基于蒸發(fā)損耗的降耗技術(shù)研究

王兆瑞

(江蘇自動化研究所，江蘇 連云港 222000)

0 引言

石油及其多種附屬產(chǎn)品是數(shù)種有機(jī)化合物的混合產(chǎn)物，在生產(chǎn)制備中，由于受到技術(shù)條件和生產(chǎn)設(shè)備等多種因素影響，導(dǎo)致石油中有些液態(tài)烴物質(zhì)汽化蒸發(fā)，從而造成油品損耗。油品損耗會造成油品大量揮發(fā)，大大降低了油品的品質(zhì)，同時石油中極易揮發(fā)的輕烴組分揮發(fā)后會在罐區(qū)、壓力泵房等區(qū)域大量積聚，造成環(huán)境污染且極易引起爆炸，對安全生產(chǎn)造成極大威脅。因此降低成品油在儲存過程中的蒸發(fā)損耗不僅是安全生產(chǎn)的需要，也是節(jié)能降耗與環(huán)保的一個重要問題[1]。

1 蒸發(fā)損耗的分類

油品蒸發(fā)損耗原因有油品的成分組成、油品的溫度、油罐內(nèi)空隙空間體積的大小、油罐的密閉程度、油罐的不同呼吸消耗等。依據(jù)不同呼吸消耗原因，主要可分為大呼吸損耗和小呼吸損耗。大呼吸損耗是由油罐內(nèi)油面高度的變化造成的；小呼吸損耗主要是由于外部環(huán)境因素的干擾，諸如溫度的變化、壓力的改變等。

1.1 油品組成

油品中不同組分的沸點不同，沸點越低的組分越容易蒸發(fā)，容易造成損耗。

1.2 溫度變化

由于絕大部分儲油裝置為露天存放，白天會吸收大量熱量，熱量通過罐體不斷傳導(dǎo)給油品，導(dǎo)致油品溫度上升，油品中沸點較低的組分受熱氣化形成油氣從罐中溢出，造成蒸發(fā)損失。

日間由于太陽光照，大量的熱量通過罐體傳入罐內(nèi)，導(dǎo)致罐內(nèi)油品溫度上升，加劇油氣蒸發(fā)，提高了油氣溫度和罐內(nèi)的壓力，加速了油氣從油罐中排除。所以外界溫度越高，蒸發(fā)損耗的量就越大。

1.3 空隙空間體積的大小

油罐內(nèi)空隙空間體積越大，油品中液態(tài)烴物質(zhì)越容易汽化蒸發(fā)充滿罐體中空隙空間，在日常罐體操作中會大量揮發(fā)損耗，造成油品浪費。

1.4 油罐的密封程度

油罐的密封程度對油品蒸發(fā)損耗有極大的影響，密封差的油罐極易導(dǎo)致油氣泄露，降低罐壓，加速蒸發(fā)損耗。

1.5 小呼吸損耗

所謂小呼吸損耗是因為儲油設(shè)備在儲油過程中，受到外部環(huán)境因素的干擾，諸如溫度的變化、壓力的改變等，導(dǎo)致罐體內(nèi)儲存的油品蒸發(fā)的損耗，又稱為靜態(tài)損耗。特別在輕質(zhì)油拱頂罐中最為明顯：在日照輻射較強的白天，罐內(nèi)溫度升高，使沸點較低的輕餾分油品氣化充滿罐體內(nèi)氣體空間。當(dāng)氣體壓力達(dá)到呼吸閥正閥值時，處于安全考慮，呼吸閥會馬上打開釋放罐體內(nèi)壓力，將油氣混合氣體排出，從而導(dǎo)致油氣揮發(fā)消耗。影響小呼吸損耗的主要因素有：（1）晝夜溫差。晝夜溫差越大，罐內(nèi)油氣活動越頻繁，小呼吸損耗越大，反之，晝夜溫差越小，小呼吸損耗就越小。（2）日照強度。日照強度越強，罐體內(nèi)溫度越高，蒸發(fā)越多，小呼吸損耗越多。（3）儲罐敞口面積。通常儲罐越大，敞口時總面積越大，蒸發(fā)面積也越大，“小呼吸”損耗也越大；反之，儲罐小，蒸發(fā)面積小，“小呼吸”損耗也小[2]。

