氯苯儲(chǔ)罐揮發(fā)量損耗計(jì)算及降低措施

楊曉東

（道恩特種彈性體材料有限公司，山東龍口 265700）

原油在加工的每個(gè)環(huán)節(jié)中，其輕餾分會(huì)逐漸蒸發(fā)，比空氣重，非常容易在油罐的周圍發(fā)生聚集，這不僅會(huì)降低原油質(zhì)量，還會(huì)留下很大的隱患。對(duì)此，分析怎樣減少蒸發(fā)損耗，不管是從環(huán)保的視角出發(fā)，還是從提高效益來(lái)看，都有著至關(guān)重要的意義。

1 氯苯的主要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

外觀與性狀：無(wú)色透明液體，具有苦杏仁味。熔點(diǎn)（℃）：-45.2相對(duì)密度（水=1）：1.10沸點(diǎn)（℃）：132.2相對(duì)蒸氣密度（空氣=1）：3.9分子式：C6H5Cl分子量：112.56飽和蒸氣壓（kPa）：1.33（20℃）臨界溫度（℃）：359.2臨界壓力（MPa）：4.52。

氯苯儲(chǔ)罐體積及數(shù)量見表1。

名稱 體積（m3） 材質(zhì) 數(shù)量氯苯儲(chǔ)罐 30 搪瓷 4

表1 裝置內(nèi)的氯苯儲(chǔ)罐體積及數(shù)量

根據(jù)最新的GB 16297—2017《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)版》規(guī)定：氯苯類物質(zhì)在大氣中的最高允許排放濃度為60mg/m3，最高排放速率為0.87kg/h（排放口高度為20m）

氯苯對(duì)環(huán)境有較大危害，對(duì)水體、土壤和大氣均可造成污染，同時(shí)危害人體健康。

氯苯對(duì)人體健康的危害包括：對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)有抑制和麻醉作用，對(duì)皮膚和黏膜有刺激作用。氯苯急性中毒表現(xiàn)為：接觸高濃度氯苯可引起麻醉癥狀，嚴(yán)重者可昏迷。脫離現(xiàn)場(chǎng)積極救治后，可較快恢復(fù)，但數(shù)日內(nèi)仍有頭痛、頭暈、渾身無(wú)力、食欲減退等癥狀。氯苯對(duì)皮膚有輕度刺激作用，反復(fù)接觸可導(dǎo)致皮膚出現(xiàn)紅斑或發(fā)生輕度淺表性壞死。氯苯慢性中毒表現(xiàn)為：眼痛、流淚、結(jié)膜充血，早期有頭痛、失眠、記憶力減退等神經(jīng)衰弱癥狀，嚴(yán)重的可引發(fā)中毒性肝炎，個(gè)別的可導(dǎo)致腎臟損害。

2 氯苯揮發(fā)量主要來(lái)源

2.1 儲(chǔ)罐進(jìn)料

氯苯進(jìn)入儲(chǔ)罐內(nèi)，罐內(nèi)液位升高，擠壓罐內(nèi)空間，當(dāng)空間壓力超過(guò)呼出設(shè)置壓力時(shí)，將氯苯氣體排放到廢氣總管。

2.2 熱脹冷縮效應(yīng)

隨著氣溫升高的熱脹冷縮效應(yīng)，罐內(nèi)液體氣體 體積膨脹過(guò)程，將空間氯苯氣體排放到廢氣總管。

2.3 儲(chǔ)罐出料

出料過(guò)程中，罐內(nèi)空間增大，儲(chǔ)罐內(nèi)部壓力下降，導(dǎo)致氮?dú)獬掷m(xù)補(bǔ)入，罐內(nèi)空間氣體濃度下降，導(dǎo)致液面蒸發(fā)加劇，再次形成飽和濃度的揮發(fā)氣體。

3 氯苯排放氣量的計(jì)算可用下列公式

式中，Gs為有害物質(zhì)的散發(fā)量，g/h；V為車間或室內(nèi)風(fēng)速，m/s；pO為有害物質(zhì)在室溫時(shí)的飽和蒸氣壓力，kPa；F為有害物質(zhì)的敞露面積，m2；M為有害物質(zhì)的分子量。

