罐裝油品儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程蒸發(fā)損失計(jì)算與控制

董良新 煙臺(tái)汽車工程職業(yè)學(xué)院

罐裝油品儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程蒸發(fā)損失計(jì)算與控制

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罐裝油品在裝油、卸油及運(yùn)輸過(guò)程中都會(huì)有油品的蒸發(fā)損失，油品的損耗主要分為油品氣化、氣相傳質(zhì)及油氣混合排逸等三部分?？刂乒扪b油品油氣蒸發(fā)損失主要是從裝油、運(yùn)輸、卸油三個(gè)過(guò)程中采取措施，油罐車裝油采取從罐車底部裝油方式；運(yùn)輸過(guò)程中安裝油氣回收裝置可控制油氣蒸發(fā)；采用浸沒式卸油可以有效地降低油罐車卸油帶來(lái)的油氣蒸發(fā)。

罐裝油品；油氣蒸發(fā)；氣相傳質(zhì)；儲(chǔ)存溫度；計(jì)算

油品由于具有易揮發(fā)性，在油品裝卸運(yùn)輸過(guò)程中，一部分油品因油氣蒸發(fā)而產(chǎn)生蒸發(fā)損失。據(jù)調(diào)研資料顯示，發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)油氣的使用量比較大，在美國(guó)和日本每年的油氣蒸發(fā)量約占年產(chǎn)量的3%～5%，也就是說(shuō)每年蒸發(fā)掉的油氣量約為l×108～1.67×108t。每年我國(guó)的油氣損耗量為600×104t，其中70%～80%是油品在儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中油氣蒸發(fā)損失造成的。

因此，在罐裝油品儲(chǔ)存過(guò)程中如何降低油氣蒸發(fā)損耗，以及如何采取有效方法和措施控制蒸發(fā)量，是油品儲(chǔ)運(yùn)重點(diǎn)研究的課題。

1 油氣蒸發(fā)原因

罐裝油品在裝油、卸油及運(yùn)輸過(guò)程中都會(huì)有油品的蒸發(fā)損失，油品的損耗主要分為油品氣化、氣相傳質(zhì)及油氣混合排逸等三部分。

1.1 油品氣化

油品在罐內(nèi)儲(chǔ)存過(guò)程中，主要是以蒸發(fā)形式氣化，液體氣化主要存在于氣液兩相共存體系中。在一定的壓力和溫度條件下，氣液接觸并且油品蒸氣未達(dá)飽和狀態(tài)的情況下，均會(huì)產(chǎn)生氣體蒸發(fā)。油品氣化蒸發(fā)的速度取決于油品儲(chǔ)存溫度、油罐內(nèi)油品的自由表面積大小、蒸氣的濃度、所處環(huán)境的壓力及油品品質(zhì)，其中油品的儲(chǔ)存溫度是最主要原因。據(jù)研究檢測(cè)，2000m3的油罐上安裝相應(yīng)面積大小的隔熱層，可以降低油品氣化蒸發(fā)量的50%。因此，在油罐上面安裝反射隔熱板也是非常有必要的，也可以采用非金屬油罐等措施，降低油品周圍環(huán)境的溫度，從而降低氣化蒸發(fā)。

1.2 油罐車內(nèi)氣相傳質(zhì)

油罐內(nèi)氣相傳質(zhì)以分子擴(kuò)散、熱擴(kuò)散和強(qiáng)制對(duì)流三種形式傳質(zhì)。

（1）分子擴(kuò)散。由于油罐空間內(nèi)油氣濃度不均勻分布，氣液會(huì)根據(jù)濃度大小而發(fā)生運(yùn)移，這就是分子的擴(kuò)散，分子會(huì)從高濃度向低濃度擴(kuò)散。油罐底部油氣密度大于其上部空間的密度，促使油罐內(nèi)空間在縱向上形成了油氣濃度梯度，油氣分子將向上空遷移，導(dǎo)致油罐內(nèi)空間油氣分子濃度增加，一旦與外界接觸，就會(huì)產(chǎn)生油氣蒸發(fā)損失。

（2）熱擴(kuò)散。油罐內(nèi)溫度的變化也會(huì)導(dǎo)致油氣的擴(kuò)散，這種方式擴(kuò)散稱為熱擴(kuò)散。隨著罐內(nèi)溫度的變化，罐內(nèi)部空間的溫度分布就會(huì)不均勻，導(dǎo)致氣體的遷移，油氣從能量高的空間向能量低的空間擴(kuò)散。

