石油储存过程中的油气蒸发损耗

石油储存过程中的油气蒸发损耗

原油储存过程中，由于技术、设备和管理的原因，原油中的轻组分在高压下泄漏，导致损失。这种现象被称为气、气蒸发损失。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蒸发损耗没有明确要求和指标约束,损耗量的大小常常被计量误差所掩盖。因而不易引起人们的关注,近年来原油价格暴涨,人们对原油运输、加工、储存过程中的损耗日渐重视,因此减少或回收油品储存过程中的蒸发损耗显得非常重要。1混合气体蒸发损耗油品的蒸发损耗过程包括发生在气、液接触面的相际传质以及发生在容器气体空间中烃分子的扩散。通过上述过程,容器气体空间原有的空气逐渐变为趋于均匀分布的烃蒸气和空气混合气体,当外界条件变化引起混合气体状态参数改变时,混合气体从容器中排入大气,造成了油品的蒸发损耗。引起油气蒸发损耗的主要原因有:油温变化、油罐顶壁同液面间体积大小、油罐罐顶不严密等。1.1罐外空气运出罐油气储存过程中,当温度升高时,罐内油气体积膨胀,部分油气蒸发出罐外,当温度降低时,罐内油气减少,罐外部分空气进入罐内。另外,储存温度愈高,油气蒸发愈严重。1.2相同温度和密封条件下,不同汽油的蒸发损失油罐中装油量越少,油气空间越大,相对蒸发损失越大。实验表明,在相同温度和密封条件下,储存同一种汽油,装油量为油罐容积20%时的蒸发损失比装油量为油罐容积95%时大8倍。1.3自然通风损耗如果罐顶有缝隙或孔眼,且不在同一高度,由于罐内混合气的密度大于空气密度,罐内的混合气体将由下部孔眼逸入大气,空气从上部孔眼进入则罐内,形成自然通风损耗。造成油罐自然通风损耗的原因有:油罐破损;采光孔或量油孔被打开而未及时关上等造成的蒸发损耗严重,不仅使油蒸气大量逸出罐外,而且会加速液面蒸发。据推算,如果两孔眼的高差为0.5m,孔眼面积为1cm2气体空间的油气浓度为5%那么由于自然通风每昼夜油品损耗量约为16kg。1.4影响大呼吸的因素大呼吸是指油罐进发油时的呼吸。油罐进油时,由于油面逐渐升高,气体空间逐渐减小,罐内压力增大,当压力超过呼吸阀控制压力时,一定浓度的油蒸气开始从呼吸阀呼出,直到油罐停止收油,所呼出的油蒸气造成油品蒸发的损失。油罐向外发油时,由于油面不断降低,气体空间逐渐减小,罐内压力减小,当压力小于呼吸阀控制真空度时,油罐开始吸入新鲜空气,由于油面上方空间油气没有达到饱和,促使油品蒸发加速,使其重新达到饱和,罐内压力再次上升,造成部分油蒸气从呼吸阀呼出。影响大呼吸的主要因素有:(1)油品性质:油品密度越小,轻质馏分越多,损耗越大;(2)收发油速度:进油、出油速度越快,损耗越大;(3)油罐耐压等级:油罐耐压性能越好,呼吸损耗越小。当油罐耐压达到5kPa时,则降耗率为25.1%,若耐压提高到26kPa时,则可基本上消除小呼吸损失,并在一定程度上降低大呼吸损失。(4)与油罐所处的地理位置、大气温度、风向、风力及管理水平有关。1.5小呼吸损失的影响因素油罐在没有收发油作业的情况下,随着外界气温、压力在一天内的升降周期变化,罐内气体空间温度、油品蒸发速度、油气浓度和蒸汽压力也随之变化。这种排出石油蒸气和吸入空气的过程造成的油气损失,叫小呼吸损失。小呼吸损失的影响因素主要有以下几点:(1)昼夜温差变化。昼夜温差变化愈大,小呼吸损失愈大。(2)油罐所处地区日照强度。日照强度愈大,小呼吸损失愈大。(3)储罐越大,截面积越大,小呼吸损失越大。