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1、大型原油储罐蒸发损耗浅析大型原油储罐蒸发损耗浅析摘要：分析了油气蒸发损耗产生的原因、危害、与各种影响因素,针对牛口峪大型原油外浮顶式储罐形式,介绍了并使用新方法计算了油气损耗量,并对计算结果进展了分析。通过优化操作、采用压力储罐、应用氮封等措施可以有效降低油品蒸发损失。关键词：大型原油储罐、蒸发损耗、影响因素、计算、措施在原油储存过程中,由于工艺技术、设备和管理等方面的原因,原油中较轻的组分逸入大气,造成损失,此现象称为油气的蒸发损耗。油气蒸发损耗是缓慢而持续进展的,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
2、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 油气蒸发损耗的成因与影响因素。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与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 油品的温度变化油品储存温度升高时，一方面液态烃分子的平均平动动能增大，克制表层分
3、子引力进入气相的分子数增多，从而使气相中液体分子密度增加；另一方面，温度升高又使进入气相的液体蒸气分子平均平动动能增加，使得液体蒸汽分子更容易进入气相空间。因此，温度越高，油品饱和蒸汽压越高，所以蒸发损耗就越大。1. 2 油品的馏分组成。油品馏分组成愈轻，沸点愈低，饱和蒸汽压愈大，相应油品蒸发汽化的本领就越大，油品上方的油气浓度就越大，排出罐外的油气浓度也就越大，所以油品的蒸发损耗就越大。1. 3 油品的粘度大小。油品粘度反映的是分子之间的内摩擦力，粘度越大这种力也越大，分子之间的引力也越大，粘附力越强，油品粘附在罐壁上的厚度就最越厚，油品的蒸发损耗相应的就越大。1. 4 外界风速大小。外界环
4、境风速越大油罐周边密封圈空间产生的强制对流越强，密封圈在风速方向直径两端的最大压力和最小压力的差值越大，这样会使进入密封圈的空气越多，从而空气与油气混合的混合也越多，最后在风力的作用下将混合气体带到空气中，造成油品的蒸发损耗越大。1. 5 油罐上方空间的影响油罐中装油量越少,油气空间越大,相对蒸发损失越大。实验明确,在一样温度和密封条件下,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. 6 油罐严密程度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如此罐内,形成自然通风损耗
5、。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与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. 7 油罐大呼吸损耗大呼吸损耗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,
6、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,造成局部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,如此降耗率为25. 1% ,假如耐压提高到26kPa时,如此可根本上消除小呼吸损耗,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、风力与管理水平有关。1. 8 小呼吸损耗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
