CN101734601A - 加油站地下储油罐用气囊式压力控制方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种加油站地下储油罐用气囊式压力控制方法及设备，主要是将加油站地下储油罐气相空间内的油气通过管线与设置有辅助气囊的地面钢制容器相连，由于气囊体积的变化会改变地面钢制容器壳体与气囊之间环形空间的体积变化，从而调节地下储油罐内气相空间的油气压力波动。本发明能降低传统加油站由呼吸阀直接排放油气所造成的空气污染，使地下储油罐内气相空间的压力基本保持恒定，减小了所存储油品的进一步挥发，而且本发明方法及设备没有动力装置和电力消耗，因此具有运行成本低、发生故障概率低等特点。

Description

加油站地下储油罐用气囊式压力控制方法及设备

技术领域

本发明涉及环境保护及节能技术领域，尤其是一种加油站地下储油罐用气囊式压力调节控制方法与设备。

背景技术

随着人们对城市大气环境污染问题的日益重视，国内大中城市加油站内轻质油品挥发产生的油气(即烃类VOCs)污染治理问题也逐渐引起人们的关注。根据欧美发达国家的实践，一般将涉及到加油站的油气排放污染控制工作划分为两个阶段：第一阶段(Phase I or Stage I)主要发生在地下储油罐与油罐车之间，主要通过增加油气回流管线等措施来实现密闭卸油；第二阶段(Phase II or Stage II)主要发生在地下储油罐与机动车油箱之间，是整个加油站油气回收治理工作的重点和难点之所现在。

第二阶段油气回收系统主要有压力平衡式(Balance type)和真空辅助式(Assist type)两种，后者目前已经成为得到普遍认可的加油站主流油气回收技术，标志性设备有油气回收型加油枪和真空泵。按照真空发生装置的工作能力及相应管线的铺设方式，真空辅助式第二阶段油气回收系统又可分为分散吸取式(简称集中式)和中央吸取式(简称集中式)两大类，目前分散吸取式使用较多。分散式系统的油气回收真空泵安装在每台加油机上，回收的油气经过真空泵之后再进入地下油气回收管线；集中式系统的油气回收真空泵安装在地下储油罐附近，回收的油气先经过地下油气回收管线再经过真空泵并进入地下储油罐。在真空辅助式第二阶段油气回收系统中，加油枪的气液比(A/L)是一个十分重要的指标，它是指加油时收集的油气体积与同时加入油箱内汽油体积的比值。若要一个真空辅助式第二阶段油气回收系统能够正常工作，就必须将A/L控制在合理的范围内。国外的研究表明，当A/L＝1时，真空辅助式油气回收系统的有效回收率为75％；只有当A/L＝1.4～1.5时，有效回收率才大于95％。但A/L过大，一方面将会导致吸入过多的新鲜空气，在地下储油罐中形成新的挥发，另一方面也将会导致地下储油罐内气相空间的压力过高。

针对加油站油气回收不彻底的现象，美国加州空气质量委员会(CARB)于2000年推出了强化油气回收(Enhanced Vapor Recovery，EVR)法令。EVR法令堪称目前世界上最严格的油气回收标准，要求必须通过安装站内诊断系统(In-Station-Diagnostics，ISD)等措施对地下储油罐内气相空间的压力进行实时监控，要求30天正压均值不超过6.35mm水柱，日最高正压不超过38.1mm水柱。在真空辅助式第二阶段油气回收系统中控制地下储油罐内气相空间的最高压力，避免高浓度油气通过后端呼吸阀(P/V阀)排空，不仅可以阻止新鲜空气进入，抑制地下储油罐内油品的进一步挥发，而且返回油库方面的油气浓度被增加到了饱和水平(40％～60％)，油气回收效率也将会相应提高。要达到这一目的，仅靠传统的呼吸阀(P/V阀)等元件难以实现，因此西方发达国家目前提出了在呼吸阀(P/V阀)发挥作用之前主动实施地下储油罐气相空间压力调节控制的新理念，并将相应的技术措施称为压力管理。

