CN112093303A - 膜式水封器及使用该水封器的储罐废气收集系统、方法 - Google Patents

膜式水封器及使用该水封器的储罐废气收集系统、方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种膜式水封器，包括器体和设置在器体内的膜结构，所述器体设置进、出气口，所述膜结构设置或膜结构与器体之间设置与进气口连通的进气通道或进气腔，膜结构相对于进气通道或进气腔的另一侧浸没于水封液中，水封液表面与器体之间设置有与出气口连通的出气通道或出气腔，自进气口送入的气体在压差作用下自膜表面微孔无泡透过水封液后由出气口送出，同时也公开了基于该膜式水封器的仓储储罐和油罐车储罐的废气收集系统、方法。本发明能有效实现储罐的大小呼吸气和油罐车底部装车尾气的收集，具有结构简单、操作简便、节能环保的优点。

Description

膜式水封器及使用该水封器的储罐废气收集系统、方法
技术领域
本发明涉及废气处理技术领域，尤其涉及采用膜式水封器对储罐和油罐车进行废气收集的系统及方法。
背景技术
石化仓储行业存储各种液体化工产品，废气污染物种类繁多，一般来说包括无机废气和有机废气两类。这些废气主要来自各类储罐的无组织排放，不仅严重污染大气环境，影响身体健康，也造成了资源的浪费。无组织排放废气的处理包含废气收集及输送系统和废气处理设施本身。其中，储放硝酸、盐酸等无机化工产品和烷类、芳烃类、酯类、醛类等挥发性有机化工产品的储罐在装卸料过程中会产生大量浓度较高的无组织废气或大呼吸气；且在储存过程中由于周围温度、气压等变化也会产生大量浓度较低的无组织废气或小呼吸气。上述情况在导致储罐内溶剂损失的同时也对环境产生一定程度的污染。储罐呼吸气的收集净化问题一直是一个难题。
废气处理方法有吸附技术、吸收技术、催化燃烧技术、膜分离技术、等离子体技术、高温焚烧技术、光催化技术等，可根据不同的废气选择不同的处理设施，不管选择哪种废气处理设施，都需要配置安全可靠的废气收集及输送系统。
目前石化仓储罐区的VOCS治理过程中在尾气收集的过程中需要对多个储罐的尾气集中收集后再处理。但是由于每个储罐存储的产品不同，VOC成分不同，有的储罐有氮封，气体氧气含量低，有的储罐没有氮封，氧气含量高，混合尾气成分复杂。集中的尾气收集系统互连互通，各个储罐由于压力不同，存在相连储罐串气的现象。储罐的气相空间串气，会影响仓储产品的质量，甚至有可能产生混合尾气爆炸的危险。
为了防止在事故状态下，由于尾气处理系统或其他储罐产生的火焰返回到储罐内，一般采用防爆轰阻燃器或水封罐的设计。防爆轰阻燃器虽然对火焰有防护作用，但对储罐间的尾气串气没有作用。而采用水封器既可对火焰起到阻止作用，又可防止储罐间的串气的作用。
在仓储罐区正常的工况下，每个储罐操作不同，有装船，有卸船，有装车，有卸车，因此每个储罐的压力不同，有真空，有低压，有微压。对于集中的尾气收集管道，如果没有水封器，储罐间由于压力不同可能串气。同时，罐区内的装车区域，对于底部装车的罐车，由于装的产品不同，装车速度不同，每个罐车的压力也不同，同样存在串气的情况。
常用的水封器，包括密闭的水封容器，水封容器顶部设置有进气管，进气管的一端贯穿水封器本体顶部外壁后延伸入水封器本体内底部，水封器本体侧壁中部设置有溢流管，水封器本体顶部连接有出气管，水封器本体侧壁下部设置有进水管，使用时，将气体从进气管送入到水封器本体内底部的水中，气体经过水后上升，最后从出气管导出，在这过程中，水一直从进水管处送入到水封器本体内部，水位超过溢流管高度时，水从溢流管流出，以维持水封器本体内部的水位高度。在气体通过筒体液位时，可能产生气泡，夹带液体通过，因此可以有效确保水封器筒体内的水位(水封面)恒定是必须的，如果水封面不稳定，起不到水封的效果。同时普通立式或卧式罐体积大，结构复杂占地面积大。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明目的之一在于提供一种新型的膜式管道水封器，该水封器能用来实现有效的储罐大小呼吸气收集，且结构简单、操作简便、节能环保。
