浮頂罐大呼吸損耗公式的探討

謝躍群，羅金蓮

（1.化集團(tuán)公司長嶺分公司儲(chǔ)運(yùn)作業(yè)部，湖南岳陽 414012；2.嶺煉化岳陽工程設(shè)計(jì)有限公司，湖南岳陽 414007）

浮頂罐大呼吸損耗公式的探討

謝躍群1，羅金蓮2

（1.化集團(tuán)公司長嶺分公司儲(chǔ)運(yùn)作業(yè)部，湖南岳陽 414012；2.嶺煉化岳陽工程設(shè)計(jì)有限公司，湖南岳陽 414007）

分析《石油庫節(jié)能設(shè)計(jì)導(dǎo)則》推薦的儲(chǔ)罐大呼吸損耗公式，只包含粘附損耗，忽略了密封損耗。指出《石油庫節(jié)能設(shè)計(jì)導(dǎo)則》粘附系數(shù)表中數(shù)據(jù)順序應(yīng)進(jìn)行調(diào)整、提出大呼吸損耗公式應(yīng)從油品的揮發(fā)性能和儲(chǔ)罐的密閉性能兩方面進(jìn)行考察、建議適時(shí)對(duì)《石油庫節(jié)能設(shè)計(jì)導(dǎo)則》進(jìn)行修訂。

儲(chǔ)罐；VOC；環(huán)評(píng)；大呼吸；粘附系數(shù)

0 前 言

在儲(chǔ)罐大小呼吸VOC排放量評(píng)價(jià)方法中，《石油庫節(jié)能設(shè)計(jì)導(dǎo)則（SH／T3002－2000）》附錄A中（以下簡稱《導(dǎo)則》），分別為拱頂罐、浮頂罐和內(nèi)浮頂罐的大小呼吸損耗的計(jì)算提供了6個(gè)公式，適用于拱頂罐、浮頂罐和內(nèi)浮頂罐儲(chǔ)存的原油、汽油及其他輕質(zhì)油品大小呼吸蒸發(fā)損耗量的估算。在我國，特別是石化行業(yè)得到廣泛應(yīng)用；其計(jì)算結(jié)果作為環(huán)評(píng)或VOC治理的重要依據(jù)。

儲(chǔ)罐大呼吸是儲(chǔ)罐蒸發(fā)損耗的主要形式。大呼吸損耗是指儲(chǔ)罐在收發(fā)油品過程中向外界排出的油品蒸汽。根據(jù)《導(dǎo)則》公式計(jì)算出來的大呼吸損耗與生產(chǎn)實(shí)踐中統(tǒng)計(jì)的損耗量之間存在較大差異，因此，筆者對(duì)《導(dǎo)則》浮頂罐大呼吸損耗計(jì)算公式進(jìn)行了推導(dǎo)，并提出了本人對(duì)此的理解與構(gòu)想。

1 浮頂罐大呼吸損耗公式的分析及推導(dǎo)

1.1 浮頂罐大呼吸損耗公式的分析

《導(dǎo)則》浮頂罐大呼吸損耗公式為［1］

式中：LW是損耗量，單位kg／a；Q是油罐周轉(zhuǎn)量，單位103m3／a；C是罐壁粘附系數(shù)，單位m3／1000m2；PY為油品密度，單位kg／m3；D為儲(chǔ)罐直徑，單位m。

浮頂罐和內(nèi)浮頂罐計(jì)算公式一致，后者只是在前者的基礎(chǔ)上增加一個(gè)修正系數(shù)，當(dāng)支撐罐頂柱為0時(shí)，兩者完全一樣。下面僅以浮頂罐為例展開討論。

1.2 浮頂罐大呼吸損耗公式的推導(dǎo)

公式（1）中密度PY把體積轉(zhuǎn)換成重量，與呼吸量大小無關(guān)。C是罐壁粘附系數(shù)，代表單位面積上粘附的油品量；余下的4Q／D變換一下表達(dá)形式即可得出為液體粘附罐壁的面積。設(shè)：D為儲(chǔ)罐的直徑，則：儲(chǔ)罐底面積＝πD2／4：

裝入體積為Q的液體后，液位高＝Q／（πD2／4）＝4Q／（πD2）

所以：液體粘附罐壁的面積＝π×D×（4Q／（πD2））＝4Q／D。

至此，公式可以變換為：LW＝（4Q／D）×C× PY＝液體粘附罐壁的面積×粘附系數(shù)×密度；

液體粘附罐壁的面積×粘附系數(shù)，表示粘附在罐壁上的油品量；這部分油品會(huì)在儲(chǔ)罐放空后蒸發(fā)，在儲(chǔ)罐再次進(jìn)油時(shí)全部排入大氣。

如果把粘附在罐壁上損耗的油品量稱為粘附損耗，由上述推導(dǎo)結(jié)果可以看出：《導(dǎo)則》浮頂罐大呼吸損耗公式實(shí)際上是儲(chǔ)罐粘附損耗的計(jì)算公式，把粘附損耗當(dāng)成了大呼吸損耗的全部，筆者認(rèn)為《導(dǎo)則》是在認(rèn)可儲(chǔ)罐封性能完好、不會(huì)造成密封損耗的前提下才能成立。

