美國(guó)揮發(fā)性有機(jī)物監(jiān)測(cè)及減排最佳管理技術(shù)：煉油廠案例分析

近日，三角國(guó)際研究院發(fā)布《美國(guó)揮發(fā)性有機(jī)物監(jiān)測(cè)及減排最佳管理技術(shù)：煉油廠案例分析》報(bào)告，公眾號(hào)對(duì)報(bào)告主要內(nèi)容進(jìn)行了摘要和綜述，并在此分享與大家。

揮發(fā)性有機(jī)物與煉油廠概述

煉油廠和石化廠是美國(guó)乃至全世界范圍內(nèi)最大的揮發(fā)性有機(jī)物（VOC）排放源。多年來(lái)，美國(guó)聯(lián)邦環(huán)保署（USEPA）為這兩個(gè)工業(yè)部門(mén)涵蓋的各種排放源制訂了詳細(xì)的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，以治理其產(chǎn)生的VOC排放。最近，美國(guó)聯(lián)邦環(huán)保署又更新了煉油廠部分排放源的VOC大氣排放標(biāo)準(zhǔn)。本次報(bào)告將重點(diǎn)討論美國(guó)大氣排放標(biāo)準(zhǔn)中原有和新增的VOC污染防治技術(shù)要求。美國(guó)煉油廠VOC排放標(biāo)準(zhǔn)中提出的這些標(biāo)準(zhǔn)和監(jiān)測(cè)要求也同時(shí)適用于石化廠和有機(jī)化學(xué)品制造商的各類(lèi)VOC排放源。

美國(guó)聯(lián)邦環(huán)保署對(duì)VOC的定義是：

“揮發(fā)性有機(jī)物（VOC）指的是除一氧化碳、二氧化碳、碳酸、金屬碳化物或碳酸鹽及碳酸銨之外的，參與大氣光化學(xué)反應(yīng)的含碳化合物。”

工藝排氣    

排放源描述：美國(guó)聯(lián)邦環(huán)保署為部分排放源制訂了單獨(dú)的排放標(biāo)準(zhǔn)，因此這些排放源不受上述工藝排氣標(biāo)準(zhǔn)的約束。這些排放源包括：泄壓裝置排氣、設(shè)備泄漏、催化裂化裝置催化劑再生排氣、催化重整裝置再生排氣、硫磺廠排氣、包括汽提塔在內(nèi)的污染防治設(shè)備排氣、延遲焦化裝置脫焦作業(yè)、儲(chǔ)存裝置和廢水處理裝置排氣等。

原標(biāo)準(zhǔn)的VOC污染防治要求：根據(jù)原標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)要求，工藝排氣必須導(dǎo)入火炬或其它大氣污染防治設(shè)備?；鹁婧痛髿馕廴痉乐卧O(shè)備必須將廢氣中有機(jī)有害大氣污染物的重量降低98%以上，或?qū)⑵錆舛冉档椭?0ppmv（干基）以下，基準(zhǔn)氧含量為3%。

新增監(jiān)測(cè)和污染防治技術(shù)要求：新增的監(jiān)測(cè)和污染防治技術(shù)要求則對(duì)設(shè)備啟動(dòng)、關(guān)閉、故障、維護(hù)或檢驗(yàn)期間產(chǎn)生的排放作出了具體規(guī)定。在這些時(shí)段產(chǎn)生的大氣排放被稱為維護(hù)排氣。在將維護(hù)排氣釋放到大氣之前，廠區(qū)運(yùn)營(yíng)方必須最大限度地去除其中夾雜的液體，將工藝設(shè)備降壓，并將排氣導(dǎo)入污染防治設(shè)備（滿足上述98%減排或20ppmv干基濃度要求）、燃料氣系統(tǒng)或工藝過(guò)程進(jìn)行處理，直到其滿足以下任意一項(xiàng)條件：

接收維護(hù)排氣的裝置內(nèi)蒸汽的爆炸下限低于10%；或者如果蒸汽的爆炸下限無(wú)法測(cè)量，則裝置內(nèi)壓力應(yīng)等于或低于5psig；或者接收維護(hù)排氣的裝置內(nèi)含有72磅以下的VOC

火炬        

排放源描述：火炬指的是不具有密封燃燒室，借助不受控制的環(huán)境空氣燃燒氣體的燃燒裝置?；鹁婵梢苑譃樗膫€(gè)主要類(lèi)別：空氣助燃火炬、蒸汽助燃火炬、壓力助燃火炬和非助燃火炬。美國(guó)聯(lián)邦環(huán)保署新增的大氣污染排放要求主要涉及了空氣助燃、蒸汽助燃和非助燃三個(gè)類(lèi)別。

