站储罐通气孔在收发油及静止工况下VOCs浓度为10~20ppm (约14.2mg/m3),推算罐区实际排放量约0.15t/a。两处实际排放量均显著低于公式法核算值 (5.183t/a、9.107t/a),表明公式法结果偏于保守, 全浸液蜂巢式内浮盘的实际减排效果优于设计预期。验收监测期间罐区无组织排放监控点VOCs浓度最大值为0.245mg/m3(占标率40.88%),罐区及周边无组织排放满足《大气污染物综合排放 标 准》(GB16297—1996) 及GB37822—2019 的相关控制要求。
　　4.综合效益分析
　　环境效益。两处罐区年减排VOCs约79.3t, 削减率约84.7%,从源头大幅降低了油气无组织排放。据此重新核算的大气环境防护距离大幅收缩: 铁路卸油站航煤罐区由边界外500m调整为100m, 机场油库由300m调整为50m, 调整后的防护距离内均无环境敏感建筑, 工程不再涉及防护距离内居民搬迁, 显著缓解了油库选址与周边用地规划的矛盾。
　　经济效益。VOCs减排的实质是油品损耗的降低, 按年减排约79.3t油气折算, 每年可减少相当数量的航煤损耗;同时储罐有效储存高度增加约100mm, 罐容利用率和周转效率提高。
　　安全效益。浮盘下方无气相空间,消除了罐内爆炸性混合气体积聚的条件;蜂窝式独立浮力单元结构从根本上避免了偏盘、卡盘、沉盘事故; 不锈钢材质免防腐维护, 施工和检修均无需开顶动火,全生命周期安全性和运行可靠性显著提升。
　　结论
　　全浸液蜂巢式内浮盘通过浮盘本体浸入液面、消除盘下气相空间,配合全补偿弹性板浸液密封和附件全接液密封,从机理上阻断了储罐油气挥发通道,是航油储罐VOCs源头治理的有效技术。
　　成都天府国际机场供油工程应用结果表明: 优化后铁路卸油站、机场油库罐区VOCs排放量分别削减84.6%和84.9%, 合计年减排约79.3t; 验收实测推算的实际排放量(0.15t/a、0.30t/a)远低于核算值, 减排效果优于设计预期,罐区无组织排放稳定达标。
　　该技术兼具环境、经济与安全综合效益,并可使储罐大气环境防护距离大幅收缩,为机场油库等环境敏感区域的油品储存设施建设提供了可行的技术路径,建议在航油储罐及同类轻质油品储罐的新建和改造工程中推广应用。
　　参考文献
　　[1]环境保护部办公厅.石化行业VOCs污染源排查工作指南:环办〔2015〕104号[Z].2015.
　　[2]生态环境部,国家市场监督管理总局.储油库大气污染物排放标准:GB20950—2020[S].北京:中国环境出版集团,2020.
　　[3]生态环境部,国家市场监督管理总局.挥发性有机物无组织排放控制标准:GB37822—2019[S].北京:中国环境出版集团,2019.
　　[4]中华人民共和国住房和城乡建设部.立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范:GB50341—2014[S].北京:中国计划出版社,2014.
　　[5]中华人民共和国住房和城乡建设部.石油化工企业设计防火标准:GB50160—2008 (2018年版)[S].北京:中国计划出版社,2018.
　　[6]四川省工业环境监测研究院.成都天府国际机场供油工程环保措施优化环境影响分析报告[R].成都:四川省工业环境监测研究院,2020.
　　[7]北京欣国环环境技术发展有限公司.成都新机场环境影响报告书 (供油工程专项报告)[R].北京:北京欣国环环境技术发展有限公司,2015.
　　[8]四川省生态环境监测总站.成都天府国际机场供油工程(场内部分)竣工环境保护验收调查报告[R].成都,2023.
　　中国航空油料有限责任公司西南公司 宋轶曦