石油天然气储罐损耗分析

石油天然气储罐损耗分析

1大呼吸蒸发损耗的计算油、气的储存和运输过程中蒸发的损失会导致油和气的损失。对于固定顶油罐中油品的蒸发损耗形式主要有两种:一是静止储存损耗。油品在储罐中处于静止状态时,油品蒸汽充满储罐的汽相空间,因环境温度或油品温度的变化导致油品蒸汽热胀冷缩,造成油品蒸汽从储罐中溢出。这种损耗称为“小呼吸”损耗;二是油品收发时的损耗。储罐发油时,液面降低吸入空气导致油品蒸气压降低,促使油品挥发。而储罐在收油时,由于储罐液面上升,油品蒸汽被排除储罐。由此造成的油气损耗称为“大呼吸”损耗。储罐中油品蒸发损耗的计算公式较多,根据美国石油学会的推荐,对于常压储罐(呼吸阀定压为-490～1960Pa)的大呼吸蒸发损耗计算公式为:式中:F——常压储罐大呼吸损耗量(液体体),m3/a;P——散装温度下液体的真实蒸气压,Pa(绝压);KE——系数(汽油为1;原油为0.75)。式中:Ly——储罐的年蒸发损耗量(液体体积),m3/a;K——系数(汽油为24;原油为14);P——散装温度下液体的真实蒸气压,Pa(绝);D——储罐直径,m;H——储罐平均高度(包括储罐锥顶部分容积换算的高度),m;T——每日大气温度变化(每日最高温度与最低温度之差)的年平均值,℃;Fp——涂料系数(铝漆为1.39;白漆为1.02);如果用公式(2)计算一天内的小呼吸蒸发损耗时,可用该天的昼夜温差值代入公式(2),并将算出值除以365即可。由公式(1)、(2)可以看出,储罐中油品的大呼吸蒸发损耗量与油品本身的性质(饱和蒸气压)及年周转量有关;而对小呼吸蒸发损耗量的影响因素较多,主要有5个方面的影响因素:(1)油品的真实蒸气压。原油的真实蒸气压是导致原油损耗的内在因素,原油的蒸气压与原油的性质及温度有关。(2)储存温度。储存温度对蒸发损耗的影响主要体现在对蒸气压的影响。(3)环境温度的变化。白天环境温度的上升和太阳辐射的能量会导致罐内油气温度上升,油气体积膨胀,使得油气从储罐内排出引起损耗。夜晚环境温度下降导致罐内气相温度下降,体积收缩。大量的空气通过呼吸阀进入储罐,使原油蒸气压与气相空间的油气分压之差增大,进一步促进了油气的蒸发。(4)储罐的气相空间。储罐中的气相空间越大,每次呼吸排出的气体就越多,损耗就越大。(5)储罐的结构尺寸以及保温刷漆情况。在罐容相同时,储罐直径越大,气体空间和液体表面积越大,导致蒸发损耗越大。储罐如果保温较好,并且刷了反射能力好的涂料,就可以减少环境条件对罐内油品的影响。2罐内逸出气体流速塔里木地区由于其特殊的地理环境,昼夜温差远比东部地区大,小呼吸导致的油气损耗是固定顶储油罐蒸发损耗的主要原因。为了具体测试固定顶储罐的油气损耗情况,在塔里木油田油气处理站的一个储罐群进行了现场测试。该油气处理站共有4座5000m3原油储罐,其中3座为净化原油储罐,一座为事故原油储罐,4座大罐通过大罐抽气系统相连。测试方法是利用大罐抽气系统的管道将4座油罐全部连通,打开其中一个油罐上的量油孔,其他罐全部密闭,使4座罐的挥发气全部由一个量油孔中逸出,用风速计测量逸出气体的流速,同时记录环境温度、罐内原油温度、罐内气相温度。根据变化规律每隔2～4h记录一次数据,连续观测24h,并在不同的时间抽取了4个气样,以便准确反映逸出气体中烃组分含量。环境温度、罐内气相温度、量油孔气体流速的关系曲线见图1。