其中：氯苯的飽和蒸汽壓可用Antoine方程求算，即lnpo=A-B/T+C

式中：T為物系溫度，K，pO為飽和蒸汽壓，kPa，A、B、C為Antoine常數(shù)。其值如表2所示。

組分 A B C氯苯 16.067 6 3 295.12 -55.60

表2 氯苯的安托尼參數(shù)

經(jīng)計(jì)算常壓下氯苯的蒸汽壓，如表3所示。

表3 氯苯在不同溫度下的飽和蒸汽壓數(shù)據(jù)

排放管風(fēng)管流速為10m/s，氯苯儲(chǔ)罐的溫度取值為40℃

則單臺(tái)氯苯儲(chǔ)罐的氯苯氣體排放量Gs=（5.38+ 4.1×10）×26.12×0.1×0.1×1120.5=128g/h。

裝置內(nèi)有氯苯儲(chǔ)罐若干，總排放量Gs總=14 250g/h。

根據(jù)最新的GB 16297—2017《大氣污染物綜合 排放標(biāo)準(zhǔn)版》規(guī)定的最高排放濃度要求，則廢氣處理裝置的回收率需達(dá)到：（14.25-0.87）/14.25 ×100%=94%，目前ACF的吸附回收率能滿足工況要求，但安全裕度不大，故考慮合理有效降低氯苯排放量的措施是有現(xiàn)實(shí)必要的。

根據(jù)道爾頓分壓定理：氣相氯苯含量=氯苯飽和蒸汽壓/總壓，溫度不變，氯苯飽和蒸汽壓不變，加入氮?dú)夂?，總壓上升，?dǎo)致液面增發(fā)下降，所以氣相氯苯含量下降。

充入氮?dú)獠豢赡芨淖兟缺降娘柡驼羝麎?，但由于增加了氮?dú)馐箖?chǔ)罐氣樣中的氯苯分壓下降，對(duì)減少氯苯的排放損失是有作用的。同時(shí)氮?dú)夂吭礁?，氯苯的蒸發(fā)率越低，可以有效地降低蒸發(fā)率。

氣相氯苯含量算可用下列公式：

（1）氮封后的氯苯散發(fā)量計(jì)算

氯苯排放量計(jì)算公式：

1）Gs=（5.38+4.1V）pO·F·（M）0.5

2）M=n1×M1+n2×M2

式中，Gs為有害物質(zhì)的散發(fā)量，g/h；n1為氣相氮?dú)夂堪俜直龋?；n2為氣相氯苯含量百分比，%；V為車間或室內(nèi)風(fēng)速，m/s；pO為氯苯飽和蒸氣壓力，kPa；F為有害物質(zhì)的敞露面積，m2；M1為氮?dú)夥肿恿?；M2為氯苯分子量；M為混合氣平均分子量

氯苯儲(chǔ)罐氮封壓力控制：101.325kPa，根據(jù)道爾頓分壓定律：其中氯苯氣相分壓為：3.482kPa，氮?dú)鈿庀喾謮簽椋?7.843kPa，則：

3）氣相氮?dú)夂堪俜直龋?：n1=（760-26.12）/760=96.5%

4）氣相氮?dú)夂堪俜直龋?：n2=26.12/760=3.5 %，則混合氣體的平均分子量為：M=112.56×3.5%+28×96.5%=3.94+27.02=30.96，氮 封 后 單 臺(tái)氯苯儲(chǔ)罐的氯苯氣體排放量Gs=（5.38+4.1×10）×26.12×0.1×0.1×30.960.5=67.31g/h，單罐排放量由Gs=128.00g/h降低至：Gs=67.31g/h，總排放量由Gs總=14 250g/h降低至：Gs總=7 493g/h，計(jì)算結(jié)果表明：增加氮?dú)鈿庀喾謮嚎梢越档吐缺綒獾呐欧艙p失量則廢氣處理裝置的回收率需達(dá)到：(7.49–0.87)/7.49×100%=88%，大大增加了達(dá)標(biāo)排放的概率，降低了造成環(huán)境事故的風(fēng)險(xiǎn)。

