水運(yùn)行業(yè)原油裝卸和儲運(yùn)VOCs大氣環(huán)境影響探討

錢利紅

摘要：指出了原油裝卸和儲存過程的蒸發(fā)損耗主要是由飽和烴和芳烴的揮發(fā)而引起的，兩者共含原油組份的17.4%～22.2%。根據(jù)公式計(jì)算，原油裝船損耗介于0.017%～0.032%，由于裝船過程需要伴熱，因此按0.03%考慮較為合理，原油儲運(yùn)時(shí)的揮發(fā)損耗為0.078%～0.217%之間，該過程無需伴熱，因此，按0.15%考慮較為合理。裝船損耗的排放量明顯小于儲運(yùn)工程的損耗量，但由于裝船損耗在短時(shí)間內(nèi)集中排放，因此，對下風(fēng)向地面濃度的影響，裝船廢氣明顯大于儲運(yùn)廢氣。

關(guān)鍵詞：原油;裝卸;儲運(yùn);VOCs大氣環(huán)境影響

中圖分類號：X820 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-9944（2019）20-0088-03

1引言

光化學(xué)煙霧是含有NOx和VOCs的大氣在紫外線的照射下發(fā)生反應(yīng)，NOx和VOCs與OH自由基的反應(yīng)是對流層O2形成的重要前體物，是導(dǎo)致光化學(xué)煙霧的根本原因。不同區(qū)域大氣VOCs化學(xué)組成和活性的差異取決于其來源。VOCs自身的反應(yīng)活性和濃度均會影響光化學(xué)反應(yīng)的速度，而VOCs脂學(xué)組成和活性的差異取決其來源。美國CARB（California Air Re-sources Board）已經(jīng)逐步建立了模型排放數(shù)據(jù)系統(tǒng)（MEDS），這個(gè)源成分譜數(shù)據(jù)庫包括了汽車尾氣、汽油揮發(fā)、液體汽油、汽油蒸汽、涂料溶劑、天然氣、石油液化氣、天然源共9類23種VOCs排放源。油品儲存、運(yùn)輸環(huán)節(jié)是工業(yè)源VOCs的重要產(chǎn)污環(huán)節(jié)，根據(jù)2009年環(huán)保部的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，油品儲運(yùn)VOCs排放量占人為源比重高達(dá)7.6%，占工業(yè)源的比重高達(dá)14%，應(yīng)予以重點(diǎn)控制。

原油作為最重要的外貿(mào)物資，油輪作為海上進(jìn)口原油的最主要的運(yùn)輸工具，其在長距離運(yùn)輸過程存在著大量的VOCs損耗。國際油輪船東會的一項(xiàng)研究表明，1艘油輪在西非和美洲灣運(yùn)輸過程中因呼吸損失0.28%的原油。近年來，我國大型油港大氣環(huán)境中烴類指標(biāo)逐年上升油輪是這些大氣污染物的核心源強(qiáng)。

目前，絕大部分的原油貨艙未形成封閉管路，沒有氣體回收接岸管道。根據(jù)調(diào)查，天津港、廈門港、青島港、南京港、廣州港均有碼頭安裝了油氣回收設(shè)備，但由于設(shè)備選型等各種原因，這些設(shè)備均未使用。對于原油裝卸VOCs蒸汽的組成、特性、濃度水平方面等的研究較少，因此，本文旨在對原油組分分析及其裝卸VOCs蒸汽的排放量和排放方式進(jìn)行研究，探討原油儲運(yùn)過程VOCs對周圍大氣環(huán)境的影響。

2原油組份分析

利用氣相色譜/質(zhì)譜法聯(lián)用技術(shù)（GC-MS），于天津港碼頭采取了3種輕質(zhì)原油，對其組份進(jìn)行分析。原油樣品信息列于表1中。利用不同有機(jī)溶劑對原油中不同族性成分和結(jié)構(gòu)化合物類型進(jìn)行選擇性分離所得到若干物理化學(xué)性質(zhì)相近的混合物，對瀝青質(zhì)、飽和烴、芳烴、膠質(zhì)等4種原油的主要成份進(jìn)行分析，結(jié)果列于表1中。不同原油各族組分含量不同，原油中瀝青質(zhì)百分含量變化范圍是6.8%～25.4%，A2最大，A3最小;飽和烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化范圍是5。4%～13.4%;芳烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化范圍是4%～16.8%;膠質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化范圍是3.4%～17%;不同原油各組份含量差異較大，在常溫下，瀝青煙和膠質(zhì)均不易揮發(fā)，原油裝卸和儲存過程的蒸發(fā)損耗主要是由飽和烴和芳烴的揮發(fā)而引起的。因此，通過對原油組份分析可了解各原油的損耗程度，飽和烴和芳烴均屬于易揮發(fā)成份，兩者共含原油組份的17.4%～22.2%，其在裝卸和儲存中排放的VOCs對大氣環(huán)境的影響較大。

以國內(nèi)常見的20萬噸級原油船為例，其裝船效率一般為4000 m³/h，原油儲運(yùn)過程照90%的滿載考慮，原油的密度考慮為850 kg/m³，儲運(yùn)時(shí)間為半年，根據(jù)上述公式的計(jì)算結(jié)果列于表2中，當(dāng)溫度介于40 oF～100°F之間時(shí)，原油的裝船損耗一般為0.017%～0.032%，原油儲運(yùn)時(shí)的揮發(fā)損耗為0.078%～0.217%之間，可以看出，原油的裝船損耗明顯小于儲運(yùn)過程的損耗，由于原油在裝船過程一般需要伴熱到35℃左右，因此，原油裝船損耗照0.03%考慮較為合理，而原油儲運(yùn)過程一般無需伴熱，因此，儲運(yùn)損耗年損耗量照0.30%考慮較為合理。

