汽油储罐呼吸损耗评估及减排

1、汽油储罐呼吸损耗评估及减排途径探讨谢跃群（中石化长岭分公司储运作业部）摘要：通过理论计算，评估了汽油储罐呼吸损耗；损耗率合理但总量可观。应用定量分析方法，探索从源头削减呼吸损耗的潜力；指出选用浮顶罐储存、钢浮盘代替铝浮盘、储罐大型化以及优化工艺设备等途径可以削减呼吸损耗；通过储罐集中呼吸和油气回收技术进行末端控制，彻底解决储罐呼吸VOC污染。关键词：汽油 ；，VOC；，呼吸损耗；， 减排措施；，油气回收1 概述1.1汽油储罐与VOC排放VOC(（volatile Volatile oOrganic cCompounds)）是指挥发性有机化合物。VOC具有大气化学反应活性，是光化学烟雾的重要前体

2、污染物；对人体有强烈刺激性，长期作用，可造成肺部永久性损害1。因此，空气中的烃类气体对人体的损害不容忽视。汽油是由催化裂化汽油、重整汽油及芳烃、非芳烃和MTBE等组分及添加剂调合而成，主要成分为C4C12的烃类物质，是易挥发性有机物。储罐区呼吸排放的VOC一般都是无组织排放，在石化企业无组织排放中约占到较大比例。据国外测算，达到29%，国内典型炼厂统计达到60%2。储罐大小呼吸损失占到储运系统损耗的50%80%3。汽油的组份轻，挥发性强，控制汽油储罐挥发是控制VOC排放的重要部分。对汽油储罐呼吸VOC排放进行定量分析，是罐区VOC治理的基础性工作。本文对中石化长岭分公司公司（长炼）汽油储罐呼吸

3、损耗进行定量评估，探索削减大小呼吸损耗，减少VOC污染的途径。1.2汽油储罐的基本情况长岭分公司公司长炼年加工能力800万吨，2014年生产汽油200万吨；有汽油储罐18台，其中10000m3油罐3台，5000 m3油罐9台，3000 m3油罐6台。总库容93000 m3。汽油全部采用内浮顶罐存储，其中铝浮盘6台，计 45000 m3油罐，钢浮盘12台，计48000 m3。1.3汽油储罐呼吸损耗控制现状随着“两型”社会的建立，公司不断推进清洁生产，从源头控制污染，在建设规范储罐的基础上，不断探索和、改进浮盘和密封装置，完善工艺，努力减少罐区VOC排放量。主要措施有：全部采用内浮顶储罐，储罐涂刷

4、隔热涂料，减少因太阳暴晒导致的油品升温，浮盘的密封装置逐步由囊式密封改为充液密封，提高了密闭水平，控制油品进罐温度，在线调和，提高一次合格率，减少油品搅动，设置降温喷淋等，取得很好的效果。但总体来说储罐呼吸还处于无组织排放状态。 作者简介：谢跃群，男，生于1962年，1985年毕业于兰州大学，工作单位：中石化长岭分公司储运作业部； 职称：工程师；研究方向：安全、环保；通信地址：湖南省岳阳市长炼储运作业部，邮编：414012；电话邮箱：xieyueq.clsh。2 定量评价方法的选择2.1应用石油库节能设计导则推荐方法目前得到广泛认可的定量计算方法有美国环保署（EPA）

5、推荐的方法和中国的石油库节能设计导则（SH/T3002-2000）(简称导则)推荐的方法。这类方法在理想气体状态方程的基础上，通过理论分析建立计算方程式，理论推导严谨，计算结果精度较高4； EPA推荐的方法中应用的全部是美国单位标准体系,计算过程繁、复杂, 如没有计算机辅助计算, 实际应用非常困难5。由于工艺和气候等条件的差异，EPA方法在美国以外地区计算结果误差较大6。导则公式经在我国石化企业轻质油储罐的大小呼吸排放量计算应用广泛；因此，主要采用导则公式，同时应用其他方法进行补充。2.2计算公式（1）根据导则附录A,内浮顶油罐大呼吸损耗计算公式为： （1）式中： LW浮顶油罐收发油时的蒸发损