(4)大气压。大气压越低,小呼吸损失越大。(5)油罐装满程度。油罐满装,气体空间容积小,小呼吸损失小。2采用国家标准节能导则计算方法储罐形式不同,大小呼吸损失量不同,因此通过对同油种不同储罐的损失计算,有助于进一步分析降耗途径。储罐油气挥发损失计算主要有美国国家环保局(EPA)经验公式、美国石油学会(API)经验公式和我国国标节能导则经验公式等三种计算方法,鉴于国内油品种类和储罐技术限制,建议采用国标节能导则计算方法:以5000立汽油罐为例采用上述公式分别计算:车用汽油雷特蒸汽压为69kPa,油品的平均密度为731kg/m3,年平均净周转量为100km3/a。年平均温度为16℃,大气压101.39kPa(绝压),年平均风速2.3m/s。2.1计算大呼吸蒸发损失的公式为2.1.1蒸发损耗量mlLDW=KTK1V1Py/(690-4μy)K式中:LDW——拱顶罐大呼吸蒸发损耗量,m3/aKT——周转系数K1——油品系数Py——油品平均温度下的蒸汽压,kPaμy——油蒸汽摩尔质量,kg/kmolK——单位换算系数V1——泵送液体入罐量,m32.1.2蒸发损耗量LW=4Q1Cρy/D式中:LW——外浮顶罐大呼吸蒸发损耗量,kg/aQ1——油罐年周转量,103m3/aD——油罐直径,mρy——油品密度,kg/m3C——油罐壁的粘附系数,m3/1000m22.1.3内部浮式扩散器LW=4Q1Cρy(1+NCFC/D)/D式中:NC——支柱个数Q1——支柱有效直径,m2.2计算小呼吸蒸发损失的公式为2.2.1小呼吸蒸发损耗量单位核算LDS=0.024K2K3[P/(Pa-P)]0.68D1.73H0.51△T0.5FpC1式中:LDS——拱顶罐小呼吸蒸发损耗量,m3/aKT——周转系数K2——单位换算系数K3——油品系数P——油品本体温度下的蒸汽压Pa——当地大气压,kPaD——油罐直径,mH——油罐内气体空间高度,mT——大气温度的平均日温差,℃Fp——涂料系数C1——小直径油罐修正系数2.2.2呼吸蒸发损耗量LS=K4(K5FrD+Ff)PMvKC式中:LS——外浮顶罐小呼吸蒸发损耗量,kg/aK4——单位换算系数K5——单位换算系数Fr——密封损耗系数D——油罐直径,mFf——浮盘附件总损耗系数P*——蒸汽压函数Mv——油气摩尔质量,kg/kmolKC——油品系数2.2.3罐内损耗系数及管道摩尔质量LS=K8(KeD+Ff+FdKdD2)P*MvKC式中:LS——内浮顶罐小呼吸蒸发损耗量,kg/aK8——单位换算系数Ke——边圈密封损耗系数D——油罐直径,mFf——浮盘附件总损耗系数Fd——顶板接缝长度系数Kd——顶板接缝损耗系数P*——蒸汽压函数Mv——油气摩尔质量,kg/kmolKC——油品系数采用上述公式计算结果见表1。从表1可见,对于存储轻质油,采用浮顶罐可显著降低油品蒸发损耗,另外从计算公式可见油品温度、储罐直径、罐体附件形式、密封形式、罐体颜色等因素直接影响油品的损耗量,因此在储罐的设计及日常工作中都需要注意这些细节,从设计源头降低储罐蒸发损耗,在日常工作中养成良好的操作习惯减少损失。3气田蒸发引起的损害3.1油气混合物比油气比为零时,油蒸气含量达标,有利于引发爆炸油蒸气与空气混合,可形成爆炸混合物,且易在低洼、不通风的地方积聚。当油气混合物中,油蒸气含量达到爆炸极限浓度时,容易引发爆炸。国内某石化企业外浮顶罐石脑油油气挥发形成硫化亚铁自燃造成火灾,幸发现及时没有造成重大损失。