油气回收在线监测技术发展现状及改进建议（油气回收在线监测系统作用）

加油站在油品接卸、储存、销售等各环节不可避免的存在油气蒸发、泄漏等情况。蒸发和泄漏的油气是烃类VOCs与空气的混合物,是形成化学污染和臭氧生成的前体物质,不仅污染大气环境,而且造成资源浪费,并且存在安全隐患。

为了减少和控制油品运输、储存、销售各环节发生的油气蒸发和泄漏,原国家环境保护总局在2007年发布实施了GB20952—2007《加油站大气污染物排放标准》,要求全国范围内的加油站需在2015年1月1日前完成油气回收改造,规定年销售汽油量大于8000t及臭氧浓度超标城市年销售量大于5000t的加油站应安装油气回收在线监测系统。

部分学者对京津冀一带的20多个加油站安装的油气回收系统进行检测,发现国内加油站安装的油气回收系统气液比(A/L)和密闭性不合格率偏高,油气回收系统运行效果及油气回收效率很难保障。因此,按照国家标准规范要求,建设并运行油气回收在线监测系统运用在线监测手段代替人工监测,实时、连续对油气回收系统运行情况进行监测,确保油气回收系统稳定运行、油气回收效率有效是非常必要的。

1.国外油气回收在线监测技术现状

20世纪80年代以来,美国、德国等发达国家陆续颁布法令要求加油站对蒸发、泄漏油气进行处理,安装油气回收处理装置(二次油气回收),实现油气零排放。为确认油气回收处理装置运行效果,美国环保署(EPA)对安装了油气回收处理装置的加油站开展了检测研究,发现油气回收系统平均回收效率仅为60%左右。通过对各项指标分析结果可知,因A/L不合格造成油气回收效率低的占24%,油罐压力过高导致油气泄漏排放,回收效率低的占29%,油罐或输油管道泄漏引起油气泄漏回收效率低的34%。美国加州空气资源委员会(CARB)在1999年开展的加油站现场检测结果表明,油气回收系统有90%出现泄漏,油气回收系统设备故障率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。1998年,德国对加油站油气回收系统应用情况进行了全面的检查,情况与美国相似,大部分设备偏离了正常工作状态。因此,EPA认为仅完成加油站油气回收改造尚不能根本解决加油站油气泄漏排放的问题,需要使用在线监测的手段,对油气回收系统进行长期、连续监测,依据监测结果对不合格的处理单元进行修复处理,才能有效保证油气回收系统运行效果及油气回收效率。

目前,商品化的油气回收在线监测设备以国外产品居多,有美国Veeder-Root公司的ISD系统、Franklin的INCONVRM系统、德国FAFNIR公司的VAPORIX系统以及法国的TOKHEIM公司的ECVR-SCS系统。美国Veder-Root公司的ISD系统是唯一通过美国CARB认证的加油站油气在线监测设备,由罗茨流量计、压力传感器、ISD内存扩展卡和ISD接口模块等组成,其工作原理是将流量计和压力传感器采集数据传输至加油机TLS控制台,同时采集加油量脉冲信号,计算A/L;罗茨流量计可自动补偿因罐压和温度变化导致的误差;具有非正常工作状态报警及强制锁定加油机功能,督促加油站管理人员对故障进行维修,保持系统稳定运行。德国FAFNIR公司的VAPORIX系统由VAPORIXFlow(油气传感器)、VAPORIXControl(控制器)、VA-PORIXMaster(操作面板)组成,其工作原理为通过在线测量油气浓度、温度、流量及流速等参数,结合加油量脉冲信号,计算A/L;同样具有非正常工作状态报警及故障自动控制功能。

2.国内油气回收在线监测技术现状

2008年,北京市、天津市、河北省设市城市加油站开展并完成了油气回收改造工作;长江三角洲、珠江三角洲地区加油站也于2010年陆续完成油气改造工作。但是,由于我国在油气回收改造及系统安装、运维方面的经验欠缺,再加上销售企业和加油站对油气回收系统应用的重视程度不够,油气回收系统安装之后,系统运行效果及油气回收效率不能得到保证。严龙等对京津冀一带的20多个加油站安装的油气回收系统进行检测发现,液阻合格率为95.4%,A/L和密闭性两项指标的合格率仅59.8%和47.6%。由此可以看出,国内加油站安装的油气回收系统A/L和密闭性不合格率偏高,油气回收系统运行效果及油气回收效率很难保障,需要尽快按照GB20952—2007《加油站大气污染物排放标准》要求,安装并运行油气回收在线监测系统,对油气回收系统运行状态进行长期、连续、在线监测,对非正常工作状态进行实时报警,确保能够及时发现并处理设备故障。

针对欧美油气回收在线监测系统监测参数少(仅能监测A/L、油罐压力两项参数),不具备无线远程传输数据功能,且价格过高、后期维护困难等不足,国内部分研究机构与学者对照国家规范要求,结合国内加油站现状,开展了加油站油气回收在线监测系统研究。中国机械科学研究总院开发研制的RSS系统,可以对A/L、油罐密闭性、外排VOCs浓度等技术指标进行实时、在线监测,远程实时传输数据,并对数据进行集中处理,实现了分类权限管理、资料安全控制、报警处理、数据统计与显示、报表及打印、故障模式分析等功能,但是RSS系统尚无广泛的市场应用,其系统的稳定性以及数据的可靠性未知。