6、耗，kg/a；Q油罐年周转量，103m3/a； D储罐直径，m。y储存液体平均密度，kg/ m3； C罐壁粘附系数，m3/1000m2；取值见表1； NC固定顶支柱个数； FC支柱有效直径。油品罐壁粘附系数/（ m3/1000m2）轻锈重锈喷涂内衬汽油0.002570.012840.2567原油0.010270.051341.0268表1 罐壁粘附系数表（2）内浮顶油罐小呼吸计算公式为：（2） 式中：Ls静止储存时的蒸发损耗，kg/a；Ke边圈密封损耗系数，取值见表2； D油罐直径，m； Kd顶板接缝损耗系数。焊接顶板，Kd0；非焊接顶板，Kd3.66；Fd顶板接缝长度系数，系指顶板接缝长度与

7、顶板面积的比值。K8单位换算系数。Ke0.454； Fm总浮顶附件损耗系数。Ff（NmjKmj）；Nmj某种附件的数量；Kmj某种附件的损耗系数。见表3；Fm（NmjKmj）；P*蒸汽压函数；My油品蒸汽的平均分子量。kg/kgmol，取65.5；KC油品系数。汽油Kc1；（3）其中：式中： P油品在平均储存温度下的真实蒸汽压；Pa储罐所在地的平均大气压，取99.82kPa。表2 边圈密封损耗系数Kr密封装置类型Ke气托单密封22.0液托单密封9.8气托单密封加二次密封8.2液托单密封加二次密封5.2表3 浮顶附件损耗系数Kmj附件名称及类型Kmj人孔有螺栓的盖，带垫圈1.6无螺栓的盖，带垫圈

8、11.0无螺栓的盖，不带垫圈25.0自动计量浮子井有螺栓的盖，带垫圈5.1无螺栓的盖，带垫圈15.0无螺栓的盖，不带垫圈28.0固定顶支柱套组合型支柱，滑动盖板，带垫圈33.0组合型支柱，滑动盖板，不带垫圈47.0管柱，软纤维套密封10.0管柱，滑动盖板，带垫圈19.0管柱，滑动盖板，不带垫圈32.0内扶梯井滑动盖板，带垫圈56.0滑动盖板，不带垫圈76.0浮盘支架或悬架套（可调节的）7.9取样管开槽管，滑动盖板，带垫圈44.0开槽管，滑动盖板，不带垫圈57.0取样井，微隙纤维密封12.0真空呼吸阀重力作用式，带垫圈0.7重力作用式，不带垫圈0.93 呼吸损耗计算3.1参数采集说明（1）本文采

9、用的数据以2014年为基准，只反映2014年工艺、设备状态下的汽油的呼吸损耗水平。（2）计算参数中，能从生产统计和工艺设备记录中得出的数据，全部使用2014年的实际数据,包括汽油产量、周转量、周转次数、密度、及储罐的相关参数。生产记录和统计中无法采集到的数据，如气候参数中大气压、平均温差，由相关网站获得；汽油蒸汽的平均分子量，从有关文献中获取。(3)）汽油平均储存温度下真实蒸汽压的确定，工艺记录的日常分析测定的汽油饱和蒸汽压是汽油在规定试验条件下（38）测得的，时化验分析所得，数值为65.4kPa，据此推算出油品储存温度的蒸汽压；平均储存温度取26.5，此时，汽油蒸汽压为42 kPa。3.2汽

10、油储罐大呼吸损耗根据利用大呼吸损耗公式（1）分别对10000m3、5000m3、3000m3等不同类型的储罐进行计算；汇总即得到汽油大呼吸损耗98吨。内浮顶罐大呼吸计算参数见表4。表4 浮顶罐大呼吸损耗参数表变量符号参数油罐年周转量(103m3/a)密度Q10000m3=1107.484; 5000m3=834.272；3000m3=304.644油罐直径(m):D1万m3=30；5千m3=21；3千m3=17油品的密度(kg/ m3)Py742油罐壁的粘附系数（m3/l000 m2)C0.2567支柱个数:Nc2支柱有效直径 (m).Fc0.153.3汽油储罐小呼吸损耗根据利用公式（2） 分

