某储油库储罐VOCs监测分析研究

刘 超 许小龙 李 佳 姚 亮 胡科先 孙 波 章占强 刘菊会 何 晨

(1.中国石油长庆油田分公司技术监测中心；
2.中国石油长庆油田分公司第三采油厂)

VOCs作为PM2.5和O3的重要前驱体，已成为导致国内严重雾霾天气产生的重要因素之一，也威胁着人体健康。原油储罐的VOCs泄漏不仅产生安全隐患、造成环境污染，而且油品的蒸发损耗还造成油品的损耗。在“十四五”生态环保治理要求“全面打赢污染防治攻坚战的基础上，进一步实现主要污染物排放总量明显减少”，油田企业积极响应要求，加强典型场站、设施运行的VOCs监测和控制，推进绿色矿山建设，落实绿色低碳战略[1]。

某储油库总库容70万m3，分设南罐区、北罐区两个原油存储区域，共有7具10万m3原油储罐，作为较大的石油储备基地，是油田企业VOCs监测和控制的重点单位。对该储油库外浮顶储罐VOCs排放情况进行监测和评价，分析研究不同运行工况对外浮顶储罐VOCs排放的影响，确定了外浮顶储罐VOCs监测的重点密封点。

1.1 储罐工况

某储油库在正常工况下，G1～G6储罐承担着原油储备任务，保持满液位运行，G7储罐提供输油调峰保障。监测当天，G1储罐正在维修，G2储罐73%液位运行，G3～G6储罐满液位运行，G7储罐正在切油插输作业。根据现场工况，选择G2、G3、G5储罐进行VOCs监测，见表1。

表1 某储油库储罐工况统计

1.2 储罐结构

某储油库储罐均为外浮顶储罐，由浮动于液面上的浮盘和敞开式钢制圆柱体外壳两部分组成，采用“气态镶嵌式密封+边缘刮板”密封工艺，浮顶和液面之间的气体空间较小，可以有效减少蒸发损耗。外浮顶储罐浮盘附件主要包括量油孔4个、通气阀7个、采样口1个、浮仓观察孔1个、中央排水孔3个等[2]。

1.3 监测布点

外浮顶储罐浮盘附件及边缘均为可达点，每个储罐的监测点位布设如下：量油孔4个点位、通气阀7个点位、采样口1个点位、浮仓观察孔1个点位、中央排水孔3个点位，储罐浮盘边缘东、东南、南、西南、西、西北、北、东北八个方向各均布8个点位，每个储罐小计24个点位，3个储罐共计72个点位，见图1。

图1 外浮顶储罐平面示意(以G2储罐为例)

2.1 监测方法

按照HJ 733—2014《泄漏和敞开液面排放的挥发性有机物检测技术导则》的相关要求，采用具有防爆安全性并通过防爆安全检验认证的便携式检测仪器[3]。

2.2 监测原理

气相色谱-氢火焰离子化检测法(GC-FID)，GC是一种以气体为流动相利用沸点、极性、吸附性质的差异来实现混合物分离的技术，FID是以氢气和空气燃烧的火焰作为能源，含碳有机物在燃烧时产生离子，在电场作用下，离子流信号转换成电信号，与进入火焰的有机物量成正比。GC-FID对含碳有机物的检测有灵敏度高、稳定性好等特点。

2.3 监测设备

便携式挥发性有机气体分析仪(响应时间小于3.5 s，具有自动读取最大值功能，配置采样探头和提供持续流量的电动采样泵)、风速计、气压计、温湿度计。

标准气体：2 000，11 000 μmol/mol两种浓度的甲烷。

零气：VOCs含量低于10 μmol/mol(以甲烷计)纯净空气。

2.4 采样监测

监测开始前先进行仪器调零和示值检查，反复3次测定零气和两种标准气体，计算仪器示值相对误差，示值相对误差小于10%方可用于检测，否则需要校准仪器。

采样监测时，采样探头紧贴被测密封点密封边缘，沿其外围以小于10 cm/s的速度移动(移动速度过快会漏检最高浓度点)，扣除背景值后取最大泄漏检测值记录。一个密封点检测结束后，确认仪器恢复到正常待测状态，方可开始检测下一个密封点[4]。