本发明的目的采用如下技术方案实现：
膜式水封器，包括器体和设置在器体内的膜结构，所述器体设置进、出气口，所述膜结构设置或膜结构与器体之间设置与进气口连通的进气通道或进气腔，膜结构相对于进气通道或进气腔的另一侧浸没于水封液中，水封液表面与器体之间设置有与出气口连通的出气通道或出气腔，自进气口送入的气体在压差作用下膜表面微孔无泡透过水封液后由出气口送出，该膜式水封器能快速稳定地收集VOC废气，或实现其它气体无泡透过处理的效果。
所述膜结构的材料采用无机膜、有机膜或复合膜，当膜结构采用无机膜时，无机膜为金属膜或陶瓷膜。
所述膜结构采用管状膜、板状膜或膜复合结构；当膜结构采用管状膜时，管状膜采用中空纤维丝或中空膜管；当膜结构采用板状膜时，板状膜为平板膜；当膜结构采用膜复合结构时，膜复合结构为在非膜材料制成的管或板表面设置多个透气孔并在透气孔的进气端封闭设置膜材料层的结构。
进一步地，当膜结构采用较中空纤维丝直径更大的中空膜管时，中空膜管为管式陶瓷膜、管式金属膜或由其它无机或有机膜材料制成的膜管，当膜结构采用平板膜时，平板膜与器体之间形成有进气腔。
所述器体为管道式结构，便于与外部的气体收集管路连接，易安装，处理效率高；优选地，所述管道两侧设置有法兰，实现快速紧固安装。
所述膜结构为一端封闭、一端敞口的管状膜结构，所述管状膜结构采用由有机膜、无机膜、金属膜或复合膜材料制成的中空纤维丝及直径更大的中空膜管，或为在非膜材料制成的管表面设置多个透气孔并在透气孔的进气端封闭设置膜材料层的复合管状膜结构。
所述水封器为卧式管道结构，所述膜结构采用中空纤维丝组件，各个中空纤维丝呈水平设置且浸没于管道内的液体中，中空纤维丝一端的进气口通过密封胶固定在管道一端且密封胶封胶时实现管道封闭，中空纤维丝另一端的封闭结构通过密封胶固定在管道另一端且密封胶上留有高于液面的出气口；具体地，所述管道上两端密封形式不同，进气端中空纤维丝进气且其它区域封闭，出气端中空纤维丝及其它区域封闭，在液面上方的封闭区域留有多个出气口。
所述水封器为立式管道结构，所述膜结构采用中空纤维丝组件，各个中空纤维丝呈竖向设置，中空纤维丝底端的进气口通过密封胶固定在管道底部，中空纤维丝顶端封闭并通过密封胶和支撑架固定在管道上部，支撑架与管壁之间形成有透气空间，中空纤维丝、密封胶和支撑架浸没于管道内的液体中，液体上方为与出气口连通的出气腔。
所述管道上设置有进水口、出水口和液位探测装置，通过液位探测及进出水控制来保持液面高度；优选地，所述液位探测装置为插入式液位计。
本发明的目的之二在于提供一种基于膜式水封器的仓储储罐呼吸气或油罐车底部装车排气回收收集系统，该系统能将无组织排放的储罐呼吸气进行安全的收集，有利于下一步回收或处理，以及提供一种在仓储罐区或下装汽车站台等不同场景的各种工况下，能够安全有效地收集储罐大小呼吸气和下装油罐车排气产生的尾气的工艺方法。
仓储储罐废气收集系统，包括多个储罐和与各储罐连接的排气管，各个排气管均连接至废气收集总管，每个排气管上均设置膜式水封器，废气收集总管和抽风机相连，由抽风机将废气送入尾气处理装置；优选地，所述储罐上配置有紧急泄放阀、氮封阀、呼吸阀和单呼阀，单呼阀与排气管配套连接。
该系统的收集方法，包括如下步骤：
S1装船操作：当储罐在进行装船操作时，由于产品不断送出使得储罐压力逐渐降低，当压力降低到氮封阀的设定值时，氮气补充到储罐内，这一过程中储罐不产生VOC废气呼出，在水封器的阻隔作用下，废气收集总管内的气体也不会混入储罐；
S2存储状态：当储罐处在静止的存储状态，没有产品的进出操作，但由于环境温度的升高使得储罐内压力升高，当压力升高到单呼阀的设定值时，产生小呼吸，呼出的VOC和氮气通过水封器进入废气收集总管；
S3卸船操作：当储罐在进行卸船操作时，由于产品不断送入使得储罐压力逐渐增高，当压力升高到单呼阀的设定值时，单呼阀开启，这一过程中储罐不断产生VOC废气呼出，呼出的VOC和氮气通过水封器进入废气收集总管。