（3）強(qiáng)制對(duì)流。油罐在運(yùn)輸過(guò)程中，會(huì)導(dǎo)致罐內(nèi)空間壓強(qiáng)不均勻分布，在壓差的作用下，罐內(nèi)的油氣將從高壓區(qū)向低壓區(qū)運(yùn)移，而且運(yùn)移的量很大，這種強(qiáng)制對(duì)流方式還可能出現(xiàn)在罐內(nèi)環(huán)境溫度的聚變以及收發(fā)油的操作環(huán)節(jié)中。

2 浮頂罐蒸發(fā)損耗量計(jì)算

針對(duì)浮頂罐蒸發(fā)損耗量中的浮頂罐小呼吸排放量的計(jì)算，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)展開了許多研究工作。其中得到公認(rèn)的有中國(guó)石油化工（CPCC）系統(tǒng)編制的相應(yīng)經(jīng)驗(yàn)公式、美國(guó)石油學(xué)會(huì)（API）推薦的經(jīng)驗(yàn)公式和美國(guó)國(guó)家環(huán)保局（EPA）的經(jīng)驗(yàn)公式。下面以API和CPCC的有關(guān)公式進(jìn)行分析。

2.1 CPCC小呼吸經(jīng)驗(yàn)公式

中國(guó)石油化工系統(tǒng)小呼吸經(jīng)驗(yàn)公式為

式中LFS為外浮頂罐和內(nèi)浮頂罐年蒸發(fā)損耗（kg/a）；K為系數(shù)（外浮頂K=3.1，內(nèi)浮頂K= 2.05）；V為罐外平均風(fēng)速（m/s）；Pr為蒸發(fā)壓函數(shù)；D為儲(chǔ)罐直徑（m）；My為油品蒸發(fā)的平均分子量；Ks為密封系數(shù)；KC為油品系數(shù)（原油KC= 0.4，除了原油外所有的石油液體KC=1）；EF為二次密封系數(shù)（單層密封EF=1、二次密封EF= 0.25）；n為與密封有關(guān)的風(fēng)速指數(shù)。

2.2 API小呼吸推薦公式

美國(guó)石油學(xué)會(huì)蒸發(fā)損耗小呼吸推薦公式為

式中LS為小呼吸排放量（m3/a）；Kf為罐型系數(shù)（焊接油罐Kf=0.045，鉚接油罐Kf=0.13）；p為散裝溫度下液體的真實(shí)蒸氣壓（mmHg）；VW為平均風(fēng)速（m/s）；KS為密封系數(shù)，傳統(tǒng)二次密封取KS=0.9；KC為油品系數(shù)（汽油KC=1.0，原油KC=0.75）；EF為二次密封系數(shù)。

2.3 計(jì)算公式分析

上述計(jì)算公式（1）、（2）雖然都考慮到了罐外實(shí)際情況（平均風(fēng)速、蒸發(fā)壓）、罐型（罐型系數(shù)）、油品種類（油品系數(shù)）、密封程度（二次密封）等影響因素，但也有幾點(diǎn)不同之處：

首先，罐型的關(guān)注點(diǎn)不同，美國(guó)石油學(xué)會(huì)考慮的是油罐本身的密封程度，認(rèn)為在蒸發(fā)抑制作用方面焊接油罐優(yōu)于鉚接油罐。中石化考慮的是浮頂?shù)拿芊獬潭?，認(rèn)為內(nèi)浮頂相對(duì)外浮頂來(lái)說(shuō)蒸發(fā)抑制作用更好。

其次，罐外各影響因素的程度不同，美國(guó)石油學(xué)會(huì)認(rèn)為蒸發(fā)損失量與蒸發(fā)壓呈指數(shù)關(guān)系，而與罐外風(fēng)速呈線形關(guān)系。中石化認(rèn)為儲(chǔ)存時(shí)浮頂罐蒸發(fā)損失量與罐外的風(fēng)速密切相關(guān)（呈指數(shù)關(guān)系），與蒸發(fā)壓影響僅為線形關(guān)系。