原油裝船損耗，主要發(fā)生在碼頭裝船作業(yè)的時(shí)間內(nèi)，發(fā)生時(shí)間短，污染源呈現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)集中排放的特征。而儲運(yùn)損耗，貫穿于整個(gè)儲運(yùn)環(huán)節(jié)，主要是由于晝夜溫差導(dǎo)致的晝間溫度升高油氣揮發(fā)性增強(qiáng)，排出油罐氣體空間部分的油氣而排放的VOCs。原油儲運(yùn)過程的損耗，與儲存時(shí)間、儲罐直徑、罐內(nèi)空間部分的平均高度、原油的揮發(fā)性、以及日均溫差等因素有關(guān)。根據(jù)現(xiàn)有的原油儲運(yùn)過程的損耗分析，原油裝船損耗率為0.01%，原油年儲存揮發(fā)損耗約為0.2%，這與本次計(jì)算的結(jié)果較為類似。

4原油裝船廢氣排放參數(shù)及大氣環(huán)境影響

當(dāng)船舶裝載原油時(shí)，隨著原油的填充和液位的升高，艙內(nèi)的氣體被排出，原油船舶透氣系統(tǒng)分為獨(dú)立式、分組式和共管式三種。獨(dú)立式是每個(gè)油艙頂部最高處設(shè)置一根透氣管，其高度為高出甲板2.5 m左右。共管式是全船的所有各油艙的透氣管都與透氣總管相邊，透氣總管高度一般為甲板以上9～12 m，這樣可以防止排出的氣體在甲板上滯留，有利于在高空中有效地?cái)U(kuò)散?，F(xiàn)代大型油船的透氣方式一般為共管式透氣系統(tǒng)。一般而言，油輪的貨油艙壁和甲板只能承受不高于大氣壓0.25×10⁵Pa的壓力，而負(fù)壓更低，由于原油是揮發(fā)性油，熱脹冷縮，會不斷蒸發(fā)增壓。

因此，一般在透氣系統(tǒng)頂部設(shè)置呼吸閥，油船呼吸閥的設(shè)定壓力0.14×10⁶Pa，負(fù)壓-0.07×10⁵Pa。目前，原油裝船油氣為點(diǎn)源排放，以20萬t級船型為例，透氣總管高度為10m，油氣呼吸閥內(nèi)徑約為1 m，以此作為原油裝船廢氣的排放參數(shù)，預(yù)測20萬噸原油裝船對環(huán)境的影響。D類穩(wěn)定度5 m/s氣象條件下SCREEN3的預(yù)測結(jié)果繪于圖1中，從預(yù)測結(jié)果可以看出，下風(fēng)向最大濃度出現(xiàn)在300 m處，裝船廢氣最大地面濃度為23.74 mg/m³，儲運(yùn)廢氣最大地面濃度為1.24mg/m³，可以看出，由于裝船廢氣存在著集中排放的特點(diǎn)，其對下風(fēng)向的濃度明顯大于儲運(yùn)廢氣，船舶儲運(yùn)廢氣集中發(fā)生在海上，對100 m范圍內(nèi)的影響較小，影響較大的為下向風(fēng)300 m的范圍，在該范圍內(nèi)為大海，因此，船舶儲運(yùn)廢氣對船舶工作人員以及周圍環(huán)境的影響較小。而碼頭裝卸廢氣集中在碼頭排放，周邊工作人員集中，離居住區(qū)也較近，因此，碼頭裝卸廢氣對周圍環(huán)境的影響較大。

總體而言，儲運(yùn)廢氣的排放總量遠(yuǎn)大于裝船廢氣的排放總量，但考慮到污染源的排放特點(diǎn)，裝船廢氣對周邊環(huán)境的影響較大，因此，需加強(qiáng)對裝船廢氣的管控，以減少從周邊環(huán)境的影響。

5結(jié)論

本文就水運(yùn)行業(yè)原油儲運(yùn)VOCs排放的源強(qiáng)估算方法、源強(qiáng)排放參數(shù)、預(yù)測情景假設(shè)進(jìn)行了探討，具體結(jié)論如下。

（1）對國內(nèi)外的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集比較后，認(rèn)為原油裝船VOCs排放量為0.030%，原油儲運(yùn)的VOCs排放量為0.15%，儲運(yùn)過程的VOCs排放量遠(yuǎn)大于原油裝船。

（2）原油裝卸和儲存過程的蒸發(fā)損耗主要是由飽和烴和芳烴的揮發(fā)而引起的，兩者共含原油組份的17.4%～22.2%。

（3）采用SCREEN3對原油裝卸和儲運(yùn)VOCs的大氣環(huán)境影響進(jìn)行預(yù)測，下風(fēng)向最大濃度出現(xiàn)在300 m處，裝船廢氣最大地面濃度為23.74 mg/m³，儲運(yùn)廢氣最大地面濃度為1.24 mg/m³，由于裝船廢氣的集中排放及周邊環(huán)境的特點(diǎn)，裝船廢氣對大氣環(huán)境的影響較大。