油罐车储罐底部装车废气收集系统，包括油罐车和与油罐车储罐连接的排气管，每个排气管上均设置膜式水封器，各个排气管连接至排气总管；优选地，所述排气总管固定在装车台顶棚下方的管架上，立式水封器竖向安装在汽车平台外侧且人员可以触及到的垂直排气管上，便于水封液的更换及按所需的液位高度添加。
该系统的收集方法，包括如下步骤：当油罐车的储罐处在底部装载过程中，由于液体物料不断进入油罐车罐体，液体挥发产生VOC废气和油罐车内原来存在的气体混合并被不断压缩，随着压力升高超过水封罐液体高度时，向上排出的VOC废气经排气管、水封器进入排气总管。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：提供了一种储罐废气的收集及输送系统，通过采用管道式水封器，将每个储罐的气相空间和集中尾气收集管线的气相空间隔离，适用于在不同工况下将储罐无组织排放的废气收集到废气处理设施进行处理与回收。该技术可避免每个储罐内的尾气和集中尾气收集器的串气，同时具备阻火、阻爆的功能，节省类阻火器。管道式水封器方便安装，布置也比较顺畅、简洁，水封液位易于控制。
附图说明
图1为本发明卧式管道水封器的剖面图；
图2为本发明卧式管道水封器的主视图；
图3为本发明卧式管道水封器的主体结构图；
图4为本发明仓储储罐废气收集系统的结构图；
图5为本发明立式管道水封器的剖面图；
图6为本发明立式管道水封器的主视图；
图7为本发明立式管道水封器的主体结构图；
图8为本发明油罐车储罐废气处理系统的结构图；
图中标记及对应件为：1-管道，2-中空膜组件，3-水封液，4-密封胶，5-隔板，6-插入式液位计，7-储罐，71-储罐A，72-储罐B，73-储罐C，8-单呼阀，9-水封器，10-抽风机，11-尾气处理装置，12-支撑架，13-插入式液位计，14-法兰，15-装车台顶棚，16-管架，17-支撑柱，18-汽车平台，19-油罐车。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明进行更为详细的描述，需要说明的是，下参照附图对本发明进行的描述仅是示意性的，而非限制性的。各个不同实施例之间可以进行相互组合，以构成未在以下描述中示出的其他实施例。
实施例1
如图1-4所示，实施例1为卧式管道水封器应用于仓储储罐7废气收集的情况。
卧式管道水封器，包括管道1和管道1内的中空膜组件2，所述中空膜组件2采用中空纤维丝，所述中空纤维丝为设置有进气通道的半封闭结构，各个中空纤维丝呈水平设置且浸没于管道1内的水封液3中，中空纤维丝一端的进气口通过密封胶4固定在管道1一端且密封胶4为完全封闭状态，封闭管道1上半部，中空纤维丝另一端的封闭结构通过密封胶4固定在管道1另一端且密封胶4为留有出气口的封闭密封结构，出气口位置高于液面；
所述管道1上内置连续的中空纤维丝，中空纤维丝仅占据一半的管道空间，所述管道1上设置有进水口和出水口，管道1外侧设置有插入式液位计6，通过液位测量及进出水控制来实现液面的恒定高度。
基于水封器的经改进的储罐废气收集及输送系统，该系统包括储罐7，所述的储罐7除配备紧急泄放阀、呼吸阀、氮封阀外，还配有单呼阀8。常压和低压储罐7的设计压力一般在2-14KPa储罐7的保护一般都有紧急泄放阀，呼吸阀和连接尾气收集系统的单呼阀8。为了充分保护储罐7，并便于收集尾气，紧急泄放阀设定值为95-98％的设计压力，呼吸阀设定为90-95％的设计压力，单呼阀8设定为70-80％的设计压力；储罐7顶部的单呼阀8与其配套的排气管连接，并接到地面或管廊。在地面或管廊上安装一个管道式水封器9。废气收集总管上从上到下依次连有若干有排气管、若干管道式水封器9，所述尾气收集总管和抽风机10相连，并由抽风机10送入相应的尾气处理装置11。
上述储罐7废气的收集及输送系统操作，包括装船操作、静止存储状态及卸船操作不同阶段，具体过程为：
