原油碼頭儲運過程大氣環境影響及主要防治措施

董世培，周堉林，唐 偉

（1.交通運輸部天津水運工程科學研究所 水路交通環境保護技術實驗室，天津300456；2.中海油能源發展監督監理技術公司，天津300456）

1 引言

隨著經濟的高速發展，我國原油需求量越來越大，2011年全國進口原油2.5億t。原油是多種烴類（烷烴、環烷烴、芳香烴）和非烴類化合物（含S、O、N的化合物）的復雜化合物，其裝卸儲運過程中產生有揮發性有機物主要以非甲烷總烴的形式存在[1]。根據美國環保署在Emissions Factors ＆AP 42中指出，碼頭原油每次裝卸約有0.015%的揮發損失，照此計算，一次原油裝卸約有3.75萬t的原油揮發損失，以非甲烷總烴的形式揮發到大氣中。碼頭原油存在著裝卸作業集中，油品儲運時間短，年作業時間較長的特點，因此，原油碼頭作業油氣損耗對周圍環境的影響較大。

2 儲運損耗原因分析

原油進口絕大部分通過海上運輸，港口碼頭裝卸過程中，由于溫度、風速、盛裝油品容器的氣液相體積變化等因素，部分油氣揮發進入大氣，造成油氣的損耗。

原油的顯著特點是凝點高、含蠟量高，原油儲運和運輸溫度需維持在其凝點以上5～10℃，其儲存溫度一般不應低于40℃，較高的儲存溫度導致了原油的飽和蒸汽壓較大，因而裝卸作業的揮發損失比較大。

一般而言，碼頭風速較陸地風速要大，較高的風速導致了碼頭裝卸排放源較近位置局部的非甲烷總烴濃度容易快速下降。

碼頭裝船時，隨著原油液面的升高，油罐中有相應體積的氣體排入大氣中，這部分氣體中含有較高濃度的非甲烷總烴，也是原油裝卸損耗的一個重要原因。

3 裝卸損耗大氣環境影響

以天津實華碼頭為例，該碼頭的裝船效率為1000m3/h，根據美國環保署在EmissionsFactors＆AP42中的第5章中，原油裝載時損耗采用下式估算：

CG＝載入損失量，單位：鎊每載入1000加侖液體（lb/103gal）；P＝液體裝載時真實的蒸汽壓力，單位：磅每平方英寸（psia），原油為8.443psia（323.15k）；

M＝蒸汽分子量，50；T＝裝載的散裝液體溫度，°R（°F＋460）蘭氏溫度（華氏溫度＋460），為581.67°R。

G＝蒸汽增長因子＝1.02（無量綱）。計算結果為

采用項目所在地2009年的逐時氣象條件，選用AERMOD模型對原油裝船損失的大氣環境影響進行預測，結果繪于圖1中。從圖上可以看出，碼頭作業時，小時濃度＞1mg/m3的面積為55.1萬m2，小時濃度介于0.5～1.0mg/m3的面積為424萬 m2，可見，影響范圍極廣。由于我國尚無非甲烷總烴的環境空氣質量標準，根據《大氣污染物綜合排放標準詳解》，采用2mg/m3作為短期平均值[2]。因此，天津實華碼頭裝船作業時，排放源周邊有55.1萬m2面積非甲烷總烴的占標率＞50%。非甲烷總烴作為光化學煙霧的前體物，對環境和人類健康產生著極大的危害[3]。因此，必須采取措施，減少碼頭裝船過程非甲烷總烴的產生以及排放。

4 措施和建議

4.1 儲罐結構改進

為了減少原油儲運損耗，儲罐原型應為浮頂罐。有研究表明，相對于固定頂罐，浮頂減少蒸發損失為85%～96%[4]。此外，油罐密封圈由于日曬、雨淋等，密封容易損壞，因此，儲罐制作過程中該采用二次密封并定期維護，同時，油罐應設置高強度的擋雨板，盡量減少對密封圈的損耗。