另外降低氯苯排放量的措施還有：①對(duì)一體化呼吸閥參數(shù)進(jìn)行合理選型，確認(rèn)呼吸閥“開啟壓力”（“呼出”或“吸入”狀態(tài)時(shí)的壓力）參數(shù)是否合理。②減少熱脹冷縮效應(yīng)，合理控制溫度，物料溫度每上升10℃，經(jīng)理論計(jì)算，氯苯的排放量損失將增加60%。③合理設(shè)置廢氣處理裝置的吸附、再生、冷卻時(shí)間（根據(jù)物料的工況變化）。

4 降低儲(chǔ)罐油品蒸發(fā)損耗的方式

4.1 降耗的技術(shù)方式

消除油面以上的氣體空間，就是消除蒸發(fā)現(xiàn)象存在的自由表面，這不但能夠消除小呼吸損耗，還能夠消除大呼吸損耗。

4.1.1 應(yīng)用浮頂罐

由于浮頂和液面兩者之間并不存在氣體，致使油品難以揮發(fā)，因此，就可以有效消除大小的呼吸損耗。就現(xiàn)階段發(fā)展而言，這在國(guó)外已經(jīng)得到了大量的應(yīng)用。據(jù)相關(guān)人員調(diào)查研究顯示，浮頂罐的蒸發(fā)損耗僅僅是普通固定頂油損耗的5%左右，所以，非常適用于收發(fā)油作業(yè)較頻繁的油庫(kù)中。

浮頂罐可劃分為外浮和內(nèi)浮。結(jié)合浮頂罐的結(jié)構(gòu)可以看到，內(nèi)浮要比外浮的結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，可以有效避免風(fēng)沙等，對(duì)油品造成的污染；灌頂與浮盤之間的空氣層，能夠起到良好的隔熱效果，這對(duì)于維持油品的溫度來(lái)說(shuō)，有著極大的幫助；方便將固定頂油罐，轉(zhuǎn)化成內(nèi)浮頂油罐；受到外界風(fēng)力的影響比較小，在相同密封裝置的情況下，靜止儲(chǔ)存損耗會(huì)更小，這些都是它的優(yōu)勢(shì)。所以，外浮頂罐適用于儲(chǔ)存原油，而內(nèi)浮頂罐經(jīng)常被用在儲(chǔ)存汽油等輕質(zhì)成品油。

基于浮頂和內(nèi)浮頂?shù)挠凸拊靸r(jià)都很高，并且要是操作不當(dāng)?shù)脑挘€會(huì)造成浮頂被卡住等情況。隨著近些年的不斷發(fā)展，使得國(guó)外出現(xiàn)了新型材料——凝膠浮頂。其成本不僅低，而且在操作方面還非常便捷，屬于一種發(fā)展空間大的降低損耗材質(zhì)。

4.1.2 提高油罐的承壓能力

加強(qiáng)油罐的承壓能力，不但可以全部消除掉小呼吸損耗，還能夠在很大程度上減少大呼吸損耗。若是想增強(qiáng)油罐的承壓能力，正常改善油罐的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，可把油罐設(shè)計(jì)成扁球形頂立式圓柱形油罐、拱頂油罐等。但是除了拱頂油罐，其他類型的油罐因結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜、容量小等，現(xiàn)在應(yīng)用的并不是很多。

球形油罐是承受內(nèi)壓能力最高的壓力油罐，主要作用于儲(chǔ)存低沸點(diǎn)的液化石油等，正常來(lái)說(shuō)，很少在油庫(kù)內(nèi)使用。

就現(xiàn)階段發(fā)展而言，應(yīng)用最多的是拱頂油罐，承受內(nèi)壓的能力為2.0kPa。只要加以改善，就能夠在最大程度上增強(qiáng)承壓能力，起到良好的降耗效果。