在国内，原国家环保总局于2007年6月22日发布了有关储油库、油罐车、加油站三个环节的大气污染物排放标准。其中《加油站大气污染物排放标准》(GB20952-2007)明确指出，加油站油气回收系统由卸油油气回收、汽油密闭储存、加油油气回收、在线监测和油气排放处理装置组成。应采用浸没式卸油，卸油油气回收系统将油罐汽车卸油时产生的油气，通过密闭方式收集进入油罐车罐内，然后带回油库集中处理；加油产生的油气应采用真空辅助方式密闭收集，各种加油油气回收系统的气液比应在1.0≤A/L≤1.2范围内；后端排放处理装置的压力感应值宜设定在超过+150Pa时启动、低于-150Pa时停止，油气排放浓度应≤25g/m³。

从目前美国市场上出现的地下储油罐内气相空间压力管理设备来看，主要分为基于膜分离技术和基于气囊技术两大类。膜分离技术虽然使用较早，但目前在使用过程中暴露出的问题也不少。比如北京出于举办“绿色奥运”的需要，于2007年6月～2008年7月对全市1462座加油站中的1265座进行了油气回收治理，距离民用建筑50m范围内的329座加油站全部安装了油气回收后处理装置，所安装的油气回收后处理装置多数为“膜法油气回收系统”。由于油气回收治理工作所需的油气回收型加油枪、膜法油气回收系统几乎全部依赖进口，如美国OPW公司与美国MTR(Membrane Technology and Research)公司合作研发的油气封存冷凝系统(Vaporsaver^TM)、德国BORSIG公司与德国GKSS研究中心合作研发的膜法油气回收装置VACONOVENT、美国Arid Technologhies公司与德国GKSS研究中心合作研发的PERMEATOR^TM等，因此安装一台膜法油气回收系统需要投资二十多万元，较高的成本影响了其在国内的大规模推广应用，而且在应用中的经济效益并不明显，维护费用高。更令人遗憾的是，这些膜法油气回收系统所排放的尾气多数难以满足“油气排放浓度应≤25g/m³”的国标要求，因此不少加油站业主对加装膜法油气回收系统丧失了信心和主动积极性。

与基于膜分离技术的地下储油罐内气相空间压力管理系统相比，基于气囊技术的压力管理系统具有无动力装置和电力消耗、维护费用低、故障率低等优点，因此正日益受到企业的关注。美国专利US6805173B2中提出了使用气囊技术的一种装置，采用一个内装防燃油气囊的地面钢制立式容器，气囊内部空间与地下储油罐内的气相空间直接连通，气囊与地面钢制立式容器壳体内壁之间的环形空间直接与外界大气环境连通。当地下储油罐内气相空间的压力过高时，气囊被动弹性膨胀而吸收油气，使地下储油罐内气相空间的压力下降，保证不通过P/V阀向外界产生油气排放；当地下储油罐内气相空间形成负压时，气囊在外部常压空气的挤压下被动弹性收缩而向地下储油罐内的气相空间释放补充油气，从而使地下储油罐内气相空间的压力上升，保证不会通过P/V阀吸入新鲜空气。但需要在气囊内加装一根直插底部的柔性虹吸管，以排除因温度变化而产生的油气凝析液，实际运行过程中往往会因无法产生真空虹吸而使得油气凝析液无法外排，而且管口法兰组件的结构较为复杂。国内专利“隔膜法油气压力控制回收装置”(专利号：200620168794.3)中将地下储油罐中的油气通入装有悬挂安装式气囊的钢罐，气囊与外界空气相通。气囊由膜材料制成，当油气压力发生变化时，气囊的的形状和体积也会随之发生变化，从而维持油气压力的稳定。但该专利仅仅是停留在一种概念性初步构想的肤浅层面上，对实际运行中可能会出现的受温度变化而产生的油气凝析液、空气中水蒸气凝析液如何排出等问题缺乏深入考虑，而这些液态产物的外排处理将会直接影响到设备的长期稳定运行。鉴于上述原因，有必要提出一种简便可行的气囊式地下储油罐油气压力控制方法及设备。

发明内容

根据背景技术所述，本发明的目的是避免上述不足，提供一种小型化，结构简单，气囊安装方便，操作维护简便，可避免加油站第二阶段油气回收中地下储油罐的“小呼吸”排放以及大气液比真空辅助式油气回收致使地下储油罐内气相空间压力升高可能产生的油气排放，同时能将地下储油罐内气相空间的压力保持在一个较为稳定的范围内，以有效调节地下储油罐内气相空间压力波动的加油站地下储油罐用气囊式压力控制方法及设备。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