3.2油气污染,易致药物高度高校油气是气相烃类,属有毒物品,因其密度大于空气而漂浮于地面之上,易致窒息。另外,油气还容易形成更大危害的光化学烟雾的二次污染物——氮氧化物。这种情况,随着环境保护要求的提高,油气所引起对大气的污染越来越受到人们的重视。3.3导致油气蒸发,降低经济效益近年来原油资源日益枯竭,原油价格日渐高涨,由于油气的蒸发损耗,经济损失相当严重。据相关公司测评,千万吨级炼厂年油气挥发损失在千吨左右,效益损失惊人。3.4不合格油料液压机蒸发的都是油料中的最轻组分油气蒸发还会严重影响成品油质量,甚至使合格油料变成不合格。如汽油蒸发损失,造成起动性能变差,抗爆性下降。此外,还将加速汽油氧化,增加胶质,降低辛烷值,而辛烷值的降低会使燃料在发动机中燃烧时抗爆性能变差。4减少蒸发损失的对策4.1蒸发损失及和倒罐次数操作中尽量将油品集中储存,不要分散在许多油罐中,这样可减少气体空间的总体积。如将1000m3的汽油,储存于设计能力为1200m3的油罐内,蒸发表面积为89m2,每月蒸发损失为574kg;假设分别储存于设计能力为400m3的三个油罐内,蒸发表面积为135m2,每月损失872kg;蒸发损失为前一种情况的1.52倍。在温度发生变化时就可以降低小呼吸损耗。油罐的量油取样作业尽可能在清晨或傍晚进行。因为这时没有温度的急剧升降,且油罐内外的温度和压力比较接近,打开量油孔不会有严重的呼吸现象。上下游装置间采用直供料减少中间产品储量;产品采用在线调和出厂,减少调和倒罐次数;在保证生产安全前提下最大程度降低库存。4.2不同卧式油罐蒸发损失测定油罐外表涂料对罐内温度影响很大。据对同样大小容积的银灰色、绿色、天蓝色、黑色的4个50m3的卧式油罐同时测定罐内温度,结果分别为11℃、14.7℃、20.3℃、30℃;又同样在上述四种不同颜色的卧式油罐中装满汽油储存一年后,其蒸发损失分别为460kg、550kg、590kg、680kg。银灰色油罐蒸发损耗率为1.3%,而黑色油罐的蒸发损耗率为1.9%以上。4.3罐顶淋水降温阳光辐射的80%,是通过罐顶导入罐体,经测定,罐顶淋水降温可降耗20%,但淋水不能时淋时停,否则罐内温度会忽高忽低,小呼吸次数增加,非但不能降耗,反而会加大损耗。同时应注意淋水造成设备腐蚀。4.4拱顶罐式小容积罐目前,广泛采用的是具有加强结构的立式圆柱形拱顶罐,其承压能力,大容积罐可提高到10kPa到20kPa,小容积罐可提高到30kPa到40kPa。4.5罐顶内部气体分离在呼吸阀下端安装挡板,使油罐内部空间蒸气分层。当油罐吸入新鲜空气通过挡板时,该气体被分散在罐顶部四周;呼出油蒸气时,首先将上层浓度较小的油蒸气从呼吸阀呼出,从而减少蒸发损失。有资料表明,安装呼吸阀挡板的油罐,可减少油品蒸发损耗20%～30%。4.6氮气压力及油罐之间的关系将氮气充填在固定顶油罐的油气空间,这时因氮气的密度小于油气而浮在油气之上,从而形成氮封,阻止油气泄漏,可以减少油品蒸发损耗98%左右,并且能够防止油罐内气体爆炸,而对储存油品的性质没有任何影响。氮封用的氮气通过管道输入固定顶油罐的油气空间,氮气压力应根据油罐的耐压程度而定,尽量降低压力。当氮气压力达到设定值时,自动停止供给。为了保证油罐内压力平衡和保证油罐安全,油罐顶部安装呼吸阀。呼吸阀负压时吸入空气,正压时排出气体。排出的气体可直接排入大气或与氮气回收系统连接进行回收。氮封系统可单罐运行也可同时控制几个罐,这样更加经济合理