油氣回收在線監測技術發展現狀及改進建議（油氣回收在線監測系統作用）

加油站在油品接卸、儲存、銷售等各環節不可避免的存在油氣蒸發、泄漏等情況。蒸發和泄漏的油氣是烴類VOCs與空氣的混合物,是形成化學污染和臭氧生成的前體物質,不僅污染大氣環境,而且造成資源浪費,并且存在安全隱患。

為了減少和控制油品運輸、儲存、銷售各環節發生的油氣蒸發和泄漏,原國家環境保護總局在2007年發布實施了GB20952—2007《加油站大氣污染物排放標準》,要求全國范圍內的加油站需在2015年1月1日前完成油氣回收改造,規定年銷售汽油量大于8000t及臭氧濃度超標城市年銷售量大于5000t的加油站應安裝油氣回收在線監測系統。

部分學者對京津冀一帶的20多個加油站安裝的油氣回收系統進行檢測,發現國內加油站安裝的油氣回收系統氣液比(A/L)和密閉性不合格率偏高,油氣回收系統運行效果及油氣回收效率很難保障。因此,按照國家標準規范要求,建設并運行油氣回收在線監測系統運用在線監測手段代替人工監測,實時、連續對油氣回收系統運行情況進行監測,確保油氣回收系統穩定運行、油氣回收效率有效是非常必要的。

1.國外油氣回收在線監測技術現狀

20世紀80年代以來,美國、德國等發達國家陸續頒布法令要求加油站對蒸發、泄漏油氣進行處理,安裝油氣回收處理裝置(二次油氣回收),實現油氣零排放。為確認油氣回收處理裝置運行效果,美國環保署(EPA)對安裝了油氣回收處理裝置的加油站開展了檢測研究,發現油氣回收系統平均回收效率僅為60%左右。通過對各項指標分析結果可知,因A/L不合格造成油氣回收效率低的占24%,油罐壓力過高導致油氣泄漏排放,回收效率低的占29%,油罐或輸油管道泄漏引起油氣泄漏回收效率低的34%。美國加州空氣資源委員會(CARB)在1999年開展的加油站現場檢測結果表明,油氣回收系統有90%出現泄漏,油氣回收系統設備故障率4.8%~47.4%,加州地區有相當一部分加油站油氣回收系統處在低于認證效率的狀況工作。1998年,德國對加油站油氣回收系統應用情況進行了全面的檢查,情況與美國相似,大部分設備偏離了正常工作狀態。因此,EPA認為僅完成加油站油氣回收改造尚不能根本解決加油站油氣泄漏排放的問題,需要使用在線監測的手段,對油氣回收系統進行長期、連續監測,依據監測結果對不合格的處理單元進行修復處理,才能有效保證油氣回收系統運行效果及油氣回收效率。

目前,商品化的油氣回收在線監測設備以國外產品居多,有美國Veeder-Root公司的ISD系統、Franklin的INCONVRM系統、德國FAFNIR公司的VAPORIX系統以及法國的TOKHEIM公司的ECVR-SCS系統。美國Veder-Root公司的ISD系統是唯一通過美國CARB認證的加油站油氣在線監測設備,由羅茨流量計、壓力傳感器、ISD內存擴展卡和ISD接口模塊等組成,其工作原理是將流量計和壓力傳感器采集數據傳輸至加油機TLS控制臺,同時采集加油量脈沖信號,計算A/L;羅茨流量計可自動補償因罐壓和溫度變化導致的誤差;具有非正常工作狀態報警及強制鎖定加油機功能,督促加油站管理人員對故障進行維修,保持系統穩定運行。德國FAFNIR公司的VAPORIX系統由VAPORIXFlow(油氣傳感器)、VAPORIXControl(控制器)、VA-PORIXMaster(操作面板)組成,其工作原理為通過在線測量油氣濃度、溫度、流量及流速等參數,結合加油量脈沖信號,計算A/L;同樣具有非正常工作狀態報警及故障自動控制功能。