当储罐A71在进行装船操作时，由于产品被不断泵送到船上，储罐7的压力逐渐降低，当储罐7压力降低到氮封阀的设定值，氮气补充入储罐7。在这个操作过程中储罐A71不产生VOC呼出，同时由于水封器的作用，尾气收集汇管内的气体也不会混入储罐A71。
此时，储罐B72处在静止的存储状态，没有产品的进出操作。储罐7内的压力会随着环境温度的变化而变化。当环境温度升高，储罐7内压力也同时升高，当储罐B72的压力升高到单呼阀8的设定值时，产生小呼吸，呼出的VOC/氮气/通过水封器进入集中尾气收集管道。
此时，储罐C73在进行卸船操作，由于产品被不断泵送入储罐7，储罐7的压力逐渐升高，当储罐7压力升高到单呼阀8的设定值，单呼阀8开启。在这个操作过程中储罐C 73不断产生VOC尾气呼出，呼出的VOC/氮气/通过水封器进入集中尾气收集管道1。
管道式水封器，通过控制水封液3的高度(通常是气相管径的一半)，实现储罐7气相和尾气收集管线气相的隔离。由于储罐7气相和集中尾气收集管线完全隔离，无论在集中尾气管线末端的抽风机10处于静止状态还是运行状态，都完全避免了储罐7间，由于不同储罐7气相压力造成的串气。同时由于储罐7气相和集中尾气收集管线完全隔离，在尾气管线末端抽风机10操作真空度过低的情况下，也只能将尾气收集管线的真空度降低，也不会把储罐7吸瘪。因此，本发明可实现罐区VOC尾气的安全，方便的集中收集。
实施例2
如图5-8所示，实施例2和实施例1的区别在于：将膜式水封器设置为立式管道结构，以及应用于油罐车19的储罐废气收集。
基于水封器的经改进的储罐废气收集及输送系统，包括油罐车19和与油罐车19连接的排气管，每个排气管上均设置膜式水封器，各个排气管连接至排气总管，所述排气总管固定在装车台顶棚15下方的管架16上，装车台顶棚15由支撑柱17支撑，膜式水封器设置在汽车平台18上方或下方，在操作工可触及的管道上，便于水封液的更换及按所需的液位高度添加；
所述水封器采用立式管道结构，包括管道1和管道1内的中空膜组件2，所述中空膜组件2包括多个束状的中空纤维丝，所述中空纤维丝的内膜为进气通道，每束中空纤维丝间填充密封胶，各个中空纤维丝呈竖向设置，中空纤维丝底端的进气口通过密封胶4外缘的密封圈固定在管道1底部，中空纤维丝顶端封闭并通过密封胶4和支撑架12形成的整体部件外缘的密封圈固定在管道1上部，支撑架12与管壁之间形成有透气空间，中空纤维丝、密封胶4和支撑架12浸没于管道1内的水封液3中，液体上方为与出气口连通的出气腔；
所述管道1上设置有进水口和出水口，支撑架12上方设置有插入式液位计13，通过液位测量及进出水控制来实现液面的恒定高度，同时将管道上下两侧均设置法兰14，便于管路对接，实现快速紧固安装；
该水封器通过采用膜结构，自进气口送入的气体在压差作用下自膜孔进入液体后由出气口送出，能快速稳定地收集VOC废气，或实现其它气体无泡透过处理的效果。
该系统的收集过程为：当油罐车的储罐7处在底部装载过程中，由于液体物料不断进入油罐车罐体，液体挥发产生VOC废气和油罐车内原来存在的气体混合并被不断压缩，随着压力升高超过水封罐液体高度时，向上排出的废气经排气管、水封器进入排气总管。
本发明的水封器采用管道式结构，方便气相管线，其结构是利用有机或无机的微孔膜制作的水封器，确保常压储罐中的VOC和氮气的混合气，或油罐车的VOC废气，在无气泡的情况下透过水相进入气相。一般无机膜多为管道式膜器结构，而有机膜材料有中空纤维膜丝和平板膜，本发明采用中空纤维膜丝，灌封在钢管中，并通过法兰连接，形成尾气管道整体的一部分，有明显的优势，同时本发明也可通过采用有机材料的平板膜，制作成平板膜器，同样实现无泡状态下储罐气相VOC进入尾气汇管，采用平面膜器的尾气压力降也低，但在易于安装在尾气管道上不如管道式结构。