加油站地下储油罐用气囊式压力控制方法，具体如下：当地下储油罐内气相空间的压力增大而略高于外界大气环境的压力时，气囊被其与地面钢制容器壳体内壁之间环形空间的微正压油气所挤压，发生弹性收缩，从而使得地下储油罐内的油气因总体积增大而压力下降，油气不通过呼吸阀向外界大气环境排放；当地下储油罐内的气相空间形成负压而略低于外界大气环境压力时，外界大气环境中的空气便通过空气呼吸管进入气囊，气囊发生弹性膨胀，迫使其与地面钢制容器壳体内壁之间环形空间的体积收缩，油气因总体积减小而压力上升，避免通过呼吸阀吸入空气；实际运行过程中，往往会因昼夜温差变化等原因而使得气囊与罐体内壁之间产生油气凝析液，而气囊内也会产生凝结水。气囊内的水分和其他凝析液通过排水管排出，气囊与地面钢制容器壳体内壁之间环形空间内的油气凝析液通过凝析液排出管排出。

加油站地下储油罐用气囊式压力控制设备，主要由地面钢制容器壳体(1)、气囊(2)、通气组件(3)、排物组件(4)、呼吸阀管线(5)、基座(6)和地下储油罐(7)组成，其中：地面钢制容器壳体(1)底座设置在水泥基座(6)上，在地面钢制容器壳体(1)的上部安装有通气组件(3)，下部安装有排物组件(4)，在地面钢制容器壳体(1)一侧设置油气出入管(51)，并与呼吸阀管线(5)连接，呼吸阀管线(5)的下端与地下储油罐(7)相连接，地面钢制容器壳体(1)内设置与其内壁之间能形成环形空间且互不相通的可变形气囊(2)，气囊(2)上部与下部均有开口，上部开口通过气囊上压环(34)被固定在气囊上法兰(33)上并形成密封连接，空气呼吸管(32)与大气和气囊(2)内部相通，下部开口通过气囊下压环(44)被固定在气囊下法兰(43)上并形成密封连接；

所述的通气组件(3)由容器上法兰(31)、空气呼吸管(32)、气囊上法兰(33)、气囊上压环(34)和密封环(36)组成，容器上法兰(31)通过螺栓与地面钢制容器壳体(1)的上端连接，空气呼吸管(32)通过螺纹与容器上法兰(31)相互连接，空气呼吸管(32)的下端与气囊上法兰(33)采用螺纹联接，空气呼吸管(32)的伸出部分端部设置有阀门(35)；

所述的排物组件(4)由容器下法兰(41)、排水管(42)、气囊下法兰(43)、气囊下压环(44)、油气凝析液外排管(45)和密封环(48)组成，罐体下法兰(41)通过螺栓与地面钢制容器壳体(1)的下端连接，排水管(42)通过螺纹与容器下法兰(41)相互连接，排水管(42)的上端与气囊下法兰(43)螺接，在容器下法兰(41)上通过螺纹设置有油气凝析液外排管(45)，并在排水管(42)和油气凝析液外排管(45)外端设置阀门(46)和阀门(47)；

所述的地面钢制容器壳体(1)和气囊(2)可以立式放置或卧式放置；

所述的气囊(2)材料选用热塑性聚氨酯，并通过强化韧性处理，气囊(2)内、外壁涂镀防静电层。

由于采用上述技术方案，本发明具有以下优点和效果：

(1)本发明能减小加油站给机动车加油时产生的油气排放污染，并适量回收有价值的油气资源，减少了加油站发生火灾的危险性，既节省能源，保护环境，利于人体健康，又不会再生三废。

(2)本发明能降低传统加油站由呼吸阀直接排放油气所造成的空气污染，并能使地下储油罐内的气相空间在各种气液比下保持压力稳定，减小了所储存轻质油品的进一步挥发。

(3)本发明采用气囊式压力管理，没有动力装置，也没有电力消耗，因此减小了整个油气回收处理系统的体积和成本，减小了设备投资及运行费用，发生故障的概率较低。

(4)本发明对地面钢制容器壳体和气囊都采用上下双法兰结构，使安装更加简便。

(5)本发明采用气囊内部空间与外界大气环境相通、气囊与地面钢制容器壳体内壁之间的环形空间与地下储油罐内气相空间相通的方式，同时在气囊底部设置排水管以及罐体底部设置油气凝析液排出管，使操作更加方便。