幾乎所有的煉油廠、石化廠或有機(jī)化學(xué)品制造商都通過(guò)至少一部火炬對(duì)設(shè)備啟動(dòng)、關(guān)閉或故障期間產(chǎn)生的廢氣進(jìn)行控制。一般來(lái)說(shuō)，每座煉油廠或石化廠通常設(shè)有3至4部火炬。除了緊急情況下的廢氣處理，火炬也經(jīng)常用于多種VOC排放源的污染防治。當(dāng)火炬氣燃燒不充分時(shí)，VOC便會(huì)釋放到大氣中。如果火炬的不正常運(yùn)行導(dǎo)致其燃燒效率降低，則可能產(chǎn)生大量的VOC排放。

原標(biāo)準(zhǔn)的VOC污染防治要求：

根據(jù)原標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)要求，火炬須：

是蒸汽助燃、空氣助燃或非助燃火炬

在廢氣可能導(dǎo)入的全時(shí)段保持運(yùn)行

按照不產(chǎn)生可見(jiàn)排放的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，且在運(yùn)行過(guò)程中不出現(xiàn)可見(jiàn)排放。每連續(xù)2小時(shí)內(nèi)可出現(xiàn)總時(shí)長(zhǎng)不超過(guò)5分鐘的例外在運(yùn)行時(shí)始終保持引燃火焰。引燃火焰須借助熱電偶或類(lèi)似的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控根據(jù)火炬的類(lèi)別和直徑，借助最低熱含量或最大火炬頭速度參數(shù)闡釋其初始合規(guī)狀況。

新增監(jiān)測(cè)和污染防治技術(shù)要求：在對(duì)原標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)要求及其執(zhí)行結(jié)果進(jìn)行審閱后，美國(guó)聯(lián)邦環(huán)保署認(rèn)為，應(yīng)當(dāng)以保證火炬滿足有害大氣污染物減排效率并在設(shè)備啟動(dòng)、關(guān)閉和故障期間將大氣排放控制在最低水平為目標(biāo)，制訂新的配套要求，并使企業(yè)在可行的情況下盡量減少火炬的常規(guī)使用。

首先，新的大氣排放標(biāo)準(zhǔn)（記載在美國(guó)聯(lián)邦法規(guī)40 CFR Part 60，Subpart Ja下）要求火炬所有者或運(yùn)營(yíng)方制定并提交一份書(shū)面的火炬管理計(jì)劃，闡述如何在排放源處或通過(guò)安裝火炬氣回收系統(tǒng)，以及在正常運(yùn)行期間及規(guī)劃的設(shè)備啟動(dòng)和關(guān)閉期間盡量減少火炬的使用。在落實(shí)火炬使用最少化評(píng)估過(guò)程確定的各項(xiàng)措施之后，火炬所有者或運(yùn)營(yíng)方應(yīng)當(dāng)為每部火炬建立一項(xiàng)流率基線，并在任何24小時(shí)火炬參數(shù)超過(guò)基線50萬(wàn)標(biāo)準(zhǔn)立方英尺（或14160標(biāo)準(zhǔn)立方米）事件發(fā)生的45天內(nèi)執(zhí)行一項(xiàng)根源分析。

根據(jù)相關(guān)研究調(diào)查的結(jié)果和外部專(zhuān)家評(píng)議小組的參考意見(jiàn)，美國(guó)聯(lián)邦環(huán)保署認(rèn)為火炬的績(jī)效主要受以下三個(gè)主要因素影響：（1）工藝排氣向火炬的流動(dòng)；（2）向火炬添加的助燃劑（空氣或蒸汽）的量；以及（3）工藝排氣和助燃劑混合物在燃燒區(qū)域的燃燒性，并確定和評(píng)估了影響混合物燃燒性的三個(gè)潛在性質(zhì)：凈熱值、爆炸下限和可燃燒成分的總濃度。美國(guó)聯(lián)邦環(huán)保署認(rèn)為，使用人工凈熱值為1212 Btu/scf（基于對(duì)氫氣和氣態(tài)烴類(lèi)燃料爆炸下限的比較）計(jì)算的燃燒區(qū)域混合物的凈熱值能夠帶來(lái)最佳的火炬績(jī)效。