1.6 大呼吸損耗

大呼吸損耗又叫動態(tài)損耗，指的是油罐在儲存和釋放油品的過程中罐體內(nèi)部油品液位的上升和下降所造成的油品消耗。影響大呼吸損耗的因素分內(nèi)因和外因，內(nèi)因是因為油品的本身的品質(zhì)，例如蒸發(fā)所需壓力、密度等。外因是因為油品操作次數(shù)和油罐所處的外部環(huán)境等，收發(fā)次數(shù)越多，損耗越大，油罐所處外部環(huán)境溫度變化越大，損耗越大。

2 油品呼吸損耗計量

2.1 呼吸損耗的測量

依據(jù) SY/T 7502—1999，用二級冷凝分離取樣法測量呼吸損耗。第一步將油氣置于0 ℃水中，除去雜質(zhì)，完成一級冷凝，第二步進(jìn)行二次冷凝，將實驗樣品通過-75～-78 ℃的干冰-乙醇混合液進(jìn)行冷凝操作，將油氣中蒸發(fā)重組部分氣體冷凝成液體，第三步用特定采集裝置采集仍未冷凝的氣體，最后通過對前期冷凝所得的液體樣本和收集的氣體樣本分析和檢測后，即可算出油氣中的油品總量。

2.2 呼吸損耗量的計算

對于固定頂儲罐所引起的呼吸損耗量計算有很多公式方法，例如日本資源能源廳公式、美國API理論公式、API經(jīng)驗公式、瓦廖夫斯基—契爾尼金公式等。在這些計算方法中API經(jīng)驗公式是更為準(zhǔn)確且為國際上通用的經(jīng)驗公式。API經(jīng)驗公式是美國石油通過在大量油罐上進(jìn)行蒸發(fā)損耗量的測定取得的數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)分析、推演后推測出的油氣呼吸損耗經(jīng)驗公式。它通過測量罐內(nèi)氣體體積、油蒸氣的實際蒸氣壓等數(shù)據(jù)來計算出油品蒸發(fā)損耗，因此采用 API 經(jīng)驗公式作為呼吸損耗量的計算公式。

（1）固定頂罐“小呼吸”損耗 API 經(jīng)驗公式

式中：ΔV為固定頂油罐年小呼吸損耗油品體積量（m3/a）；Pa為當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Γ╧Pa）；D為油罐直徑（m）；C為修正系數(shù)；H為氣體空間高度（m）；PA為油品本體溫度下的蒸氣壓（kPa）；ΔT為大氣溫度的平均日溫差（℃）；FP為涂漆系數(shù)；K1為單位換算系數(shù)，國際單位時K1=3.05，英制單位時K1=1；K2為油品系數(shù)，汽油K2=1，原油K2=0.58。

（2）固定頂罐“大呼吸”損耗 API 經(jīng)驗公式

式中：ΔV為油罐收油作業(yè)的油品損耗量（m3）；KT為操作系數(shù)，取決于油罐周轉(zhuǎn)系數(shù) N，當(dāng) N＜36 時，；當(dāng) N≥36 時，取KT=1；K2為油品系數(shù)，汽油K2=1，原油K2=0.75；K為單位換算常數(shù)，K= 51.6。

3 呼吸損耗的危害

3.1 油品損耗嚴(yán)重

通常情況下，容積為10 000 m3的儲油罐，如果密封不牢固便會引起罐體通風(fēng)，通風(fēng)會揮發(fā)大量汽油，30天內(nèi)可造成106 000 kg汽油損耗，由此可見，油品呼吸可造成巨大的油品損耗和經(jīng)濟(jì)損失，危害巨大。