研制的专门用于加油站在线监测的数据采集器,可以对加油量数据、回气体积、油罐压力等参数进行采集,通过嵌入式监控机对采集数据进行存储、分析、报警和远距离传输。系统具有占用空间小、成本低和施工安装方便等特点。尽管国内对加油站油气回收在线监测系统研究工作起步较晚,但是随着国家对这方面工作重视程度不断提高,国内研究机构、学者在充分借鉴国外先进经验的基础上,国内油气回收在线监测系统的发展应该具有良好的前景。

3.油气回收在线监测系统组成及工作原理

3.1系统定义

GB20952—2007《加油站大气污染物排放标准》中对于油气回收在线监测系统的定义是:在线监控系统是一套能够在线监控油气回收过程中油枪的A/L、地下管路系统中的密闭性和管线的液阻这三项指标是否正常的系统,当系统发现异常时可提醒操作人员采取相应措施,并能记录、储存、处理和传输监控监测数据。

3.2系统组成

系统一般由传感器、电测子系统、数据远程传输系统、数据集中管理软件平台组成。因实际应用技术不同,系统的组成也不一样。具体见图1。

3.3工作原理

通过安装在现场的测量仪表、数据采集传输设备以及数据处理设备,对油气回收系统运行关键参数(回收气量、加油量、油罐及管路压力等)进行测量、分析及传输,计算A/L、密闭性、液阻等指标并进行实时监控。具体为:通过流量计测量系统工作时回收油气的流量,产生脉冲信号,传输至数据采集模块,换算为累计流量,同时数据采集模块自动计算真空泵抽气时长,利用体积与时长计算回气平均流速,另外,数据采集模块同步采集加油量脉冲信号,计算对应加油体积,回气体积与加油体积之比,即A/L指标;通过压力变送器测量回气管路压力,输出的模拟信号通过数据采集模块转换,依据压力值在系统工作过程中规律性波动范围以及油气回收系统在静态下的下降速率与数值,计算管路的液阻指标以及罐体与管路的密闭性指标。

4.油气回收在线监测系统应用改进建议

自2007年GB20952—2007《加油站大气污染物排放标准》发布实施以来,在全国范围内开展油气回收改造,安装油气回收系统的加油站越来越多,而仅通过常规、人工的年检及抽检不能有效保证油气回收系统运行效果及油气回收效率,需要尽快建立以在线监测为主、常规检测为辅的新型加油站环保管理模式,监督并确保油气回收系统达到预期效果。

4.1提高油气回收系统以及在线监测系统应用意识

加油站及其从业人员是加油站油气回收系统和在线监测系统运维管理的责任主体。GB20952—2007《加油站大气污染物排放标准》中规定:当油气回收系统发生故障,无法达到预期处理效果时,在线监测系统会自动报警提示及时维修,当相关指标超过设定限值时,系统会强制加油机停止工作。但是,实际情况是加油站和销售企业片面追求油品销量,忽视油气回收作为节能减排、环境保护一项重要措施的意义,在在线监测系统中安装人工操作开关,强制启动因故障关闭的加油机继续工作,使得安装在线监测系统的意义丧失。针对这些问题,应加强政策引导及宣传力度,督促销售企业和加油站组织开展相关教育与培训,提高加油站及其从业人员对于安装油气回收系和在线监测系统意义的认识,树立节能减排、环境保护的主观意识,杜绝上述不良行为。

4.2制定技术标准,规范在线系统安装、验收及运行管理

应充分借鉴西方发达国家在油气回收系统和在线监测系统建设及运维管理方面的优秀经验,结合我国国情制定油气回收在线监测设备安装、验收以及运维管理方面的标准,规范在线监测设备的安装、验收及运维管理行为。需要尽快制定发布油气回收在线监测设备的认证规范和标准,避免人为因素对在线设备运行造成的干扰,要制定相关处罚规定,为油气回收在线监测系统稳定有效运行提供足够的技术依据和法律支持。

4.3开展在线设备计量防爆认证,强化数据有效地位

油气回收在线监测系统因其行业特殊性,需要安全、技术监督和计量认证等管理部门对设备开展有效地计量防爆认证和相应监督管理。只有通过上述管理部门的认证,才能有效保证各参数数据的准确、有效,才能保证各监控指标结果能够如实反映油气回收系统运行状态,从而真正为加油站油气排放管理提供决策支持。

4.4推行第三方运维管理,做好技术保证

做好设备的日常运维管理,是系统平稳有效运行的前提和保障,而设备故障处理的及时性和有效性,则是系统平稳有效运行的技术手段。油气回收在线监测系统的运维管理可以参照污染源在线监测设备的运维管理,建立第三方运维管理模式,由其对在线监测设备进行专业的维护管理和故障排除。这就需要提前制定严格的第三方运维管理单位的准入机制和淘汰机制,建立相关评价标准,规范第三方运维管理单位的行为,为在线设备的运维管理和故障处理提供技术保证。

5.结束语

油气回收在线监测系统通过对密闭性、A/L、液阻等关键技术指标进行实时在线监控,有效解决油气回收应用率低和油气回收率低等问题。而目前,油气回收在线监测重要性认识不足,在线监测系统安装、验收、运行管理缺少标准规范,在线监测设备防爆计量认证工作未有效开展以及有效运行管理模式尚未建立等问题的存在,大大限制了油气回收在线监测系统作用的发挥,只有继续加大油气回收在线监测相关工作研究力度,有效解决存在问题,才能真正发挥油气回收在线监测系统的监管作用。