附图说明

图1为本发明结构总体示意图

图2为本发明通气组件结构整体示意图

图3为本发明排物组件结构整体示意图

具体实施方式

本发明气囊式压力控制设备包括立式和卧式两种安装方式，两者工作原理相同，结构类似，下面以立式为对象进行描述。

由图1、图2和图3示出，加油站地下储油罐用气囊式压力控制设备由地面钢制容器壳体1、气囊2、通气组件3、排物组件4、呼吸阀管线5、基座6和地下储油罐7组成，其中：地面钢制容器壳体1的底座安装在钢筋混凝土基座6上，在地面钢制容器壳体1的上部安装有通气组件3，下部安装有排物组件4，在地面钢制容器壳体1一侧设置油气出入管51，并与呼吸阀管线5连接，呼吸阀管线5的下端与地下储油罐7相连接，地面钢制容器壳体1内设置与其内壁之间能形成环形空间且互不相通的可变形气囊2，气囊2上部与下部均有开口，上部开口通过气囊上压环34被固定在气囊上法兰33上并形成密封连接，空气呼吸管32与大气和气囊2内部相通，下部开口通过气囊下压环44被固定在气囊下法兰43上并形成密封连接。

通气组件3由容器上法兰31、空气呼吸管32、气囊上法兰33、气囊上压环34和密封环36组成，容器上法兰31通过螺栓与地面钢制容器壳体1的上端连接，空气呼吸管32通过螺纹与容器上法兰31相互连接，空气呼吸管32的下端与气囊上法兰33螺接，空气呼吸管32的伸出部分端部设置有阀门35。

排物组件4由容器下法兰41、排水管42、气囊下法兰43、气囊下压环44、油气凝析液外排管45和密封环48组成，容器下法兰41通过螺栓与地面钢制容器壳体1的下端连接，排水管42通过螺纹与容器下法兰41相互连接，排水管42的上端与气囊下法兰43螺接，在容器下法兰41上通过螺纹设置有油气凝析液外排管45，并分别在排水管42和油气凝析液外排管45外端设置阀门46和阀门47。

气囊2由高弹性材料制成，例如，选用热塑性聚氨酯，并通过强化韧性处理以增加其使用寿命，同时在气囊2内、外壁涂镀防静电层以避免与油气变形接触时产生静电而发生事故，通过选择适当的弹性变形系数，可以使气囊2发生弹性膨胀或收缩所需的气相压力小于P/V阀开启时的设定压力值。

地下储油罐7内气相空间的油气通过呼吸阀管线5、油气出入管51进入地面钢制容器壳体1内壁与气囊2之间的环形空间，呼吸阀管线5顶端装有压力真空阀(P/V阀)52，在未进行第二阶段强化油气回收改造之前，地下储油罐7内气相空间的油气压力上升到一定值时，直接通过压力真空阀(P/V阀)52排出，地面钢制容器壳体1上部装有空气呼吸管32，空气呼吸管32与地面钢制容器壳体1内的气囊2相连通。

当地下储油罐7内的气相空间产生负压时，由于负压作用将地面钢制容器壳体1内储存的油气“吸入”地下储油罐7，补充地下储油罐7内气相空间的“油气欠缺”，与此同时气囊2体积弹性膨胀，外界大气环境中的空气因压差效应而进入气囊2内部，当地下储油罐7内的气相空间因真空辅助式油气回收采用大气液比等原因产生正压时，挤压气囊2收缩并排出空气，气囊2与地面钢制容器壳体1内壁之间的环形空间容积增大，地下储油罐7内气相空间的饱和油气“呼出”而补充进入该空间。

在油气出入管51上设有阀门53，控制油气的进出；在油气凝析液外排管45上设有阀门47，控制气囊2与地面钢制容器壳体1内壁环形空间内油气凝析液的排出；在排水管42上设有阀门46，控制气囊2内部水和其他凝析液的排出。正常工作时，阀门53处于开启状态，当油气混合物进入地面钢制容器壳体1之后，其中粒径较大的雾状油滴会在自身重力的作用下分离出来聚集在地面钢制容器壳体1底部；同时由于气囊式压力管理系统在室外工作时存在昼夜温差、压力波动等原因，气囊2与地面钢制容器壳体1内壁之间的环形空间内也会产生油气凝析液，这些凝析液会因重力作用而聚集在罐体1底部；排除油气凝析液时，可通过关闭阀门53，开启阀门47通过油气凝析液外排管45排出凝析液；气囊内产生的水或其他液态凝析物可通过开启阀门46通过排水管42排出。