7、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耗,叫小呼吸损耗。小呼吸损耗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,小呼吸损耗愈大。(2)油罐所处地区日照强度。日照强度愈大,小呼吸损耗愈大。(3)储罐越大,截面积越大,小呼吸损耗越大。(4)大气压。大气压越低,小呼吸损耗越大。(5)油罐装满程度。油罐满装,气体空间容积小,小呼吸损耗小。2 油品蒸发损耗的危害2. 1 经济损失。近年来原油价格日益高涨，由于油品的蒸发损耗，带来的经济损失非常严重。据有关部门测评，由于油蒸气的蒸发损耗，全世界每年散失于大气中
8、的油气约为1108 吨，如果原油市场价格按照5000 元/ 吨计算，折合人民币5000 多亿元，经济损失相当严重。2. 2 污染环境。据调查，1m纯油蒸汽可对2000m大气造成直接污染。油蒸气中含有大量的烷烃、芳香烃和其他有害物质，这些物质对人体各个脏器均有很大伤害。另外，油蒸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。2. 3 油品质量下降。蒸发损耗是一种选择性很强的损耗形式，蒸发的都是油品中最轻组分油气蒸发还会严重影响成品油质量，甚至使合格油品变成不合格。2. 4 油气蒸发威胁安全。蒸发损耗会产生很大的安全隐患，油蒸气与空气混合，易形成爆炸混合物，这些混合物密度一般略大于空气，易
9、在低洼、不通风处积聚，当油气混合物中油蒸汽含量达到爆炸极限浓度时遇火源会引起着火、爆炸等事故，是重大安全隐患。3. 大型原油储罐蒸发损耗计算仅以外浮顶油罐为例。3. 1 外浮顶罐小呼吸损耗计算油罐静止时损耗。油品储存损耗与温度、压力、液体种类、自由外表和油气浓度有关，因为浮顶油罐能够消灭自由外表，所以浮顶油罐能够减少静止储存损耗小呼吸损耗。但由于浮顶油罐受外界环境中风的作用使油罐周边密封圈空间产生强制对流，因此，研究浮顶油罐静止储存损耗必须从分析风力的影响入手。当气流从浮顶罐顶部掠过时，由于绕流，在油罐内壁侧周边形成不均匀的压力分布。油罐迎风面上风罐壁内侧周边将成为地狱大气压的负压去，而油罐被
10、风面下风罐壁内侧将成为高于大气压的正压区。试验证明两点的压差与风速有关。即：通过一些假设，最终推导出公式：在2式中，考虑到推导过程中的假设条件的局限性，美国石油协会对其进展了修正和补充，并与1980 年利用下式计算外浮顶油罐静止储存损耗：3. 2 外浮顶罐大呼吸损耗计算发油损耗。浮顶油罐发油时，随着液面下降，一局部粘附在罐壁上的油品暴露在大气中，并很快气化，由此造成粘壁损耗。其计算如式4：3. 3 外浮顶罐回逆损耗。浮顶油罐在发油时，由于浮顶油罐浮顶立柱存在，当浮顶立柱落于罐底时，通风阀自动开启，使罐底与浮顶的空间与大气相通，在低液面与浮顶之间形成高度1.8 m 的空气夹层；如果再进油时，通风
11、阀自动开启，排出这局部气体，造成回逆损耗。其计算公式如公式5：3. 4 以xxxxxxxxx100000m油罐为例进展计算。Xxxxxxxxx100 000 m3 原油外浮顶油罐，直径83 m，采用带风雨挡的气托弹性填料一次密封，取牛口峪地区平均风速为3.8 m/s，年平均大气压为99.59 kPa，原油雷特蒸汽压PR=48 kPa，密度为890 kg/m3，储存温度为30 ，Py30=46.5 kPa，K，n，通气阀控制压力为1.96 kPa 和- 245.15 Pa，y=50 kg/kmol，计算年周转20 次时的损耗。1小呼吸损耗计算： 2大呼吸损耗计算：注：由于牛口峪原油储罐外壁采用重
