儲(chǔ)油罐油氣損耗的理論計(jì)算方法

趙立新　楊光權(quán)　馬中山　葛永廣　劉劍飛（.中國石油天然氣集團(tuán)公司西北油田節(jié)能監(jiān)測中心；.新疆油田公司準(zhǔn)東采油廠）

儲(chǔ)油罐油氣損耗的理論計(jì)算方法

趙立新1楊光權(quán)1馬中山1葛永廣1劉劍飛2
（1.中國石油天然氣集團(tuán)公司西北油田節(jié)能監(jiān)測中心；2.新疆油田公司準(zhǔn)東采油廠）

摘要：實(shí)際測試儲(chǔ)油罐油氣損耗存在耗時(shí)長、投入人力、物力大的問題。通過利用瓦廖夫斯基-契爾尼金公式的平衡理論計(jì)算得出儲(chǔ)油罐油氣損耗，可以輔助驗(yàn)證實(shí)測結(jié)果的準(zhǔn)確性，為生產(chǎn)管理部門及時(shí)提供決策依據(jù)，有利于儲(chǔ)油罐呼吸氣回收項(xiàng)目效益的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。

關(guān)鍵詞：儲(chǔ)油罐；油氣損耗；瓦廖夫斯基-契爾尼金公式

石油及其產(chǎn)品是多種碳?xì)浠衔锏幕旌衔?，其中的輕組分具有很強(qiáng)的揮發(fā)性。在石油的儲(chǔ)運(yùn)過程中，無法避免儲(chǔ)油罐中部分較輕的組分氣化，溢入大氣，造成不可回收的油氣損耗。影響儲(chǔ)油罐油氣損耗的主要參數(shù)包括呼吸氣體流量、溫度、壓力、組分以及環(huán)境溫度和大氣壓力等[1]。

目前國際國內(nèi)通過分析大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，普遍認(rèn)為實(shí)測法得到的結(jié)果更接近現(xiàn)場實(shí)際，但受儲(chǔ)油罐的氣體泄漏點(diǎn)較多、低流速測量誤差較大等原因影響，儲(chǔ)罐油氣損耗的測試結(jié)果存在一定誤差。儲(chǔ)罐油氣損耗理論計(jì)算的結(jié)果雖然受到環(huán)境條件、生產(chǎn)過程、物性參數(shù)等因素的影響，但通過控制設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，在保證一定運(yùn)行條件的情況下，理論計(jì)算可以做為實(shí)測結(jié)果的輔助驗(yàn)證。

1　理論計(jì)算油氣損耗量方法

理論計(jì)算公式選取瓦廖夫斯基-契爾尼金公式，該公式適用于各種呼吸損耗的通用公式，是油罐蒸發(fā)損耗的基本方程式[2]。

在2次吸氣過程之間，如果以吸氣過程剛剛結(jié)束時(shí)為第1狀態(tài)，此時(shí)罐內(nèi)空氣的質(zhì)量為Mk1，空氣的狀態(tài)參數(shù)為Pk1、V1、T1；以呼氣過程剛剛結(jié)束為第2狀態(tài)，此時(shí)罐內(nèi)空氣的質(zhì)量為Mk2，罐內(nèi)空氣的狀態(tài)參數(shù)為Pk2、V2、T2。則呼氣過程中從油罐逸入大氣的空氣量為

式中：ΔMk——1次小呼吸油罐呼出的空氣質(zhì)量，kg；

Mk1——狀態(tài)1罐內(nèi)空氣的質(zhì)量，kg；

Mk2——狀態(tài)2罐內(nèi)空氣的質(zhì)量，kg。

根據(jù)克拉伯龍公式，狀態(tài)1時(shí)空氣的狀態(tài)方程為

式中：Pk1——狀態(tài)1時(shí)空氣的分壓力，kPa；

V1——狀態(tài)1罐內(nèi)混合氣體的體積，m3；

T1——狀態(tài)1油罐氣體空間的絕對溫度，K；

μk——空氣的摩爾質(zhì)量，kg/kmol；

R——通用氣體常數(shù)，取8.314 kJ/（kmol·K）。

根據(jù)道爾頓分壓定律，狀態(tài)1時(shí)空氣的分壓力Pk1與油品蒸氣的分壓力Py1有如下關(guān)系：

式中：P1——狀態(tài)1時(shí)混合氣的總壓力，kPa；

Py1——狀態(tài)1時(shí)油品蒸氣的分壓力，kPa;

Cy1——狀態(tài)1時(shí)混合氣中油蒸氣的體積濃度，%。

將式（4）代入式（2）得

同理，狀態(tài)2時(shí)，罐內(nèi)空氣的狀態(tài)方程為

式中：P2——狀態(tài)2時(shí)混合氣的總壓力，kPa；

Py2——狀態(tài)2時(shí)油品蒸氣的分壓力，kPa;

Cy2——狀態(tài)2時(shí)混合氣中油蒸氣的體積濃度，%；

V2——狀態(tài)2罐內(nèi)混合氣體的體積，m3；

T2——狀態(tài)2油罐氣體空間的絕對溫度，K。

將式（5）、（6）代入式（1），則

從狀態(tài)1到狀態(tài)2，油罐逸出的空氣必然成比例地帶走一定數(shù)量的油蒸氣，逸出的油蒸氣和空氣的質(zhì)量分別為

式中：ΔMy——1次小呼吸油罐呼出的油蒸氣質(zhì)量，kg；

ΔVy——1次小呼吸油罐呼出油蒸氣的體積，m3；

ρy——油罐呼出油蒸氣的密度，kg/m3。

式中：ΔVk——1次小呼吸油罐呼出空氣的體積，m3；

ρk——油罐呼出空氣的密度，kg/m3。

由式（8）、（9）得

式中：Cˉy——油罐呼出混合氣的平均油氣濃度，近似地取Cˉy=()