4.1.3 降溫和應(yīng)用絕熱方式

小呼吸損耗是因?yàn)樘?yáng)的輻射，以及大氣溫度晝夜變化而出現(xiàn)的。所以，如對(duì)地面的油罐進(jìn)行淋水降溫，正確篩選油罐外壁的涂料等，對(duì)降低小呼吸損耗來(lái)說(shuō)，可起到非常好的效果。應(yīng)結(jié)合油庫(kù)的具體狀況，實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行分析。

4.1.4 借助附屬設(shè)備

對(duì)于比較大的油庫(kù)來(lái)說(shuō)，可選用管線，將部分承壓相同、儲(chǔ)存一樣油品油罐的氣體空間連接在一起，從而使排氣油罐所排出的油氣，通過(guò)管線進(jìn)入壓力降低需要吸氣的油罐，不斷減少油蒸汽排入大氣。條件情況允許的油庫(kù)，還可以創(chuàng)設(shè)集氣罐，讓油氣完全不排向大氣，真正降低呼吸損耗。并且安裝呼吸閥擋板，也是一種非常有效的降耗方式，適用于儲(chǔ)存原油等一切裝有呼吸閥的固定油罐。

不管是應(yīng)用集氣系統(tǒng)，還是連通系統(tǒng)，為避免某一油罐發(fā)生火災(zāi)后，而涉及所有被連通的油罐，甚至說(shuō)是整個(gè)油庫(kù)，都需要在油罐附近的氣體連通管上安裝防火器。

4.2 提高管理，改善操作方法

（1）適時(shí)篩選收發(fā)油時(shí)機(jī)，有利于降低大呼吸損耗：據(jù)相關(guān)人員調(diào)查研究顯示，在傍晚到午夜溫度下降較快的時(shí)間內(nèi)收油，就會(huì)使油罐的大呼吸損耗變小。若是收油過(guò)程中，正是溫度上升的時(shí)候，那么罐內(nèi)的氣體就會(huì)不斷膨脹，油面蒸發(fā)的速度也會(huì)加快，小呼吸損耗和大呼吸損耗同時(shí)發(fā)生，從罐內(nèi)溢出的氣體量，將會(huì)高于同一時(shí)間的進(jìn)油量，從而加大蒸發(fā)損耗。反之，若是在降溫的時(shí)候收油，氣體就會(huì)因降溫，而發(fā)生收縮，再加上蒸汽分子凝結(jié)加快，使得罐內(nèi)排出的氣體量少于進(jìn)油量，進(jìn)而使損耗減少。

（2）收油時(shí)，要加大泵的排量：此方法不但可以增強(qiáng)工作效率，減少操作所需要的時(shí)間，還會(huì)因油品在收油過(guò)程中來(lái)不及大量蒸發(fā)，而降低呼吸損耗。反之，發(fā)油作業(yè)應(yīng)該慢一些開展，讓油面蒸發(fā)的時(shí)間久一些，這樣就可使氣體空間的油品蒸汽濃度下降慢，以此防止發(fā)油結(jié)束時(shí)，出現(xiàn)回逆呼出損耗。

（3）若是有條件的話，可以在發(fā)油之后的一會(huì)，就進(jìn)行收油，這樣就會(huì)減少油品蒸汽的濃度，降低大呼吸損耗。在進(jìn)行收油的時(shí)候，需盡可能地一次連續(xù)收油，不能間斷地分好幾次收油。

（4）在開展發(fā)油作業(yè)時(shí)，為降低因回逆呼出造成的損耗，可在呼吸閥的下方，安裝一塊擋板，可有效防止油面上的蒸氣大濃度層被沖散，而降低回逆呼出損耗。

（5）在油庫(kù)內(nèi)同時(shí)擁有浮頂罐和固定頂油罐時(shí)，應(yīng)該優(yōu)先應(yīng)用浮頂油罐來(lái)開展收發(fā)油作業(yè)。

5 結(jié)束語(yǔ)

估算氯苯儲(chǔ)罐的呼吸排放量，并采取合理有效的減排措施，正確選型儲(chǔ)罐呼吸閥、合理設(shè)置氮封壓力和排放氣體的流速及管徑，對(duì)環(huán)境保護(hù)和人體健康均具有極其重要的意義。