加油站VOC排放污染控制中的气液比取值

加油站VOC排放污染控制中的气液比取值
李英杰;畅孟东;刘喆;钟晓春;饶品华;张文启;徐美燕;黄中子
【摘要】气液比(A/L)是加油站挥发性有机物(VOC)排放控制中非常重要的参数.考察了不同A/L对加油站压力管理系统(VPMS)运行及VOC减排效果的影响.结果表明:加油站密闭性合格时,A/L在1.00～1.20范围内,将导致VPMS运行频繁；A/L 在0.95～1.05范围内,VPMS不运行.VOC减排效率基本上随A/L的增大而增大,0.95＜A/L＜1.05时,VOC减排效率为90.76 ％＜η＜96.95％；1.00＜A/L＜1.20时,VOC减排效率为93.26％＜η＜99.68％.
【期刊名称】《上海工程技术大学学报》
【年(卷),期】2012(026)003
【总页数】4页(P247-250)
【关键词】气液比;挥发性有机物;油气回收系统;压力管理系统
【作者】李英杰;畅孟东;刘喆;钟晓春;饶品华;张文启;徐美燕;黄中子
【作者单位】上海工程技术大学化学化工学院,上海201620;上海工程技术大学化学化工学院,上海201620;上海工程技术大学化学化工学院,上海201620;上海工程技术大学化学化工学院,上海201620;上海工程技术大学化学化工学院,上海201620;上海工程技术大学化学化工学院,上海201620;上海工程技术大学化学化工学院,上海201620;上海工程技术大学化学化工学院,上海201620
【正文语种】中文
【中图分类】X511
挥发性有机物(Volatile Organic Compound，VOC)导致近地面臭氧、温室气体和光化学污染，已成为我国部分城市面临的一个重要环境问题.城市加油站的油品挥发是VOC(又称油气，以非甲烷总烃 (NMHC)计)排放的一个重要来源［1－3］.加油站排放VOC的成分以烯烃为主，化学活性非常高.我国的加油站又以非自助式为主，操作工人给机动车加油时，长期暴露于较高水平的油气中，会对人体健康造成直接危害.鉴于油气危害的严重性，我国于2007年针对加油站油气污染颁布了国家标准GB 20952—2007《加油站大气污染物排放标准》.
加油站VOC控制技术主要根据VOC排放环节，采用StageⅠ和StageⅡ油气回收系统［4］分别回收油罐汽车在加油站卸油和加油枪给机动车加油时排放的VOC.在StageⅡ油气回收系统中，气液比A/L(加油时收集的油气体积与同时加入油箱内的汽油体积的比值)的取值对整个加油站油气回收系统的运行效果起关键作用.密闭性［5］合格的加油站，A/L＞1.00，可能导致地下油罐压力增大，需在加油站安装压力管理系统(Vapor Pressure Management System，VPMS)，国内称“末端处理装置”，用于控制由地下油罐压力波动造成的油气排放;A/L＜1.00，可能导致加油时VOC排放增加.
不同的国家和地区对StageⅡ油气回收系统中A/L的规定也不相同，如美国为1.00 ～1.30、欧洲为0.95 ～1.05、香港为0.80 ～1.20.我国参考美国标准确定
A/L为1.00～1.20，但鉴于我国加油站管理和加油设施的现状，是否安装VPMS 一直存在争议.本研究通过分析加油站不同A/L对VPMS运行及VOC减排效果的影响，根据我国加油站的实际情况，确定了适合我国加油站的A/L取值，以期对加油站VOC的排放控制具有应用意义.
1 测试方法及设备
加油枪的A/L依据国家标准GB 20952—2007中的规定进行测试.
仪器设备:A/L测试仪(IW-1，北京今日易华科技有限责任公司).
VOC测试:分析NMHC的浓度(如未特别说明，文中的VOC浓度均为质量浓度). 1)采样方法:先用抽气泵以1 L/min的速率在采样点抽取含有VOC的空气至特氟龙采样袋，采样时间为1 min.
2)分析仪器:气相色谱(安捷伦，HP-6890N)，用以分析采集的NMHC浓度;色谱柱，GDX-502，不锈钢填充柱(3 m×2 mm)，分析甲烷;玻璃微珠不锈钢填充柱(3
m×2 mm)，分析总烃.
2 结果与讨论
2.1 不同A/L对VOC排放和VPMS启动的影响
安装VPMS的加油站除VPMS的排气口外，还有与地下油罐连通的P/V阀(启动
压力750 Pa)、紧急排空阀(直接与大气连通，只在紧急情况下打开).国家标准规定VPMS的运行压力感应值为150 Pa(＜750 Pa).因此，密闭性合格的加油站，A/L 在1.00 ～1.20 范围内，如不安装 VPMS，会导致P/V阀打开，地下油罐压力在750 Pa附近.而欧盟将A/L调整在0.95～1.05范围内，理论上地下油罐保持动态
平衡.因此，本研究在上海选择了一座加油站，分别调整 A/L在1.00～1.20和
0.95～1.05范围内，并分析了不同A/L对VOC排放和VPMS启动的影响.
本研究加油站位于上海市区，距居民区距离小于5 m，年销售汽油量为5 000～8 000 t/a，于2009年6月安装了StageⅠ和StageⅡ油气回收系统，以及VPMS，共有6把加油枪，加油站密闭性合格.
2.1.1 A/L 为1.00 ～1.20，P/V 阀排放 VOC 情况
测试P/V阀出口处VOC排放浓度时，先关闭加油站的VPMS，调整加油枪 A/L
至1.00～1.20范围内(见表1).采样位置如图1所示.每组样品均是在P/V阀启动时采集的，结果见表2.
