TANKS軟件在儲罐大小呼吸計算中的應(yīng)用

尹 柯 周桂青

（湖北君邦環(huán)境技術(shù)有限責(zé)任公司 湖北武漢 430000 武漢中質(zhì)博測檢測技術(shù)有限公司 湖北武漢 430000）

引言

石油化工類建設(shè)項目的原料或產(chǎn)品一般為油品或其它揮發(fā)性有機(jī)化合物，在儲運過程中會發(fā)生不同程度的蒸發(fā)損耗，在對此類項目進(jìn)行環(huán)境影響評價時，計算油品和有機(jī)化合物在儲罐中的呼吸損耗量是工程分析環(huán)節(jié)的一大重點。

儲罐大呼吸損耗是指儲罐在進(jìn)行收發(fā)作業(yè)時，由于液面的升降變化引起儲罐內(nèi)氣體空間變化，進(jìn)而帶來氣體壓力的升降變化，使混合油氣排出或外界空氣進(jìn)入。在收油過程中，隨著液面的升高，儲罐氣體空間體積縮小，壓力增大，當(dāng)壓力超過呼吸閥設(shè)定的正壓時，呼吸閥跳開，儲罐向外排放氣體，在收油過程中，隨著液面的降低，儲罐氣體空間體積增大，形成負(fù)壓，當(dāng)壓力低于呼吸閥設(shè)定的負(fù)壓值時，呼吸閥跳開，外界空氣被吸入，由于外界空氣的補(bǔ)充及由此形成的強(qiáng)制對流，使油品液面蒸汽壓降低，從而加速油品的蒸發(fā)，使其重新達(dá)到飽和，館內(nèi)壓力再次上升，造成部分油蒸氣從呼吸閥呼出。

儲罐呼吸損耗指在沒有收發(fā)油作業(yè)的情況下，隨著外界氣溫、壓力在一天內(nèi)的升降周期變化，罐內(nèi)氣體空間溫度、油品蒸發(fā)速度、油氣濃度和蒸汽壓力也隨之變化。這種排出油品蒸氣和吸入空氣的過程造成的油氣損耗稱為小呼吸損耗。

1 儲罐大小呼吸損耗量計算方法

工程分析是環(huán)境影響評價工作的核心，而源強(qiáng)計算則是工程分析的基礎(chǔ)，源強(qiáng)計算的客觀性、準(zhǔn)確性和科學(xué)性直接決定了整個環(huán)境影響評價報告的質(zhì)量和水平。儲罐大小呼吸是石油化工行業(yè)大氣污染物無組織排放的重要來源，對其產(chǎn)生量進(jìn)行準(zhǔn)確的計算十分必要，在目前的環(huán)境影響評價工作中，常采用《石油庫節(jié)能設(shè)計導(dǎo)則》（SH/T 3002-2000）推薦的公式[1]和TANKS軟件進(jìn)行計算。見表1。

表1 儲罐大小呼吸計算公式

2 TANKS軟件計算儲罐大小呼吸實例

2.1 應(yīng)用實例

某化工碼頭儲運有限公司主要儲存中轉(zhuǎn)液體化工原料，現(xiàn)有儲罐10座，其中立式拱頂罐4座，內(nèi)浮頂罐4座，外浮頂罐2座。儲罐規(guī)模及主要技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 儲罐規(guī)模及主要技術(shù)參數(shù)

各儲罐年呼吸損耗量的計算結(jié)果見表3。

表3 儲罐年呼吸損耗量計算結(jié)果

2.2 影響因素分析

2.2.1 罐型

通過對比可發(fā)現(xiàn)無保溫措施的拱頂罐（2號罐）的年損耗量最大，為590.9kg/a，而1號拱頂罐由于有保溫措施，年損耗量較小，與外浮頂罐接近，結(jié)合表中數(shù)據(jù)可以看出，保溫措施能有效減少儲罐大呼吸并且?guī)缀醵沤^儲罐的小呼吸；對比5、6號儲罐可發(fā)現(xiàn)，自持頂內(nèi)浮頂罐的年損耗量略小于非自持頂內(nèi)浮頂罐，這是由于非自持頂罐內(nèi)需要設(shè)置立柱支撐，因此立柱與浮盤之間存在密封損耗。立柱越多，柱徑越大，則損耗量越明顯；對比三種類型的儲罐可以發(fā)現(xiàn)，在減少丙烯酸丁酯呼吸損耗量的能力上，內(nèi)浮頂罐最為顯著（其中自持頂罐為31.5 kg/a，非自持頂罐為39.9 kg/a），其次是外浮頂罐和帶保溫措施的拱頂罐。

2.2.2 罐容與周轉(zhuǎn)量

對比2、3號儲罐發(fā)現(xiàn)，在周轉(zhuǎn)量相同的情況下，儲罐大呼吸相同，而罐容小的3號罐小呼吸較?。欢鴱?、4號儲罐可看出在罐容相同的情況下，儲罐小呼吸損耗量相同，周轉(zhuǎn)量大的3號罐大呼吸損耗量越大。這說明儲罐的周轉(zhuǎn)量決定了大呼吸損耗量，罐容則是影響儲罐小呼吸損耗的主要因素。