11、别对10000 m3铝浮盘储罐，5000 m3铝浮盘储罐和5000 m3钢浮盘储罐，3000 m3钢浮盘储罐进行计算并汇总，得到汽油储罐小呼吸损耗量为195吨。其中浮盘附件总损耗系数根据表3确定，蒸汽压函数根据公式（3）计算得出。相关参数见表5；。表5 汽油小呼吸损耗参数表变量符号参数单位换算系数，K8=O.454;K80.454边圈密封损耗系数，查表A.0.3-4;Ke钢浮盘9.8；铝浮盘22直径（m）D1万m3=30；5000 m3=21；3000 m3=17浮盘附件总损耗系数Fm=Kmj*Nmj1万m3铝浮盘=4179.7；5000m3铝浮盘=2803.7； 5000m3钢浮盘=915.

12、7; 3000m3钢浮盘=691.79铝=14179.7，5000立=？,3000立=？顶板接缝长度系数，系指顶板接缝长度与顶板面积的比值:Fd钢浮盘=0；铝浮盘：1万m3=0.8，5千m3=0.85顶板接缝损耗系数Kd钢浮盘0；铝浮盘3.66蒸汽压函数P*0.1357（Pa =99.82，p=42）汽油蒸汽平均分子量(kg/kmol）My65.5油品系数 Kc13.4汽油储罐呼吸损耗评价2014年汽油储罐呼吸损耗为293吨，汽油产量为200万吨；损耗率为0.15。国家标准散装液态石油产品损耗 GB1108589提供了储存损耗的估算方法7，可以估算出储存损耗量，计算过程见表6。表6 散装产品储

13、存损耗计算表（说明：4月停产检修）地区类别油品冬季损耗率冬季产量夏季损耗率夏季产量损耗量（吨）A汽油0.111090.21913310按散装液态石油产品损耗 GB1108589计算的储存损耗量是3310吨。呼吸损耗占储存损耗的比例为8.9%。储存损耗除储罐呼吸损耗外，还包括其他蒸发损耗和残漏损耗。与文献记载的储罐大小呼吸损失占到储运系统损耗的50%80%的比例比较，长炼的呼吸损耗控制在较低的水平。呼吸损耗率虽然较低，但损耗总量可观。293吨汽油资源变成VOC排放，污染了环境，有必要采取措施，从源头减排到末端控制进行有效治理。4 降低蒸发损耗的途径4.1轻质油品应强制采用浮顶罐储存石油化工储运系

14、统罐区设计标准SH/T3007-2014中规定储罐沸点大于或等于45或在37时饱和蒸汽压不大于88kPa的甲A、乙B类液体应选用浮顶罐或内浮顶罐8。储罐类型的选择对蒸发损耗影响巨大。很多文献都认为内浮顶罐比拱顶罐减少呼吸损耗90%左右4。以10000m3汽油储罐为例，分别计算拱顶罐与浮顶罐的蒸发损耗量，内浮顶罐呼吸损耗只有拱顶罐的5.9%，内浮顶罐储存比拱顶罐减排94%；计算过程见表7。表7 汽油用不同类型储罐呼吸损耗计算表储罐类型储罐容积(m3)直径(m)周转量（吨t）周转次数小呼吸（吨t）大呼吸（吨t）合计（吨t）内浮顶罐10000303814666330.1613.1943.35拱顶罐1

15、89.07549.00738.07 公司汽油储罐全部为内浮顶储罐，作为清洁生产的重要措施，有效地控制了蒸发损耗。因内浮顶罐和拱顶罐控制蒸发的巨大差异，在中间产品组分发生变化时应予以特别重视。含有轻质油组分的中间料应强制用内浮顶罐储存。4.2铝浮盘比钢浮盘损耗明显增大，应逐步淘汰铝浮盘在我国是近年发展起来的新型浮盘；由于造价低廉，施工方便而快速发展。目前罐区已建成铝浮盘罐23台（含汽油储罐6台），占内浮顶油罐的42%。铝浮盘由浮筒或槽盆提供浮力，在浮筒或槽盆之上用支架和铝片覆盖作为浮盘。铝片通过铆接方式搭接。前期建设的浮筒式浮盘采用舌型密封，后期改进的槽盆式采用囊式密封。其密封装置存在气相空间。

