油田储罐无组织排放定量估算方法的选择

油田储罐无组织排放定量估算方法的选择

1蒸发损耗量t原油长距离输送过程中，由于技术、设备和管理的原因，大部分原油组分泄漏，导致损失。这就是油气机蒸发的现象。油气蒸发损耗是缓慢而持续进行的,而且这种损耗形式表现得非常隐蔽。加之管理部门对油气的损耗没有明确要求和指标,损耗量的大小常常被计量误差掩盖,因而未引起有关主管人员的重视。调查资料表明,油气蒸发损耗的累计数量十分惊人。据1995年国际石油会议公布的数量,全世界每年损耗油量1.13亿t(2001年全世界的产油量约37.8亿t),在美国油品蒸发损耗量约占原油产量的3.00%;1975年前苏联石油化学工业部所属企业的调查表明,油品蒸发损耗量约占原油产量的2.47%,其中70.00%发生于原油罐、调合罐和成品油罐的蒸发损耗。日本的石油蒸发损耗占年产量的3.00%—5.00%。袁小斌研究表明,油品储运过程损耗率为0.4‰—0.8‰。按照美国石油学会(API)公式估算,中国燕山石化公司油品储存过程中蒸发损耗总量约为1581.66t/a。赵连荣等利用经验公式估算大庆石油化工总厂的180个固定储罐每年呼吸损耗量达2.8×104t。油品在储存、运输过程中隐存的蒸发损耗主要包括:储存时的“呼吸损耗”(温差引起蒸发损耗),亦称小呼吸损耗;储油罐开口及附件不密封所造成的自然通风损耗;储油罐收发油过程中的蒸发损耗,亦称大呼吸损耗。在储罐蒸发损耗总量中,小呼吸损耗量仅占10%,大呼吸损耗是储罐无组织排放量的主要部分。此外,还包括石油及油品在装卸过程中槽车、船罐口的蒸发损耗,以及加油站加油时的油气蒸发损耗。因此,如何有效地减少储存区的呼吸量是科研工作者研究的重点问题。2经验公式和参数在我国的环境影响评价中,计算大小呼吸量的主要计算公式为美国国家环保局(EPA)推荐的经验公式、美国石油学会(API)经验公式和中国石油化工(CPCC)系统编制的经验公式。此3个公式均可用于浮顶罐和拱顶罐的计算。2.1美国国家环境管理局推荐公式2.1.1内浮顶罐的出口损失lbs/aLT=LW+LR+LF+LD+LX(1)式(1)中,LT为总损耗量(lbs/a);LW为工作损失(lbs/a);LR为板层边缘密封损失(lbs/a);LF为板层附属配件损失(lbs/a);LD为板层接缝损失(lbs/a),适用于内浮顶罐;LX为倒罐损耗量(lbs/a)。2.1.2计算公式中拱罐计算LT=LW+LS+LX(2)式(2)中,LS为静置损失(lbs/a)。2.2美国石油公司的经验公式2.2.1浮顶罐静态储存损耗量lsLS=KS×Vn×P*×D×Uy×Kc×Ef×Ki(3)式(3)中,LS为浮顶罐静止储存损耗量(kg/a);KS为密封系数;n为与密封装置类型有关的风速指数。2.2.2计算浮式扩大呼吸的公式为W=1.37×10-4×V/D(4)式(4)中,W为浮顶罐发油损耗量(kg/a);V为油品泵送入罐量(m3/a)。2.2.3呼吸排放量fp和呼吸平均为5kc5式LB=0.191×M×[P/(100910-P)]0.68×D1.73×H0.51×ΔT0.45×FP×C×KC(5)式(5)中,LB为固定顶罐的呼吸排放量(kg/a);FP为涂层因子(无量纲),根据油漆状况取值为1—1.5;C为用于小直径罐的调节因子(无量纲);直径为0—9m的罐体,C=1-0.0123(D-9)×2;罐径大于9m的罐体C=1。2.2.4固定顶罐工作损失fF=5.8×P×V106×KT(6)F=5.8×Ρ×V106×ΚΤ(6)式(6)中,F为固定顶罐的工作损失;KT为周转因子(无量纲)。2.3中国石油系统的公式2.3.1小呼吸蒸发损耗lsLS=Y×V×n×Px×D×Mv×KS×KC×EF(7)式(7)中,LS为小呼吸蒸发损耗(kg/a);KS为密封系数;Y为系数(外浮顶罐Y=3.1,内浮顶罐Y=2.05)。2.3.2计算浮式扩大呼吸的公式为LW=4×Q×C×Py/D(8)式(8)中,LW为浮顶罐发油损耗量(kg/a)。2.3.3固定顶罐呼吸排放量fpLds=12.751×10-3×KE×[P/(760-P)]0.68×D1.73×H0.51×T0.5×FP×C×v(9)式(9)中,Lds为固定顶罐的呼吸排放量(kg/a);v为储存油品的平均质量(t/m3)。2.3.4计算拱门罐的大呼吸公式LW=4.188×10-7×M×P×KT×KC(10)式(10)中,LW为固定顶罐的工作损失(kg/m3)。3结果分析3.1浮顶罐呼吸量计算公式对比实际工作中接触的多为我国北方炼油厂储油罐,其中主要为原油和柴油。因此,以我国东北某炼油厂部分储罐为例,选择5000m3和10000m32种规模储罐,应用上述公式分别对常用的浮顶罐和拱顶罐呼吸损耗量进行计算并对比。储罐主要参数见表1。