2.國內油氣回收在線監測技術現狀

2008年,北京市、天津市、河北省設市城市加油站開展并完成了油氣回收改造工作;長江三角洲、珠江三角洲地區加油站也于2010年陸續完成油氣改造工作。但是,由于我國在油氣回收改造及系統安裝、運維方面的經驗欠缺,再加上銷售企業和加油站對油氣回收系統應用的重視程度不夠,油氣回收系統安裝之后,系統運行效果及油氣回收效率不能得到保證。嚴龍等對京津冀一帶的20多個加油站安裝的油氣回收系統進行檢測發現,液阻合格率為95.4%,A/L和密閉性兩項指標的合格率僅59.8%和47.6%。由此可以看出,國內加油站安裝的油氣回收系統A/L和密閉性不合格率偏高,油氣回收系統運行效果及油氣回收效率很難保障,需要盡快按照GB20952—2007《加油站大氣污染物排放標準》要求,安裝并運行油氣回收在線監測系統,對油氣回收系統運行狀態進行長期、連續、在線監測,對非正常工作狀態進行實時報警,確保能夠及時發現并處理設備故障。

針對歐美油氣回收在線監測系統監測參數少(僅能監測A/L、油罐壓力兩項參數),不具備無線遠程傳輸數據功能,且價格過高、后期維護困難等不足,國內部分研究機構與學者對照國家規范要求,結合國內加油站現狀,開展了加油站油氣回收在線監測系統研究。中國機械科學研究總院開發研制的RSS系統,可以對A/L、油罐密閉性、外排VOCs濃度等技術指標進行實時、在線監測,遠程實時傳輸數據,并對數據進行集中處理,實現了分類權限管理、資料安全控制、報警處理、數據統計與顯示、報表及打印、故障模式分析等功能,但是RSS系統尚無廣泛的市場應用,其系統的穩定性以及數據的可靠性未知。

研制的專門用于加油站在線監測的數據采集器,可以對加油量數據、回氣體積、油罐壓力等參數進行采集,通過嵌入式監控機對采集數據進行存儲、分析、報警和遠距離傳輸。系統具有占用空間小、成本低和施工安裝方便等特點。盡管國內對加油站油氣回收在線監測系統研究工作起步較晚,但是隨著國家對這方面工作重視程度不斷提高,國內研究機構、學者在充分借鑒國外先進經驗的基礎上,國內油氣回收在線監測系統的發展應該具有良好的前景。

3.油氣回收在線監測系統組成及工作原理

3.1系統定義

GB20952—2007《加油站大氣污染物排放標準》中對于油氣回收在線監測系統的定義是:在線監控系統是一套能夠在線監控油氣回收過程中油槍的A/L、地下管路系統中的密閉性和管線的液阻這三項指標是否正常的系統,當系統發現異常時可提醒操作人員采取相應措施,并能記錄、儲存、處理和傳輸監控監測數據。

3.2系統組成

系統一般由傳感器、電測子系統、數據遠程傳輸系統、數據集中管理軟件平臺組成。因實際應用技術不同,系統的組成也不一樣。具體見圖1。

3.3工作原理

通過安裝在現場的測量儀表、數據采集傳輸設備以及數據處理設備,對油氣回收系統運行關鍵參數(回收氣量、加油量、油罐及管路壓力等)進行測量、分析及傳輸,計算A/L、密閉性、液阻等指標并進行實時監控。具體為:通過流量計測量系統工作時回收油氣的流量,產生脈沖信號,傳輸至數據采集模塊,換算為累計流量,同時數據采集模塊自動計算真空泵抽氣時長,利用體積與時長計算回氣平均流速,另外,數據采集模塊同步采集加油量脈沖信號,計算對應加油體積,回氣體積與加油體積之比,即A/L指標;通過壓力變送器測量回氣管路壓力,輸出的模擬信號通過數據采集模塊轉換,依據壓力值在系統工作過程中規律性波動范圍以及油氣回收系統在靜態下的下降速率與數值,計算管路的液阻指標以及罐體與管路的密閉性指標。