由图1可以看出,大罐逸出气体流速在不同时间差别很大,主要可以分为以下几个阶段:从16∶00时～21∶00时,环境温度从33℃降低至17.5℃,导致罐内气相温度由41.5℃降低至30.5℃,罐内气相体积急剧收缩,量油孔气体流速从3.2m/s降低至-4.8m/s,即由从罐内逸出气体转而吸入空气。从21∶00～7∶00时,环境温度虽有小幅下降,但基本趋于平稳,罐内气相温度非常平稳。所以从21∶00～23∶30时是储罐逐渐减少吸入空气到重新开始逸出的阶段,从1∶00～8∶00时罐内逸出气体的流速保持在一个比较稳定的水平(约4.5m/s)。这也说明,在没有温度变化影响的情况下,罐内原油的挥发损耗也是比较大的(逸出气体的流量达到约300m3/h)。从8∶00时开始,环境温度迅速上升,逸出气体流速增大,至11∶00时达到最大值约9.9m/s,其后又开始逐渐下降。由于在一段时间内有大量空气吸入罐内,从罐中逸出的气体中也含有空气,并且空气含量处在变化之中。因此,分别在不同的时间取4个逸出气体样进行分析(见表1)。表1中还列出了C5+以上轻组分和C3+以上轻组分的含量(g/m3)。1#气样中空气含量达50.9%,这是由于在开始测试之前,大罐检尺量油,4个大罐顶部的量油孔全部打开,因此有大量的空气进入。在测试过程中,从18∶00～23∶30时之间也有大量的空气吸入罐内,因此2#样空气含量达52.5%,3#和4#气样的空气含量逐渐减少。为了准确计算一天内大罐挥发气量,以图1为基础,取每1h内的中间气速为平均气速,计算1h内逸出的气体流量为:式中:V——逸出气体实际状态流量,m3/h;d——量油孔直径,m;量油孔气体流速-逸出气体流量关系曲线见图2。由图2的曲线可以看出,油罐逸出气体流量变化很大,最低时需要补入300m3/h,而最多时逸出气流量达到630m3/h。从5月19日16∶00时至5月20日16∶00时,该站生产的原油全部进2#油罐,罐内液位从5525mm上升到7659mm,折合产油约900t。3#罐为原油外输罐,液位从3702mm降为2542mm,折合外输原油量约490t。两项相抵折合罐内原油体积增加约494m3。由于这个处理站的4座储罐是通过抽气系统连接在一起的,所以2#罐在液位上升过程中排出的气体首先补充进了3#罐,多余部分才是真正排出了罐外,即大呼吸损耗494m3。由此可见,在24h内从大罐挥发逸出的气体总体积为4575m3,由大呼吸造成的部分为494m3,只占总损耗量的10.8%。挥发损耗的C5+(即轻质油)达1.6t。3浮顶罐和大罐浮顶罐是有效控制挥发性油品蒸发损耗最广泛使用的储存方法,它的油品损耗形式只有小呼吸损耗。浮顶能够封盖住除小环周边缘空间之外的整个油品表面,从而可降低蒸发损耗约98%,改善了操作的安全性,但又不影响浮顶的机械操作。在浮顶正常浮动情况下,浮顶下面没有气相空间。迄今,全世界仍把浮顶罐作为挥发性油品储存的“标准”方法,其原因是浮顶罐安全、效果好、经济。塔里木地区由于特殊的环境条件,昼夜温差变化极大,油品储罐的小呼吸损耗是油品损耗的主要原因。为了减少油品蒸发损耗,塔里木地区的油品储罐应优先选用浮顶罐。对于集输站场内不能使用浮顶罐的情况,应设置可靠的大罐抽气系统回收挥发气,大罐抽气系统一定要设置可靠的补气装置,确保储罐安全。储罐壁要设置保温层,罐顶可涂刷防辐射隔热