這是因為儲罐大呼吸是儲罐在收發(fā)料過程中發(fā)生的，因此在收發(fā)料速率一定的前提下，周轉(zhuǎn)量越大儲罐收發(fā)料所用時間越長，呼吸量越大。而儲罐罐容越小則受熱面積越小，同時罐內(nèi)氣體空間越小，從而導(dǎo)致小呼吸損耗量較小。

2.2.3 其它影響因素

對于拱頂罐，內(nèi)壁的銹蝕程度影響油品或揮發(fā)性有機(jī)物的掛壁程度，銹蝕越嚴(yán)重則物料掛壁量越大，揮發(fā)量越大；罐壁、罐頂涂層顏色影響儲罐吸熱和放熱速度，罐壁、罐頂顏色越深則儲罐吸熱的速度越快，罐內(nèi)溫度變化越快，小呼吸損耗量越大；拱頂罐呼吸閥正負(fù)壓設(shè)置影響儲罐內(nèi)氣體空間壓力，儲罐呼吸閥正壓設(shè)置的越高、負(fù)壓設(shè)置的越低，發(fā)生小呼吸的概率越小，但呼吸閥的設(shè)置還與儲罐的材質(zhì)有關(guān)，必須在儲罐材質(zhì)可接受水平之內(nèi)，以防發(fā)生儲罐爆裂或癟罐等危險。

對于浮頂罐，浮盤是焊接還是鉚接影響儲罐的接縫損耗，若為鉚接則浮盤存在接縫損耗，若為焊接則接縫損耗可以忽略。浮盤的密封方式影響儲罐的邊緣密封損耗、浮盤回收損耗和浮盤附件損耗，浮盤的密封按級別可以分為一級密封和二級密封，其中一級密封必須設(shè)置，二級密封可以根據(jù)實際需要進(jìn)行設(shè)置；按密封方式可以分為機(jī)械密封、氣相密封和液相密封。

3 儲罐呼吸損耗的控制措施

根據(jù)相關(guān)資料顯示，中國燕山石化公司油品儲存過程中蒸發(fā)損耗總量約為1581.66t/a[7]。趙連榮等[8]利用經(jīng)驗公式估算大慶石油化工總廠的180個固定儲罐每年呼吸損耗量達(dá)2.8×104t，儲罐的呼吸損耗在對環(huán)境造成了嚴(yán)重危害的同時也造成了巨大的浪費，因此，在環(huán)評工作中對儲罐呼吸損耗除了要進(jìn)行準(zhǔn)確的計算預(yù)測外，更應(yīng)從清潔生產(chǎn)的角度提出有效的污染控制措施。

結(jié)合本文計算結(jié)果及分析結(jié)論可以看出，對于小呼吸損耗的減排措施主要有：

（1）使用浮頂罐或帶保溫措施的拱頂罐。

（2）重視儲罐的維護(hù)，保證儲罐內(nèi)壁無銹或少銹，儲罐外壁和罐頂涂層采用白色涂料并重視日常清洗防止銹蝕。設(shè)置水噴淋，高溫季節(jié)對儲罐適當(dāng)延長淋水期以減少儲罐內(nèi)溫度變化幅度。

（3）在經(jīng)濟(jì)效益允許的前提下，通過提高鋼材與焊接工藝的強(qiáng)度提高儲罐的承壓能力，使其能夠超過油品在儲存溫度下的飽和蒸氣壓，從而達(dá)到減少小呼吸損耗的作用。

大呼吸損耗的減排措施主要包括：

（4）使用內(nèi)浮頂罐，并對浮盤設(shè)置二級密封。

（5）在儲罐進(jìn)油操作時，應(yīng)盡量在降溫時作業(yè)。

（6）在儲罐發(fā)油操作時，作業(yè)應(yīng)進(jìn)行得緩慢些，這樣可使罐內(nèi)氣體濃度下降較為遲緩，以避免或減少發(fā)油結(jié)束后出現(xiàn)回逆呼出損耗。

（7）使用油氣回收裝置。

結(jié)語

（1）TANKS計算儲罐大小呼吸充分考慮了儲罐、物料、氣象等因素的影響，結(jié)果科學(xué)可信。

（2）內(nèi)浮頂罐、外浮頂罐、拱頂罐三種罐型中，內(nèi)浮頂罐在控制物料損耗方面最為有效，而拱頂罐損耗量最大，但如果對拱頂罐設(shè)置保溫措施則可有效減少其大小呼吸損耗量。

（3）在儲罐技術(shù)參數(shù)相同的前提下，儲罐的大呼吸取決于物料年周轉(zhuǎn)量，儲罐小呼吸則取決于儲罐規(guī)模。

（4）銹蝕程度較輕、涂層顏色較淺、呼吸閥設(shè)置范圍較大的拱頂罐呼吸損耗量較小；浮盤采用焊接方式及二級密封的浮頂罐損耗量較小。