12、锤式刮油板设计，可以有效降低大呼吸损耗，按照设计标准值45%计算，如此实际大呼吸损耗为223。3回逆损耗：4总损耗：L=27800+233+13111=411443. 5 结论。通过上面的分析与计算可知，浮顶油罐的损耗由静止储存损耗、粘壁损耗和回逆损耗三局部组成，但在计算浮顶油罐损耗时都忽略了回逆损耗，通过算例可知回逆损耗占总损耗的30%以上，忽略了回逆损耗是必在油库设计与管理中存在很大的漏洞，因此，在油库设计和日常的管理中应注意几方面问题。4 浮顶罐蒸发损耗的抑制措施。4. 1 降低油品储存温度。油品的饱和蒸汽压随着温度的升高而升高，降低储油的温度可以降低油品的饱和蒸汽压，从而可以减少储罐的
13、蒸发损耗量。所以为实现效益的最大化，可以利用现有的条件下，在环境温度较高的情况下尽可能去控制温度的升高。4. 2 原油储罐喷淋降温。夏天天气炎热，在白天不断地对灌顶与罐壁进展喷淋降温，流水带走顶板和壁板吸收的太阳辐射热，不仅能降低罐壁的温度，而且能降低油面温度与其昼夜温度的变化幅度。4. 3 选用浅色的防腐涂料。储罐的涂料不仅能起防腐作用，而且可以影响油罐对太阳辐射的吸收能力，降低罐内温度变化。涂料最好是浅色，这样的颜色可以反射光线。实验证明：白色涂料对降低油品损耗最有利；铝粉次之，灰色涂料再次之，黑色涂料效果最差。4. 4 合理控制油品粘度。油品粘度越大粘附在罐壁上的油品越多，而粘度是温度的
14、单值函数，且粘度随着温度的增大而减小，所以在夏天温度高的时候，没有必要再提高油温，再者提高油温会致使油品饱和蒸汽压增大。而在寒冷的冬季我们可以适当提高油温，一方面可以降粘，减少粘附损耗；另一个面，提高油温可以防止高凝点原油凝管、凝罐。4. 5 降低罐壁粘附系数。罐壁的粘附系数是由浮顶罐内壁的粗糙程度决定的,而粗糙程度与油罐的腐蚀程度密切相关。据研究,油罐腐蚀最严重的部位在油罐底部水相部位,其次是水、油的交界部位。罐壁绝大局部与油品接触,这局部腐蚀均匀且轻微。罐壁下部2 m 内外表是电化学腐蚀,是罐内腐蚀最严重的部位;罐壁上部2 m 内外表主要是由于大气和雨水造成的化学腐蚀。建造浮顶罐时,内壁进
15、展防腐施工的工艺一般为:对罐壁上部2 m 内外表, 采用具有优良耐候性、耐水性、抗老化性、耐盐雾、抗紫外线辐射等性能的涂料;对罐壁下部2 m 内外表,采用耐油、耐沉水、不导静电、具有良好抗阴极剥离能力的涂料;而对于油接触的其他绝大局部罐内壁, 由于原油中含有蜡质,会在其外表形成蜡膜保护层,所以不用涂刷防腐涂料。后期维护时,对腐蚀部位仅需做除锈处理,此工艺最为节能降耗,属于清洁生产工艺,也是最为有效的工艺。4. 6 收集和回收蒸汽。为防止油气散失于大气中，可将储存同类油品油罐的气体空间用管线接通，并与一集气罐相连，构成一个密闭的集气系统。采用集气系统，在每个油罐附近的气体连通管上都应安装防火器，
16、以防某个油罐发生火灾时危与所有被连通的油罐。4. 7 减少浮顶与罐壁之间的环形蒸发空间。由于浮顶制造与运行的需要,大多数储罐在浮顶与罐壁间仍然留有一个环形空间,成为浮顶储罐引发火灾和油气损耗的主要隐患和根源。为解决这个问题,一般在环形空间内采用弹性密封,即在一个密封的耐油封套内,填充弹性好、易变形的固体物质如泡沫塑料,或填充适当的液体和气体,最大限度地填充环形空间,同时还可降低此填充密封带在浮盘上的安装位置。也可将密封带采用浸液式安装,使密封带直接浸泡到油品之中,从根本上消除浮顶与液面之间的油气空间。综上分析明确,只要清楚引起油品蒸发损耗的影响因素,采取相应可行的措施,油品的蒸发损耗就能够得到有效抑制,取得良好的经济效益和社会效益,为油料工作的可持续开展做出应有的贡献。参考文献1 敬加强，梁光川，蒋宏业.液化天然气技术问答M.：化学工业，2006.2 顾安忠.液化天然气技术M.：机械工业，2004.3 吴成华,X虹,卿建华. 浮顶罐大呼吸非甲烷总烃排放计算公式参数取值J . 某某环境科技,2008 ,21 (4) :29232.4 郎需庆,宫宏,X全桢,等. 浮顶储油罐密封泄漏机理与泄漏控制J . 安全、健康和环境,2007 , (10) :17219.
