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控制车辆油气排放的ORVR技术
www.cnengine.com  2008-4-26  [进入发动机论坛]
   一、前言

    目前汽油挥发的有机物VOCvolatile organiccom pound)已经是我国部分城市大气污染的污染源之一,城市中的加油站和车辆加油过程又是产生油气排放的主要来源。油气排放物中大部分物质对人体有害并且是光化学烟雾的前体物或刺激气体,如苯类、芳烃、烯烃和醚类等。

    二、控制油气排放的目的意义

    汽油挥发出来的油气排放物对人体健康有较大的危害,如苯的化合物医学上已经证明为制癌物质,挥发出来的油气又存在着重大的安全隐患(燃油蒸汽属易燃、易曝物),同时又大量的浪费着我们有限的宝贵资源。

    发达国家(以美国做得最好)从上世纪七十年代开始做油气回收相关的研究和治理工作,并取得了可观的经济效益和环保收益。象埃索、BP、壳牌等著名石油公司20世纪70 年代开始对轻质油品的储运系统兴建油气回收装置。随着我国近年来经济的高速发展,汽车的年销量和汽车的社会总保有辆急剧增长,我国的环境空气质量急待于进一步改善。在逐步有效的控制新生产机动车的排气排放和蒸发排放的同时,非常有必要对新生产机动车和在用车辆的油气排放加以治理,以节约宝贵的能源,减少汽车加油过程中的油气排放对环境的污染,保护人们的身体健康。

    三、油气污染产生的途径和我国油气排放现状

    (一)油料运输过程中的挥发

    油料在运输过程中随着运输工具的运动而不停的晃动,很快使油料液面上方的燃油蒸汽达到饱和。当外界环境温度升高时,大量饱和的燃油蒸汽随着环境空气的呼入而排到大气中;环境温度降低时,环境空气进入储油器时油料会继续蒸发。

    (二)油料储存过程中的挥发

    油料在静态储存过程中,燃油蒸汽充满油罐气体空间。外界环境温度发生变化时,油罐内蒸汽也会发生与运输环节类似的挥发损失。

    (三)收发及加注过程的挥发

    当燃油运输车向加油站的储油罐添装燃油时,罐内液面上升,形成正压,罐内带有饱和燃油蒸汽的混合空气压力大于压力阀的控制值时,燃油蒸汽就被排放到环境空气中;在给汽车、摩托车加油作业的环节中,由于加油枪与车辆的油箱口非紧密接触,使得大量的燃油蒸汽排入大气中;由于操作不当在加油过程中还会出现燃油溅出的情况。

    (四)我国油气排放现状

    国家质量监督总局和建设部制定了《汽车加油与加气站设计与施工规范》(G B50156-2002)中规定了加油站必须安装油气回收与渗漏检测设施。但是目前国内的绝大多数加油站都没有油气回收设施,加油枪也并不是带有油气回收管路的。国内只有北京、上海等城市的加油站在油气回收方面做得比较好。

    据推测,2004年我国的汽油挥发总量已经超过30万吨,其中加油过程的挥发量约6万吨。依据我国目前得油气回收控制水平和目前得机动车保有量,到2020年加油过程的油气挥发量将达到30万吨。其能源浪费情况让人触目惊心。

    四、国外控制油气污染的措施

    从油气产生的几个环节来看,绝大多数的油气排放源于油罐车卸油和机动车加油2个过程,因此控制这两个过程的油气排放是解决问题的关键。以美国为例,油气回收系统主要有:一级油气回收系统(Stage I);二级油气回收系统(Stage II)和车载油气回收系统(ORVR)。

    (一)一级油气回收系统

    一级油气回收系统是针对油料运输车在给加油站卸油时,罐中的逃逸蒸汽而设计的。主要有油料运输车卸油时采用密封式卸油,减少油气向外溢散。基本原理就是用导管将逃逸的油气重新输回油罐车内,回收到车内的油气带回油库再经冷凝、吸附等方式处理。

    (二)二级油气回收系统

    二级油气回收系统主要指机动车辆在加油时,利用油枪上的设计的特定装置,将由汽车油箱溢散到空气中的油气,经加油枪、油气导管回收到油罐内,一级和二级油气回收系统简图见图1

   

    五、车辆的ORVR技术

    (一)ORVR技术简介

    ORVROnboard Refueling VaporR ecovery)即车载加油挥发控制装置,是一种车辆排放控制系统,它能够收集加油过程中从油箱中挥发出来的燃油蒸气。该技术是美国EPA1994年推出以作为二级油气回收系统的一种替代选择。

    (二)ORVR原理介绍

    ORVR被设计固定在油箱和加油枪之间,当汽车加油时,油箱中的燃油蒸气会被一个具有吸附作用的碳罐吸收,当发动机开始运转,碳罐中的油气就会进入发动机进气管,从而作为燃料被使用,图2ORVR的油气回收原理。目前国内机动车安装的活性碳罐主要针对中国3 阶段标准的IV型试验——整车的燃油蒸发试验,还没有涉及加油过程中的油气排放控制。ORVR技术就是通过改进现有车辆上的燃油蒸发回收系统以达到控制加油排放的目的。

   

    (三)美国的ORVR实施情况

美国在1998年开始实施,要求整个寿命期内车辆的加油过程中HC的排放量必须控制在0.053g/L 这一限值内。2000年以后所有美国销售的轿车必须加装ORVR系统,而对于轻型卡车则在2006年开始加装ORVR

ORVR系统的成本约为68美元,而每年车辆因加装ORVR而节约的燃料费用大概为24美元。

    六、不同控制措施对VOC 排放趋势的比较

    国内的科研机构根据未来各时间段内排放过程的活动水平和考虑各种排放情景后的排放因子,预测了各种控制措施对减少VOC排放量的贡献。4种控制情景作为比较基础:a:无任何控制措施;b:采用Stage I油气回收系统;c:采用Stage IStage II油气回收系统;d:采用Stage IORVR技术。图3为不同控制情景下的VOC排放量预测。

   

    该计算过程假设Stage IIORV 技术是分阶段实施的:对于Stage II2005 年为20%的普及率,到2010年为100%;对于ORVR 技术假设从2005年开始引进,预计2016年达到80%的普及率。从趋势图中可以看出ORVR技术实施后回显著的减少VOC的排放,从长远的环境和经济效益考虑,ORVR我们的最终选择。

    七、结束语

    我国提出了建设节约型社会的总体目标,油气排放浪费了我们大量的宝贵资源,也同时危害着我们的身体健康,有效治理发生在我们身边的油气排放是我们目前的一个重要课题。

    国家环保总局已经开始组织开展油气排放的环保控制与管理研究项目,从法规、技术、经济等开始研究论证。

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