16、为了保持必要的浮力富余，在浮盘和液面之间必须留有一定的气相空间。而钢浮盘采用浮仓或浮船形式，整个浮盘浸泡在液体里，密封装置采用充液式密封，与管壁紧密结合，密封性能更好。由其特点决定，二者密闭效果相差很大。铝浮盘下存在的气相空间有利于油气挥发，较差的密封装置和铆接浮盘增加了油气逃逸的途径。而钢浮盘就不存在这样的缺陷；铝浮盘大小呼吸明显高于钢浮盘。下面以小呼吸为例，比较二者的差别。以10000m3汽油罐为例，根据小呼吸损耗公式（2），分别计算二者的损耗量，见表8。表8 10000 m3储罐不同浮盘小呼吸损耗计算表参数K8KeDFmFdKdP*MyKcLs铝浮盘0.45422304179.70.83

17、.660.135765.5130.16钢浮盘0.4549.8302291.7000.135765.5110.43一个10000 m3汽油储罐一年的小呼吸损耗量，铝浮盘为30.16吨，钢浮盘为10.43吨，铝浮盘是钢浮盘的2.9倍。在环保要求越来越高，对VOC治理越来越重视的今天，应果断停止新建铝浮盘储罐而使用钢浮盘储罐；在现有储罐的更新改造中，逐步淘汰铝浮盘。4.3储罐大型化，减少呼吸损耗在大呼吸公式中，对于同样的体积（周转量），增大储罐直径能减少储罐的粘附面积；一个10000 m3储罐比两个5000 m3储罐的浮盘密封圈长度减少 28.6%；因此可以通过储罐大型化减少呼吸损耗。同样的生产量，

18、分别以一个10000 m3汽油储罐和两个5000 m3储罐储存的大呼吸损耗相差很大，表9分别计算二者的大呼吸损耗。 表9 不同容积储罐大呼吸损耗对比表储罐周转量(千103吨t)直径(m)粘附系数损耗量（吨t）10000 m3381.466300.256713.195000 m32381.466210.256718.92表9中，采用151#汽油储罐的实际数据，假设用两个5000 m3来储存，大呼吸损耗将由13.06吨提高到18.65吨；前者比后者减少呼吸损耗30%。因此，在储罐改造过程中，在满足生产需要的前提下，应尽可能使储罐大型化，以削减呼吸损耗。4.4其他消减损耗建议通过汽油储罐大小呼吸公式

19、的构成要素和实际经验蒸发损耗的影响因素分析，可以得出工艺、设备优化对减少蒸发损耗的重要意义。主要有：（1） 尽量减少中间罐，减少油品循环时间，提高一次调合合格率，减少油品循环和倒灌周转量。 （2） 尽量控制进罐降低储油温度，从而降低油品的蒸汽压，减少损耗。（3） 采用隔热涂料，减少太阳对油品储存温度的影响。（4） 确保储罐附件完好，特别是浮盘的密封装置完好。（5） 采用隔热涂料，减少太阳对油品储存温度的影响； 5 呼吸损耗VOC排放控制方案5.1 建设储罐集中呼吸和油气回收装置，变无组织排放为有组织排放建立罐顶呼吸气体连通管网，把全部汽油储罐呼吸孔连接起来，用一个大的呼吸装置实行集中呼吸；首先在罐组内部形成“呼与吸”的关系，系统内部可以进行呼吸平衡，减少整个罐区的呼吸排气量；只有平衡后的余量才通过呼吸装置与外界进行交换；如果用氮气代替空气参与储罐呼吸，效果更好。建设油气回收装置，对呼吸装置呼出的VOC进行回收，实行达标排放。公司已有应用油气回收装置的成熟经验，回收率可达到98%以上，尾气能达标排放9，储罐呼吸VOC污染得到彻底解决。5.2油气回收装置经济分析每年汽油呼吸损耗293吨，油气回收装置运行后，按回收率95%计算，可以回收278吨，以每吨7000元计算，一年可回收195万元。如果考虑把汽油储罐附近的溶剂油、石脑油也纳入回收装置，效果会更好。建设