第三，油品種類的影響程度不同。美國(guó)石油學(xué)會(huì)認(rèn)為原油與汽油蒸發(fā)損失的數(shù)值關(guān)系為1∶1.33（汽油KC=1.0，原油KC=0.75）。中石化認(rèn)為原油與其他油品蒸發(fā)損失的數(shù)值關(guān)系為1∶2.5（原油為0.4，除了原油外所有的石油液體為1）。本文認(rèn)為由于各種客觀原因，各個(gè)因素影響程度的不同，應(yīng)根據(jù)具體情況分析，不可一概而論。例如，對(duì)于多風(fēng)的西北地區(qū)可以更多地考慮罐外風(fēng)速的影響；對(duì)于氣溫較高的地區(qū)，可以認(rèn)為蒸發(fā)壓的影響程度較高。

3 控制油氣蒸發(fā)措施

控制油罐內(nèi)油氣蒸發(fā)主要是從裝油、運(yùn)輸、卸油三個(gè)過(guò)程中采取措施，當(dāng)然還可以從建立健全的收發(fā)油和儲(chǔ)油管理制度、淋水降溫、增加隔熱層、浮頂油罐等方面加強(qiáng)技術(shù)引進(jìn)，可以大幅度減輕油氣的蒸發(fā)量，減小損失。

3.1 裝油方式

采取油罐底部裝油方式，可以保持油品液面高于鶴管出油口，減少鶴管出口油與氣相空間油氣的接觸。與頂部裝油方式相比較，油罐底部裝油方式可減小油氣蒸發(fā)量。油罐底部裝油方式可以避免工作人員攀爬，進(jìn)油速度是頂部裝油速度的2倍，而且在油庫(kù)等待裝油的時(shí)間是以前的一半。底部裝油的優(yōu)勢(shì)在于對(duì)罐內(nèi)油品污染小，屬于完全密封裝油，不會(huì)在裝油過(guò)程中帶入污染物。

3.2 運(yùn)輸方式

油罐在運(yùn)輸過(guò)程中，控制油氣蒸發(fā)最好的方式是安裝油氣回收裝置。目前我國(guó)油罐油氣回收裝置主要部件有：①中央緊急切斷閥，主要安裝在油罐底部；②API標(biāo)準(zhǔn)手控式裝卸油快換接頭，主要安裝在油罐下部的操縱箱上；③油庫(kù)DN80型接頭與油罐的DN100型接頭對(duì)接，實(shí)現(xiàn)變徑卸油。

3.3 卸油方式

油罐車運(yùn)輸油品的卸油方式主要是浸沒式卸油。參照發(fā)油時(shí)油氣蒸發(fā)的控制原理，根據(jù)歐美國(guó)家加油站建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)，將油氣回收分為兩個(gè)階段：密閉卸油和密閉發(fā)油。密閉卸油是指油罐車卸油時(shí)，將油罐車的輸油管和儲(chǔ)油罐油氣回收管組成密閉連接系統(tǒng)，這樣儲(chǔ)油罐中油氣通過(guò)管線輸送到油罐車中。油罐車卸油工作原理是在卸油作業(yè)時(shí)，通過(guò)油罐上方空間氣體正壓，以及油罐車向油罐卸油時(shí)產(chǎn)生的真空，利用壓差，將卸油產(chǎn)生的油氣通過(guò)密閉軟管連接系統(tǒng)回收到油罐車內(nèi)，經(jīng)過(guò)油罐車的運(yùn)輸?shù)竭_(dá)加油站點(diǎn)，高效集中回收加油站產(chǎn)生的油氣。這種油罐車可以高效地回收卸油產(chǎn)生的油氣，并能安全地運(yùn)輸?shù)街付ㄕ军c(diǎn)。

3.4 收集和回收

采用密閉集氣系統(tǒng)，可防止油氣的損失。將儲(chǔ)存同類油品油罐的氣體空間用管線連通，并與1個(gè)集氣罐相連，構(gòu)成1個(gè)密閉的集氣系統(tǒng)。

3.5 健全油品管理制度

建立健全油品管理制度包括：保障油品在較高的裝滿程度情況下，進(jìn)行油品的儲(chǔ)存和運(yùn)輸；適當(dāng)減少中間庫(kù)內(nèi)輸轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)，可以減小與空氣接觸，降低氧化損失；及時(shí)地收發(fā)油品，縮短收發(fā)油的時(shí)間間隔；掌握收油速度，盡量不要分次進(jìn)油；檢尺完畢應(yīng)盡快蓋上油蓋，減少空氣的進(jìn)入和油氣散失。

（欄目主持 張秀麗）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.3.017