根据上述3类公式对表1中选择储油罐工作中的大小呼吸损耗进行计算,计算结果见表2。由表2可以看出,在计算浮顶罐污染物量时,美国石油学会公式和中国中石化公式的计算结果接近,拱顶罐相差较大,其原因是由于油品种类和储罐技术限制,但较适合我国情况,所以建议采用中石化公式计算拱顶罐的呼吸量。美国国家环保局公式在计算大容量浮顶罐时,结果相对保守一些,对于环保要求较高的区域建议使用美国国家环保局公式计算浮顶罐呼吸量。在相同周转量情况下,根据各公式的函数关系分析影响因素,可以看出,美国国家环保局推荐公式主要影响因素为:储罐形式、储罐规格和油品种类。美国石油学会经验公式主要影响因素为:液体的真实蒸汽压、储罐的温度变化、储罐的留空高度、储罐规格、储罐收发作业周期及安排、储罐状况。中国石油化工系统经验公式影响因素与美国石油学会推荐公式大致相同。目前得到广泛认可的定量方法是美国国家环保局推荐方法及其对应软件TANK4。美国国家环保局建议其国内各级管理部门、咨询公司和企业采用该软件估算储罐无组织排放量,体现了该方法的权威性。欧盟广泛使用TANK软件对储罐排放量进行精确计算。我国目前主要是直接应用EPA推荐方法以及TANK软件。由于工艺水平和气象条件等因素的差异,该方法在美国以外地区直接应用的估算结果精度较差。在英国就发现估算结果只有实际测定量的1/3。中国石油化工系统经验公式总的来说气候因素占主导作用。3.2减少正常储存油气,减少罐内油气的排放量,以据统计,每吨汽油“大呼吸”挥发油气可达7m3。“小呼吸”排放,温度每升高1℃,会排出0.21%的油气,储存日数越多、罐内油气体积与油液体积之比越大、“小呼吸”排放的油气越多。因此,努力减少油品在储运过程中的排放量是十分必要的。根据蒸气损耗量影响因素提出以下减排措施。3.2.1采用淋水、地下油罐油罐“小呼吸”损耗的产生主要与气体空间高度h和大气温差有关。因此,要减少“小呼吸”损耗、应从减小气体体积和油罐表面的温差着手,主要措施如下。(1)使用浮顶罐或内浮顶罐,选用合适的密封装置。对于易挥发的轻质油品,宜储存在浮顶罐或内浮顶罐中。新建的原油和轻质油罐已全部采用了这种办法,一些油库在改造过程中,也将原来的固定顶罐改造成了内浮顶罐,大大地降低了油品的蒸发损耗。对浮顶罐而言,浮顶与内罐壁间的密封装置对减少油品蒸发损耗起着关键作用,它有机械密封、弹性密封和管式密封3种形式。(2)高温季节对油罐适当延长淋水期。未采取淋水措施的地上固定顶金属油罐气体空间的最高温度可比日最高气温高出约20℃,而采取了淋水措施的油罐内气体空间的最高气温则会略低于日最高气温。因此,采用淋水的办法在高温季节给油罐进行降温对减少油品蒸发损耗具有重要意义。据统计,在高温时,采用淋水的办法可以减少90%的油品蒸发损耗。对处于不同地区的油罐,应根据当地实际天气情况,在适当的时机对油罐进行淋水,并适当的确定淋水时间以达到最佳效果。(3)采用地下油罐可以减少小呼吸损耗。(4)对金属拱顶罐而言,提高油罐的承压能力是通过提高钢材与焊接工艺的强度,使其能够超过油品在储存温度下的饱和蒸气压,从而达到减少小呼吸损耗的作用。3.2.2油罐、呼吸及油罐油罐大呼吸损耗是在收发油时,油罐内液面位置发生的变化引起油罐内气体空间也发生变化,从而导致了油蒸气的逸出。由此可以看出,在进行收发油作业时都会产生大呼吸损耗。为了尽量减少油罐大呼吸时对环境造成的危害,应从控制油蒸气的逸出入手。主要措施如下。(1)在油罐进油操作时,应尽量在降温时作业。由于在降温时罐内气体因温降而收缩,使蒸气分子凝结加快或蒸发减慢,因此进油时罐内排除的气体量必然少于进油量,致使损耗量比升温时大量减少。另外,在油罐进油时应尽量加大泵的排量,使油品在进油过程中来不及大量蒸发,从而减少损耗。同时,在安排油罐进油时,应优先安排刚排空的储罐。(2)在油罐发油操作时,作业应进行得缓慢些,这样可使罐内气体浓度下降较为迟缓,以避免或减少发油结束后出现回逆呼出损耗。为此,可以在呼吸阀的底部安装呼吸阀挡板,使气流折向罐壁,避免直冲油面,从而减少油面蒸发。(3)采用密闭收发油技术。将油罐、管路及位于零发油灌装场地的油罐车视作一个整体,将油蒸气密封起来,尽量减少油蒸气的逸出。(4)使用油气回收装置。在油罐进行大呼吸时,于油罐的呼吸管路上安装油气回收装置,使油蒸气通过煤油、活性炭等吸附介质进行回收后再排到外部。通过采用将以上几种措施结合起来的办法对油罐的大呼吸进行控制,可显著减少油蒸气的蒸发损耗,减少对环境造成的污染。4格顶罐油气损耗减少(1)对储油罐大小呼吸损耗量分别采用美国国家环保局推荐公式、美国石油学会及中国石油化工系统经验公式进行计算,并对比计算结果。(2)根据计算结果,推荐采用EPA公式计算轻质油品的蒸气损耗、由CPCC公式计算拱顶罐油品蒸气损耗。(3)对汽油等轻质油品选用内浮顶罐(原油用浮顶罐)存储。由于内浮顶罐的浮盘可将液面与空气