2.5 气象参数

现场检测是在仪器说明书规定的能够正常工作的环境条件下实施，未出现雨雪或大风(地面风速超过8 m/s)等不应进行室外检测的天气，气象参数监测统计见表2。

表2 气象参数监测统计

2.6 监测结果

G2、G3储罐在环境温度为29℃时分别监测24组数据，G5储罐在环境温度为29℃和31℃时分别监测24组数据，共96组监测数据，均扣除背景值6.3 μmol/mol后，取最大泄漏检测值记录，结果见表3。G2储罐检测最大值分别在4#量油孔、3#通气阀、浮盘边缘西南4#，G3储罐检测最大值分别在3#量油孔、3#通气阀、浮盘边缘西南4#，G5储罐检测最大值分别在2#量油孔、3#通气阀、浮盘边缘西南4#。对外浮顶储罐VOCs检测结果按照点位类别进行分析可知，三具储罐通气阀、浮盘边缘的检测最大值的分布点位一致，量油孔的检测最大值的分布点位不一致。

表3 外浮顶储罐VOCs检测结果统计

2.7 评价分析

依据GB 39728—2020《陆上石油天然气开采工业大气污染物排放标准》泄漏控制浓度要求小于2 000 μmol/mol的评价标准，某储油库外浮顶储罐的量油孔、通气阀、采样口、浮仓观察孔、中央排水孔、浮盘边缘的VOCs浓度均低于泄漏控制浓度要求，未发现泄漏点位[5]。

依据HJ 733—2014《泄漏和敞开液面排放的挥发性有机物检测技术导则》“测得的VOCs浓度，扣除本底后，低于标准浓度限值的2.5%时”为未检出排放的定义，低于50 μmol/mol为未检出排放，计算并统计外浮顶储罐各类点位的VOCs检测平均值和检出率，结果见表4。外浮顶储罐的浮盘边缘检出率54.2%，量油孔检出率33.3%，通气阀检出率14.3%，检出率和检测均值相对较高；
采样口、浮仓观察孔、中央排水孔的检出率均为0，检出率和检测均值相对较低。

表4 外浮顶储罐VOCs检测结果分析

研究外浮顶储罐各类点位VOCs检测最大值的分布，最大值分布在G2-T-3，G2-B-4两处，具体参见图1。通气阀、浮盘边缘的VOCs检测最大值均在储罐的西南方向，风向为东北风，即检测最大值均分布在下风向，可见风向对外浮顶储罐无组织排放和VOCs检测具有一定影响。

研究G5储罐VOCs检测均值与温度的关系，绘制检测均值与温度关系，见图2。各类点位在环境温度为31℃时的VOCs检测均值普遍高于在环境温度为29℃时的VOCs检测均值，可见环境温度对外浮顶储罐VOCs检测具有一定影响，VOCs排放量随着环境温度的升高而上升[6]。

图2 G5储罐VOCs检测均值与温度关系

储油库采用“气态镶嵌式密封+边缘刮板”密封工艺的大型外浮顶储罐的VOCs排放，满足GB 39728—2020《陆上石油天然气开采工业大气污染物排放标准》的相关要求，表明该外浮顶密封工艺在大型储罐VOCs治理中具有较高的应用价值。

在满液位和非满液位这两种不同运行工况下储罐密封点VOCs排放存在一定差异。G3、G5储罐保持满液位运行状态，储罐的通气阀VOCs排放量、检出率相对较高，量油口VOCs排放量、检出率相对较低；
G2储罐保持73%液位运行状态，储罐的量油口VOCs排放量、检出率相对较高，通气阀VOCs排放量、检出率相对较低，这与日常频繁量油作业有较大关系。

储油库作为油田典型场站，应按照GB 39728—2020《陆上石油天然气开采工业大气污染物排放标准》的相关要求，定期开展储罐的VOCs泄漏检测，确保VOCs排放达标。开展检测时，浮盘边缘、量油孔、通气阀等浮盘附件应作为外浮顶储罐VOCs泄漏的监测重点，采样口、浮仓观察孔、中央排水孔等浮盘附件可不作为外浮顶储罐VOCs泄漏的监测重点。同时，应当注意风向、温度等气象条件对检测的影响。发现泄漏时，应当立即组织开展泄漏点的修复工作，有效减少VOCs排放，及时消除安全环保隐患。

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