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三次油氣回收系統是通過控制儲油罐壓力回收處理加油站儲油罐內的揮發油氣和回收油氣，將絕大部分油氣以液態油和過飽和油氣的形式返回至儲油罐中，油氣中的空氣組分凈化后環保的排放的油氣回收處理裝置。
當三次油氣回收系統檢測到油罐內壓力達到預設的啟動壓力（如+150Pa）時，系統開始工作；壓縮機從油罐中抽取油氣并進行壓縮，升高溫度的油氣通過冷凝裝置進行常溫冷卻，部分油氣被直接冷凝為液態油；剩下的油氣/空氣混合物繼續進入具有選擇滲透功能的膜組件進行分離，混和氣被分為富含油氣的滲透相—超飽和油氣和凈化了的空氣，超飽和油氣通過真空泵抽回油罐，凈化空氣則可以直接排放到大氣中。隨著油氣回收系統的運行，油罐上方的壓力會逐漸下降，當油罐頂部的壓力下降到低于停止壓力（如-150Pa）或設備停止時間時，系統會自動停止直至油罐頂部壓力再次升高達到設定啟動壓力時，設備再次啟動。