設(shè)備泄露    

排放源描述：設(shè)備泄漏指的是從泵、壓縮機(jī)密封、工藝閥門(mén)、泄壓裝置、開(kāi)口閥門(mén)和管線、法蘭和其它連接器、攪拌機(jī)和儀表系統(tǒng)等工藝設(shè)備釋放工藝流體或蒸汽的現(xiàn)象。設(shè)備泄漏主要發(fā)生在相互連接的設(shè)備部件之間或密封部件處。

原標(biāo)準(zhǔn)的VOC污染防治要求：受原標(biāo)準(zhǔn)約束的設(shè)備泄漏主要是含有或接觸VOC重量超過(guò)5%的流體（液體或氣體）的設(shè)備產(chǎn)生的泄漏；設(shè)備泄漏調(diào)查應(yīng)至少每季度執(zhí)行一次，除非企業(yè)滿足特定的條件并可執(zhí)行“跳躍式監(jiān)測(cè)”（每半年一次）；新建和現(xiàn)存排放源均應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況在開(kāi)口閥門(mén)和管線上安裝保護(hù)帽、插塞或法蘭盲板；在設(shè)備泄漏確定之后，企業(yè)必須在15天內(nèi)對(duì)其進(jìn)行修復(fù)。第一次修復(fù)嘗試必須在5天內(nèi)完成。

新增監(jiān)測(cè)和污染防治技術(shù)要求：

在對(duì)原標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行審閱的過(guò)程中，美國(guó)聯(lián)邦環(huán)保署曾考慮下修泵和閥門(mén)設(shè)備泄漏的定義，即將新建和現(xiàn)存排放源的泵泄漏定義降低至500ppm或2000ppm，并將閥門(mén)的泄漏定義降低至500ppm。

美國(guó)聯(lián)邦環(huán)保署也考慮對(duì)原標(biāo)準(zhǔn)中手持式探測(cè)儀使用的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行更新，將光學(xué)氣體成像等遙感技術(shù)列為一種替代方法。企業(yè)在通過(guò)替代方法執(zhí)行泄漏探測(cè)時(shí)，可使用遙感技術(shù)裝置或系統(tǒng)對(duì)廠區(qū)內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行掃描。常見(jiàn)的遙感技術(shù)主要包括：紅外波長(zhǎng)光學(xué)氣體成像、差異吸收光探測(cè)和測(cè)距（DIAL）和紅外掩日通量（SOF）等。

美國(guó)聯(lián)邦環(huán)保署更新了有機(jī)化學(xué)品制造商和煉油廠VOC設(shè)備泄漏的排放標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)煉油廠以往的法規(guī)執(zhí)行情況，根據(jù)EPA方法21組織的監(jiān)測(cè)經(jīng)常執(zhí)行得過(guò)快，沒(méi)能有效地監(jiān)測(cè)各個(gè)設(shè)備組件。

儲(chǔ)罐        

排放源描述：儲(chǔ)罐用于儲(chǔ)存液體和氣體工藝給料或工藝產(chǎn)品。大部分儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)是在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓或接近標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的環(huán)境中運(yùn)行（即常壓儲(chǔ)罐）；高壓儲(chǔ)罐則特別用于儲(chǔ)存壓縮氣體和液化氣體等物質(zhì)。常壓儲(chǔ)罐通常采用縱向圓柱體結(jié)構(gòu)，并建有固定或可浮動(dòng)的罐頂。一些小型的常壓儲(chǔ)罐可能采用橫向圓柱體結(jié)構(gòu)。高壓儲(chǔ)罐一般采用球狀或橫向圓柱體結(jié)構(gòu)。

儲(chǔ)罐的VOC排放主要是由罐內(nèi)液體的加注和排空，以及由溫度和氣壓導(dǎo)致的蒸發(fā)損失導(dǎo)致的。不當(dāng)關(guān)閉的開(kāi)口、儲(chǔ)罐配件和其它污染防治設(shè)備也會(huì)產(chǎn)生一部分排放。另外，儲(chǔ)罐在關(guān)閉或維護(hù)時(shí)需要排空內(nèi)部?jī)?chǔ)存的液體或氣體，因此也會(huì)產(chǎn)生VOC排放。

原標(biāo)準(zhǔn)的VOC污染防治要求：

內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐：原標(biāo)準(zhǔn)要求內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐的浮頂必須隨時(shí)停留在液體表面，除了在儲(chǔ)罐第一次加注之前或因檢驗(yàn)和維護(hù)進(jìn)行排空而必須使用支撐等情況下。儲(chǔ)罐必須在罐壁和浮頂邊緣安裝閉合裝置。閉合裝置包括液態(tài)鑲嵌式密封、金屬鞋式密封或這兩種密封上下排列。