4.油氣回收在線監測系統應用改進建議

自2007年GB20952—2007《加油站大氣污染物排放標準》發布實施以來,在全國范圍內開展油氣回收改造,安裝油氣回收系統的加油站越來越多,而僅通過常規、人工的年檢及抽檢不能有效保證油氣回收系統運行效果及油氣回收效率,需要盡快建立以在線監測為主、常規檢測為輔的新型加油站環保管理模式,監督并確保油氣回收系統達到預期效果。

4.1提高油氣回收系統以及在線監測系統應用意識

加油站及其從業人員是加油站油氣回收系統和在線監測系統運維管理的責任主體。GB20952—2007《加油站大氣污染物排放標準》中規定:當油氣回收系統發生故障,無法達到預期處理效果時,在線監測系統會自動報警提示及時維修,當相關指標超過設定限值時,系統會強制加油機停止工作。但是,實際情況是加油站和銷售企業片面追求油品銷量,忽視油氣回收作為節能減排、環境保護一項重要措施的意義,在在線監測系統中安裝人工操作開關,強制啟動因故障關閉的加油機繼續工作,使得安裝在線監測系統的意義喪失。針對這些問題,應加強政策引導及宣傳力度,督促銷售企業和加油站組織開展相關教育與培訓,提高加油站及其從業人員對于安裝油氣回收系和在線監測系統意義的認識,樹立節能減排、環境保護的主觀意識,杜絕上述不良行為。

4.2制定技術標準,規范在線系統安裝、驗收及運行管理

應充分借鑒西方發達國家在油氣回收系統和在線監測系統建設及運維管理方面的優秀經驗,結合我國國情制定油氣回收在線監測設備安裝、驗收以及運維管理方面的標準,規范在線監測設備的安裝、驗收及運維管理行為。需要盡快制定發布油氣回收在線監測設備的認證規范和標準,避免人為因素對在線設備運行造成的干擾,要制定相關處罰規定,為油氣回收在線監測系統穩定有效運行提供足夠的技術依據和法律支持。

4.3開展在線設備計量防爆認證,強化數據有效地位

油氣回收在線監測系統因其行業特殊性,需要安全、技術監督和計量認證等管理部門對設備開展有效地計量防爆認證和相應監督管理。只有通過上述管理部門的認證,才能有效保證各參數數據的準確、有效,才能保證各監控指標結果能夠如實反映油氣回收系統運行狀態,從而真正為加油站油氣排放管理提供決策支持。

4.4推行第三方運維管理,做好技術保證

做好設備的日常運維管理,是系統平穩有效運行的前提和保障,而設備故障處理的及時性和有效性,則是系統平穩有效運行的技術手段。油氣回收在線監測系統的運維管理可以參照污染源在線監測設備的運維管理,建立第三方運維管理模式,由其對在線監測設備進行專業的維護管理和故障排除。這就需要提前制定嚴格的第三方運維管理單位的準入機制和淘汰機制,建立相關評價標準,規范第三方運維管理單位的行為,為在線設備的運維管理和故障處理提供技術保證。

5.結束語

油氣回收在線監測系統通過對密閉性、A/L、液阻等關鍵技術指標進行實時在線監控,有效解決油氣回收應用率低和油氣回收率低等問題。而目前,油氣回收在線監測重要性認識不足,在線監測系統安裝、驗收、運行管理缺少標準規范,在線監測設備防爆計量認證工作未有效開展以及有效運行管理模式尚未建立等問題的存在,大大限制了油氣回收在線監測系統作用的發揮,只有繼續加大油氣回收在線監測相關工作研究力度,有效解決存在問題,才能真正發揮油氣回收在線監測系統的監管作用。