Cy1+ Cy2/2，%；

μy——油蒸氣摩爾質(zhì)量，kg/kmol。

將式（7）代入（11）中，得到從狀態(tài)1到狀態(tài)2油罐呼出的油蒸氣質(zhì)量：

或

式中：-P——油罐內(nèi)混合氣的平均壓力，kPa；-

Py——油品蒸氣的平均分壓力，kPa。利用式（12）、（13）可以計(jì)算任何作業(yè)和設(shè)備條件下固定頂油罐的油品蒸發(fā)損耗。因此，上兩式又稱為固定頂油罐蒸發(fā)損耗基本方程式。

計(jì)算油品蒸發(fā)損耗的各種公式中都要用到油氣摩爾質(zhì)量μy，它取決于油氣的摩爾組成，可按下式計(jì)算：

式中：μi——油氣中i組分的摩爾質(zhì)量，kg/kmol；

y

i——油氣中i組分的分子分?jǐn)?shù)，%。

綜合以上分析得到儲(chǔ)油罐日損耗油蒸氣質(zhì)量的理論計(jì)算公式：

式中：ΔM——儲(chǔ)油罐日損耗油蒸氣質(zhì)量，kg/d；

K——密封系數(shù)，取0.95；

V——油罐內(nèi)氣體空間的體積，m3；

T1——?dú)怏w空間的日最低溫度，K；

T2——?dú)怏w空間的日最高溫度，K；

Py1——?dú)怏w空間日最低油面溫度下油品的

飽和蒸汽壓，kPa；

Py2——?dú)怏w空間日最高油面溫度下油品的

飽和蒸汽壓，kPa；

P1——日最低溫度時(shí)氣體空間絕對壓力，

P1≈Pa+ Pz，kPa；

P2——日最高溫度時(shí)氣體空間絕對壓力，

P2≈Pa+ Pz，kPa。

在實(shí)際應(yīng)用中，一般取氣體空間晝夜最低溫度時(shí)作為第1狀態(tài)，晝夜溫度最高時(shí)作為第2狀態(tài)。這樣，不僅狀態(tài)參數(shù)容易確定，且兩區(qū)間既包含了油罐呼氣的全過程，又避開了吸氣后罐內(nèi)油氣濃度最不穩(wěn)定的階段。在飽和蒸汽壓定性溫度的選取上，考慮到油品分子能否氣化由液相進(jìn)入氣相取決于油溫，氣化的油分子能否維持在氣相而不凝結(jié)取決于氣體空間的溫度，因而不論哪個(gè)狀態(tài)均近似地以油面溫度和氣體空間溫度中的較低值作為飽和蒸汽壓的定性溫度。

2　理論計(jì)算油氣損耗與實(shí)測結(jié)果

為對比理論計(jì)算與實(shí)測結(jié)果的相對誤差，測試了某原油處理站3座儲(chǔ)油罐不同工作狀態(tài)下的油氣損耗。3座儲(chǔ)油罐分別是1#、4#生產(chǎn)罐、8#沉降罐。呼吸氣體流量的測試采用流量計(jì)法，呼吸氣體的組分采用氣相色譜儀外標(biāo)法分析。理論計(jì)算與實(shí)測結(jié)果的對比數(shù)據(jù)，見表1。

3　結(jié)論

通過對比理論計(jì)算與實(shí)際測試油氣損耗可以看出，兩者的最大相對誤差為19.4%，最小相對誤差為6.8%，平均相對誤差為14.3%。考慮到理論計(jì)算條件與生產(chǎn)實(shí)際的偏差以及實(shí)際測量中的各種誤差，可以認(rèn)為用理論計(jì)算的方法估算儲(chǔ)罐的油氣損耗量、輔助驗(yàn)證實(shí)測結(jié)果的準(zhǔn)確性、為生產(chǎn)管理部門及時(shí)提供決策依據(jù)是可行的。

表1　理論計(jì)算與實(shí)測油氣損耗對比

在對比測試的3座儲(chǔ)油罐中，8#罐為沉降罐，其密封狀態(tài)下理論計(jì)算與實(shí)際測試油氣損耗的相對誤差僅為6.8%，遠(yuǎn)低于其他的測試狀態(tài)，說明筆者提出的用理論計(jì)算輔助驗(yàn)證儲(chǔ)罐油氣損耗實(shí)測結(jié)果的方法更加適用于儲(chǔ)油罐小呼吸損耗，即所對比驗(yàn)證的儲(chǔ)油罐應(yīng)為靜止生產(chǎn)罐（沉降罐）。

參考文獻(xiàn)：

[1]張秀青.儲(chǔ)油庫油氣揮發(fā)過程的分析及計(jì)算[J].石油庫與加油站，2011（6）：31-33.

[2]孫曉春.塔里木油田固定預(yù)儲(chǔ)罐油氣損耗特點(diǎn)分析[J].石油規(guī)劃設(shè)計(jì)，2004（4）：31-33.

（編輯沙力妮）

DOI:10.3969/j.issn.2095-1493.2016.01.016

第一作者簡介：趙立新，高級(jí)工程師，1988年畢業(yè)于北京理工大學(xué)，從事節(jié)能監(jiān)測及節(jié)能評(píng)估研究，E-mail：zlixin@petrochina.com. cn，地址：新疆克拉瑪依市準(zhǔn)噶爾路29號(hào)，834000。

收稿日期2015-11-06