表1 加油枪A/L为1.00～1.20时具体取值Table 1 Values of A/L in range of
1.00 ～1.20加油枪编号 A/L值3 1.06 4 1.09 5 1.20 6 1.19 7 1.05 8 1.05
由表2结果可知:P/V阀排放VOC浓度较大，超过了GB 20952—2007规定的排放限值(25 g/m3);另外，由于我国加油站没有完全实现密闭式计量汽油，加油站地下油罐量油口经常打开，过高的地下油罐压力将导致安全隐患.
表2 P/V阀出口处VOC浓度Table 2 VOC concentration of P/V valve outletP/V阀启动 VOC浓度/(g·m－3)第1次351.23第2 次 357.34第3次296.08
图1 P/V阀出口采样示意图Fig.1 Sketch map of P/V valve outlet sam p ling 2.1.2 A/L 为1.00 ～1.20 时，VPMS 启动情况
在上海选取了一座密闭性及液阻都合格的加油站，调整加油枪A/L 为1.00 ～1.20(见表1)，连续5 d记录VPMS的运行次数，并在VPMS运行时测试排放口的VOC浓度，结果见表3～4.
表3 加油枪A/L为1.00～1.20时VPM S运行记录Table 3 Operation logs of VPMSwhen fuel filler A/L in range of 1.00 ～1.20日期运行时间/min 启动次数第1天49 15第2天 40 27第3天 43 18第4天 64 25第5天59 16
表4 VPMS运行时VOC排放浓度Table 4 Outlet concentration of VOC when VPMS running日期 VOC浓度/(g·m－3)第1天7.25第2 天 2.51第3 天 3.75第4 天 1.15第5天3.62
由表3～4可知:VPMS运行状况良好，VOC排放浓度也达到国家标准GB 20952—2007的排放标准.表明VPMS较好地处理了因地下油罐压力波动导致的VOC排放问题.
2.1.3 A/L 为0.95 ～1.05 时，VPMS运行情况
在加油站密闭性合格的情况下，又将该加油站的A/L调至0.95～1.05范围内，见表5.随后记录VPMS的运行次数，结果见表6.由表6可知，调整A/L至0.95～
1.05后的第 1天，VPMS启动了 2次，原因是由于当时加油站正在卸油，地下油罐的压力没有及时地置换到油罐汽车造成的.其余时间没有启动，说明加油枪加油
时地下油罐压力保持动态平衡，如无特殊情况，不会导致VPMS启动.
表5 加油枪A/L为0.95～1.05时具体取值Table 5 Values of fuel filler A/L in range of 0.95 ～1.05加油枪编号 A/L值3 1.04 4 1.06 5 1.05 6 0.96 7 0.94 8 0.96
表6 加油枪A/L为0.95～1.05时VPMS运行记录Table 6 Operation logs of VPMSwhen fuel filler A/L in range of 0.95 ～1.05日期运行时间/min 启动次
数第1天22 2第2天 0 0第3天 0 0第4天 0 0第5天00
2.2 不同A/L对VOC减排效果的影响
密闭性合格的加油站，除安装VPMS处理因地下油罐压力大导致的VOC排放外，还可以借助调整A/L，使地下油罐压力保持动态平衡，减少排放.但就理论而言［6］，A/L越大，环境减排效果越好.因此，本研究考察了不同A/L对汽油枪加油时VOC减排的影响.
由于我国不同车型汽车的油箱口规格不同，为减小试验误差，本研究在自制的油桶上分析了A/L分别在 0.95，1.00，1.05，1.10 和 1.20 附近时，VOC的减排效果，并估算了StageⅡ系统的VOC回收效率.试验装置如图2所示，结果见表7.
图2 自制油桶StageⅡ采样点示意图Fig 2 Sketch map of sam pling point in StageⅡ
表7 加油枪在不同A/L时VOC排放浓度Table 7 VOC concentrationⅡwith different fuel filler A/LA/L VOC浓度/(g·m－3) η/%0 299.7—0.95 29.74 90.76 1.00 20.21 93.26 1.05 9.14 96.95 1.10 1.54 99.49 1.20 0.96 99.68
StageⅡ系统一旦运行，VOC减排效果明显，与理论分析一致，VOC回收效率基本上随A/L的增大而增大.1.00＜A/L ＜1.20时，VOC回收效率［7］为93.26%
＜η ＜99.68%;0.95 ＜ A/L ＜1.05时，VOC回收效率为90.76% ＜η＜96.95%.
3 结语
A/L在加油站VOC排放控制中起关键作用，直接影响到是否需要在加油站安装VPMS，以及安装的VPMS的运行状况和VOC的减排效果，因此，A/L的取值至关重要.本研究通过分析加油站A/L不同取值对VPMS运行及VOC减排效果的影响，确定了合适的A/L值.
1)密闭性合格的加油站，A/L为1.00～1.20范围时，必须在加油站安装VPMS，
以处理加油站多收回的VOC.否则，将导致地下油罐压力过大，给加油站带来安全隐患.
2)密闭性合格的加油站，A/L为0.95～1.05范围时，地下油罐压力保持动态平衡，可以不安装VPMS.
3)加油时，VOC的回收效率基本随A/L的增大而增大.1.00＜A/L ＜1.20时，VOC 回收效率为93.26% ＜η ＜99.68%;0.95 ＜A/L ＜1.05 时，VOC回收效率
为90.76% ＜η ＜96.95%.
4)处于人口密集地区的加油站，建议将A/L调至1.00～1.20范围，并安装VPMS;其他加油站参考欧盟标准，将A/L调整为0.95～1.05，可不安装VPMS.
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