另外，本发明除了用于加油站地下储油罐之外，也可用于油库储油罐、挥发性有机溶剂储罐等存在挥发性有机气体“大小呼吸损耗”的场合。

Claims (7)

1.加油站地下储油罐用气囊式压力控制方法，其特征在于：当地下储油罐内气相空间压力增大而略高于外界大气环境的压力时，气囊被其与地面钢制容器壳体内壁之间环形空间的微正压油气所挤压，发生弹性收缩，从而使得地下储油罐内的油气因总体积增大而压力下降，油气不通过呼吸阀向外界大气环境排放；当地下储油罐内的气相空间形成负压而略低于外界大气环境压力时，外界大气环境中的空气通过空气呼吸管进入气囊，气囊发生弹性膨胀，迫使其与地面钢制容器壳体内壁之间环形空间的体积收缩，油气因总体积减小而压力上升，避免通过呼吸阀吸入新鲜空气；气囊与地面钢制容器壳体内壁之间环形空间内产生的油气凝析液通过凝析液排出管排出，气囊内的水分和其他凝析液通过排水管排出。

2.如权利要求1所述方法的设备，主要由地面钢制容器壳体(1)、气囊(2)、通气组件(3)、排物组件(4)、呼吸阀管线(5)、基座(6)和地下储油罐(7)组成，其特征在于：地面钢制容器壳体(1)底座设置在水泥基座(6)上，在地面钢制容器壳体(1)的上部安装有通气组件(3)，下部安装有排物组件(4)，在地面钢制容器壳体(1)一侧设置油气出入管(51)，并与呼吸阀管线(5)连接，呼吸阀管线(5)的下端与地下储油罐(7)相连接，地面钢制容器壳体(1)内设置与其内壁之间能形成环形空间且互不相通的可变形气囊(2)，气囊(2)上部与下部均有开口，上部开口通过气囊上压环(34)被固定在气囊上法兰(33)上并形成密封连接，空气呼吸管(32)与大气和气囊(2)内部相通，下部开口通过气囊下压环(44)被固定在气囊下法兰(43)上并形成密封连接。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于：所述的通气组件(3)由容器上法兰(31)、空气呼吸管(32)、气囊上法兰(33)、气囊上压环(34)和密封环(36)组成，容器上法兰(31)通过螺栓与地面钢制容器壳体(1)的上端连接，空气呼吸管(32)通过螺纹与容器上法兰(31)相互连接，空气呼吸管(32)的下端与气囊上法兰(33)采用螺纹联接，空气呼吸管(32)的伸出部分端部设置有阀门(35)。

4.根据权利要求2所述的设备，其特征在于：所述的排物组件(4)由容器下法兰(41)、排水管(42)、气囊下法兰(43)、气囊下压环(44)、油气凝析液外排管(45)和密封环(48)组成，罐体下法兰(41)通过螺栓与地面钢制容器壳体(1)的下端连接，排水管(42)通过螺纹与容器下法兰(41)相互连接，排水管(42)的上端与气囊下法兰(43)螺接，在容器下法兰(41)上通过螺纹设置有油气凝析液外排管(45)，并在排水管(42)和油气凝析液外排管(45)外端设置阀门(46)和阀门(47)。

5.根据权利要求2所述的设备，其特征在于：所述的地面钢制容器壳体(1)和气囊(2)可以立式放置或卧式放置。

6.根据权利要求2、5所述的设备，其特征在于：所述的气囊(2)材料选用热塑性聚氨酯，并通过强化韧性处理，气囊(2)内、外壁涂镀防静电层。

7.根据权利要求1、2所述的储油罐用气囊式压力控制方法与设备，其特征在于：除了用于加油站地下储油罐之外，也可用于油库储油罐、挥发性有机溶剂储罐等存在挥发性有机气体“大小呼吸损耗”的场合。

Images