3.2 降低油品品位

油品呼吸蒸發(fā)過程中主要蒸發(fā)的是沸點較低的輕烴，輕烴是油品的重要組成部分，輕烴如蒸發(fā)過多嚴(yán)重影響油品下游產(chǎn)物的質(zhì)量，可導(dǎo)致原本合格的產(chǎn)品變?yōu)椴缓细?。拿我們生活中最常用的汽車汽油為例，汽油中輕烴如揮發(fā)過多，則汽油的閃點就會變高，直接可導(dǎo)致汽車無法啟動、行駛途中發(fā)動機(jī)抖動嚴(yán)重等諸多問題。

3.3 油氣揮發(fā)，造成嚴(yán)重污染

油氣組成主要是氣相烴類有毒物質(zhì)，密度大，主要浮于地面表層，嚴(yán)重影響周邊環(huán)境。光化學(xué)煙霧的主要反應(yīng)物就是油蒸氣，光化學(xué)煙霧中的有毒物質(zhì)強烈刺激人的眼睛、喉嚨, 導(dǎo)致頭痛以及使呼吸道疾病患者病情惡化, 嚴(yán)重的會造成死亡。

4 降低蒸發(fā)損耗方法

降低油品損耗的主要方法有兩種，第一是從外部環(huán)境入手，如控制儲油罐外部溫度變化，減少油罐內(nèi)上部氣體體積，盡量選擇敞口面積較小的儲油罐從而減小蒸發(fā)表面面積，提高罐體的密封度，對罐體進(jìn)行定期檢查維護(hù)，盡量減少油品收發(fā)次數(shù)。第二是加強蒸發(fā)油氣的回收，可加裝油氣回收裝置，通過油氣回收裝置將油蒸氣冷凝進(jìn)行回收，避免油氣揮發(fā)造成損失。實施方法主要有以下四種。

4.1 提高過程管理水平

提高呼吸閥和液壓閥的定期維護(hù)頻率，充分發(fā)揮呼吸閥和液壓閥減少油品損耗的作用。同時盡量避免在油罐上開過多的量油孔和透光孔等開孔，從而降低因呼吸產(chǎn)生的損耗。

4.2 減少油面上方空間

條件允許可使用浮頂罐，浮頂罐可大大減少罐體內(nèi)空氣的體積，從而減少油料的大小呼吸損耗。同時，在同樣的工況下，安裝呼吸閥擋板可大大減少油料損耗。

4.3 安裝隔熱板

在罐體頂部和上半部分安裝發(fā)射隔熱板可有效降低油料損耗。在發(fā)射隔熱板表面，通常會噴涂白色涂料可反射大部分陽光，降低罐體內(nèi)溫度，減少蒸發(fā)損耗，同時發(fā)射隔熱板與罐體之間可形成空氣夾層，亦能很好的降低罐內(nèi)溫度。

4.4 加強油料運輸和過程管理

油料運輸和儲存過程中應(yīng)盡量保持油品充滿罐體，減少罐體內(nèi)氣體體積，可大大降低油氣蒸發(fā)損耗。如將10 000 m3的汽油，儲存于設(shè)計能力為12 000 m3的油罐內(nèi)，蒸發(fā)表面積為89 m2，每月蒸發(fā)損失為574 kg；假設(shè)分別儲存于設(shè)計能力為400 m3的三個油罐內(nèi)，蒸發(fā)表面積為135 m2每月?lián)p失872 kg；蒸發(fā)損失為前一種情況的1.52倍。

5 結(jié)語

油品在儲運過程中存在著大量的損耗，其中大呼吸、小呼吸的損耗量約占整體損耗量的一半以上。綜上所述，了解了油品蒸發(fā)損耗的原因，因地制宜采取措施，加強統(tǒng)籌管理，可大大降低油品的蒸發(fā)損耗，減少資源浪費，提高企業(yè)經(jīng)營效益。