4.2 油品裝卸方式改進

目前，傳統的裝油方式正在逐漸被下裝油方式取代。下裝油系統在罐體底部設置裝卸油系統，在罐體頂部設置油氣回收系統，能夠真正的實現密閉裝車。同時也減少了傳統裝油方式從罐上部入孔蓋裝油時油品飛濺等的損耗。

圖1 碼頭裝船大氣環境影響范圍

4.3 對蒸發油氣的回收利用

油氣回收按其工作原理分5種基本形式：直接燃燒法、冷凝法、吸附法、膜分離法和吸收法。

（1）直接燃燒法只能用于控制儲運過程中油氣排放，并沒有對油氣進行回收，燃燒后的CO2會造成二次污染，該工藝術不宜采用。

（2）冷凝法油氣回收工藝一般采用多級連續冷卻降低揮發油氣的溫度，使之凝聚為液體后加以回收，主要作用是使進入回收裝置的油氣溫度從環境溫度降到4℃，該溫度高于沒油氣各種組分的冷凝溫度，可以將油氣冷凝，回收率可達99%。該方法在技術上可行，回收的油品可以直接利用，但是油氣回收設備造價較高，能耗高，國內應用較少。

（3）吸附法分離技術在我國得到廣泛的應用和發展，吸附法油氣回收工藝過程包括吸附、脫附、干燥、冷卻，此過程至少需要2個吸附器，以便交替使用。吸附法油氣回收工藝的技術要點是對油氣具有高選擇性的吸附劑的選擇，一般以活性炭作為吸附劑對油進行回收，排放尾氣中的油氣濃度可達10g/m3[5]。該方法一次性投資費用低，但是操作復雜、裝置需要和頻繁切換、需要定期更換吸附劑。

（4）膜分離法油氣回收技術利用高分子膜的先把透過性對油氣組分優先選擇的特點，使油氣通過膜回收，空氣被選擇性的截留。該方法需結合其它技術才能實現油氣的回收。

（5）吸收法油氣回收技術是利用油氣中各組分在吸收劑中溶解度的不同，將易溶解的烴組分和難溶解的N2、O2分離開來[6]。該工藝流程為：混合油氣經集氣管進入吸收塔塔底，大部分油氣被從塔頂噴淋的吸收劑吸收，吸收了大量油氣的吸收劑進入解吸罐，真空解吸吸收劑中的油氣。但是對油氣具有較高溶解度且具有良好再生性的吸收劑的選取極為重要。

5 結語

港口較大的風速以及原油較高的儲存溫度是導致碼頭原油裝卸過程油氣損耗大的重要原因。以天津實華碼頭為例，采用AERMOD模型預測該原油碼頭裝船過程的大氣環境影響，預測結果可知，排放源周邊有55.1萬m2面積非甲烷總烴的濃度大于1mg/m3，對環境的影響極其巨大。因此，必須加強碼頭油氣的回收處置的建設對于空氣環境的保護十分必要。

[1]王榮偉，金玉花，景福林.石化項目排放的非甲烷總烴與總揮發性有機物的關系[J].石油化工設計，2011，28（4），60～61.

[2]國家環境保護局科技標準司.大氣污染物綜合排放標準詳解[M].北京：中國環境科學出版社，1996.

[3]張俊剛.北京及周邊地區大氣中非甲烷烴碳氫化合物（NMHC）的來源及反應活性研究[D].北京：中國科學院大氣物理研究所，2009.

[4]謝紅巖.吸收法油氣回收過程汽液平衡數據測定與工藝優化[D].天津：天津大學，2009.

[5]張 宏，孫 禾.活性炭吸附法油氣回收系統在石油庫中的應用[J].安全、健康和環境，2004（7）：14～15.

[6]刑巍巍.淺談油氣回收技術及其意義[J].中國環保產業，2005（6）：38～42.