相比现有技术，本发明的特点在于：1、利用有机或无机的微孔膜制作的管道式水封器，实现常压储罐罐组的VOC混合气或油罐车的VOC废气的安全收集。2、基于膜的管道式水封器，气体无泡通过水封液，水封效果好，水封液位低，尾气压力降小。3、管道式的膜组件，更方便加入尾气管道，安装方便，节省空间。4、适用于常压和低压储罐的水封，根据储罐压力，选择不同泡点压力的膜管或膜丝，确保储罐内气体无泡通过水封液，汇入尾气总管。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，附图中所示的也只是本发明的具体实施方式对应的结构，实际的结构并不局限于此，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.膜式水封器，包括器体和设置在器体内的膜结构，其特征在于：所述器体设置进、出气口，所述膜结构设置或膜结构与器体之间设置与进气口连通的进气通道或进气腔，膜结构相对于进气通道或进气腔的另一侧浸没于水封液中，水封液表面与器体之间设置有与出气口连通的出气通道或出气腔，自进气口送入的气体在压差作用下自膜表面微孔无泡透过水封液后由出气口送出。
2.如权利要求1所述的膜式水封器，其特征在于：所述膜结构的材料采用无机膜、有机膜或复合膜，当膜结构采用无机膜时，无机膜为金属膜或陶瓷膜。
3.如权利要求1所述的膜式水封器，其特征在于：所述膜结构采用管状膜、板状膜或膜复合结构；当膜结构采用管状膜时，管状膜采用中空纤维丝或中空膜管；当膜结构采用板状膜时，板状膜为平板膜；当膜结构采用膜复合结构时，膜复合结构为在非膜材料制成的管或板表面设置多个透气孔并在透气孔的进气端封闭设置膜材料层的结构。
4.如权利要求3所述的膜式水封器，其特征在于：所述水封器为卧式管道结构，所述膜结构采用中空纤维丝组件，各个中空纤维丝呈水平设置且浸没于管道内的液体中，中空纤维丝一端的进气口通过密封胶固定在管道一端，中空纤维丝另一端的封闭结构通过密封胶固定在管道另一端且密封胶上留有高于液面的出气口。
5.如权利要求3所述的膜式水封器，其特征在于：所述水封器为立式管道结构，所述膜结构采用中空纤维丝组件，各个中空纤维丝呈竖向设置，中空纤维丝底端的进气口通过密封胶固定在管道底部，中空纤维丝顶端封闭并通过密封胶和支撑架固定在管道上部，支撑架与管壁之间形成有透气空间，中空纤维丝、密封胶和支撑架浸没于管道内的液体中，液体上方为与出气口连通的出气腔。
6.如权利要求1-5任一项所述的膜式水封器，其特征在于：所述管道上设置有进水口、出水口和液位探测装置，通过液位探测及进出水控制来保持液面高度。
7.仓储储罐废气收集系统，其特征在于：包括多个储罐和与各储罐连接的排气管，各个排气管均连接至废气收集总管，每个排气管上均设置膜式水封器，废气收集总管和抽风机相连，由抽风机将废气送入尾气处理装置。
8.如权利要求7所述的仓储储罐废气收集系统的收集方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1装船操作：当储罐在进行装船操作时，由于产品不断送出使得储罐压力逐渐降低，当压力降低到氮封阀的设定值时，氮气补充到储罐内，这一过程中储罐不产生VOC废气呼出，在水封器的阻隔作用下，废气收集总管内的气体也不会混入储罐；
S2存储状态：当储罐处在静止的存储状态，没有产品的进出操作，但由于环境温度的升高使得储罐内压力升高，当压力升高到单呼阀的设定值时，产生小呼吸，呼出的VOC和氮气通过水封器进入废气收集总管；
S3卸船操作：当储罐在进行卸船操作时，由于产品不断送入使得储罐压力逐渐增高，当压力升高到单呼阀的设定值时，单呼阀开启，这一过程中储罐不断产生VOC废气呼出，呼出的VOC和氮气通过水封器进入废气收集总管。
9.油罐车储罐底部装车废气收集系统，其特征在于：包括油罐车和与油罐车储罐连接的排气管，每个排气管上均设置膜式水封器，各个排气管连接至排气总管。
10.如权利要求9所述的油罐车储罐废气收集系统的收集方法，其特征在于，包括如下步骤：当油罐车的储罐处在底部装载过程中，由于液体物料不断进入油罐车罐体，液体挥发产生VOC废气和油罐车内原来存在的气体混合并被不断压缩，随着压力升高超过水封罐液体高度时，向上排出的VOC废气经排气管、水封器进入排气总管。
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