1.3 大小呼吸公式可互為印證

《導(dǎo)則》同時(shí)推薦了浮頂罐小呼吸損耗公式：

式中：Ls為浮頂罐年小呼吸損耗量（kg／a）；K4、K5為單位換算系數(shù)；Kc為油品系數(shù)；Fr為密封損耗系數(shù)；D為儲(chǔ)罐直徑（m）；Ff為浮盤附件總損耗系數(shù)；P*為蒸汽壓函數(shù)；Mv為油氣摩爾質(zhì)量（kg／kmol）；其中蒸汽壓函數(shù)為油品蒸汽壓和當(dāng)?shù)卮髿鈮簝蓚€(gè)變量決定。

在小呼吸公式中，參數(shù)油品性質(zhì)（Kc）、油品蒸汽壓和當(dāng)?shù)卮髿鈮海≒）考察的是油品的揮發(fā)性能；密封損耗系數(shù)（Fr）和浮盤附件總損耗系數(shù)（Ff）考察的是儲(chǔ)罐的密閉性能；

小呼吸損耗公式分別從油品的揮發(fā)性能和儲(chǔ)罐的密封性能兩方面對(duì)密封損耗進(jìn)行了考察，油品性質(zhì)、油品蒸汽壓、當(dāng)?shù)卮髿鈮骸⒏”P密封裝置和浮盤附件的密封水平等影響因素都包含在公式里，說明這些因素對(duì)損耗的影響是明顯的。如果說油品靜止小呼吸時(shí)上述因素的影響是重要的，那么油品攪動(dòng)時(shí)這些因素的影響將會(huì)更加明顯，造成的損耗也會(huì)更大。因此，在研究大呼吸損耗時(shí)，忽略這些因素或者假定它們的影響不存在都會(huì)影響公式的準(zhǔn)確性。

1.4 密封損耗是大呼吸的重要部分

粘附損耗只是大呼吸損耗的一部分，大呼吸損耗還應(yīng)包括密封損耗。

浮頂罐在油品液面覆蓋浮盤，浮盤隨液位升降而上下移動(dòng)；油品受浮盤壓力，氣化過程受到抑制而減少揮發(fā)。但是，有些浮盤底部（如鋁浮盤）存在油氣空間，浮盤的密封裝置和儲(chǔ)罐附件不可能是完全密閉的；儲(chǔ)罐進(jìn)油時(shí)，油品處于運(yùn)動(dòng)之中，分子運(yùn)動(dòng)加速，導(dǎo)致氣化速度加快，部分油品蒸汽從縫隙中逃逸出來，這一部分損耗可稱之為密封損耗。密封損耗是大呼吸的重要組成部分。粘附損耗能夠代替大呼吸損耗的前提是密封損耗為零。但是，實(shí)際上這個(gè)前提是不存在的。

在生產(chǎn)過程中，也能確認(rèn)密封損耗的存在；新罐投用前，粘附損耗還不存在，但只要進(jìn)油，就能明顯感到油氣味道。無論如何改進(jìn)密封技術(shù)，油氣的泄漏總是存在的，在現(xiàn)有工藝條件下，密封損耗是不可忽視的。

美國國家環(huán)保署（EPA）推薦的大呼吸計(jì)算公式：LT1＝LW＋LR＋LF＋LD＋LX中，大呼吸損耗細(xì)分為五個(gè)部分，分別是LW工作損耗量；LR板層邊緣密封損耗量；LF板層附屬配件損耗量；LD板層接縫損耗量；LX倒灌損耗量［2］。公式中包括了密封損耗，還把密封損耗細(xì)分為板層邊緣密封損耗、板層附屬配件損耗、板層接縫損耗三個(gè)部分，分別指向浮盤密封裝置、油罐附件和浮盤結(jié)構(gòu)三方面形成的損耗。儲(chǔ)罐的密封性能取決于儲(chǔ)罐浮盤的類型、浮盤的密封裝置和儲(chǔ)罐附件的密閉水平。

密封性能的缺陷只是為損耗提供了外在條件，損耗的發(fā)生還取決于油品揮發(fā)性能這個(gè)內(nèi)因。不易揮發(fā)的油品是不需要密封的。油品的性質(zhì)、溫度、蒸汽壓、當(dāng)?shù)氐拇髿鈮旱纫蛩貨Q定油品的揮發(fā)性。密封損耗的大小是油品的揮發(fā)性能和儲(chǔ)罐的密封性能共同決定的。密封損耗應(yīng)該在公式中得到體現(xiàn)。

2 罐壁粘附系數(shù)

2.1 關(guān)鍵因素

石油庫節(jié)能設(shè)計(jì)導(dǎo)則（SH／T3002－2000）》附錄A中，與大呼吸公式配套，提供了一個(gè)罐壁粘附系數(shù)表，見表1；大呼吸公式中，面積由周轉(zhuǎn)量和直徑確定以后，粘附系數(shù)就成為決定大呼吸大小的關(guān)鍵因素。從低到高，汽油粘附系數(shù)由0.00257到0.256 7相差100倍。引用不同的粘附系數(shù)計(jì)算出的粘附損耗相差很大。

表1 罐壁粘附系數(shù)表

2.2 系數(shù)與現(xiàn)實(shí)的矛盾

從表1可以看出，粘附系數(shù)從低到高分別是輕銹、重銹和噴涂內(nèi)襯；噴涂內(nèi)襯的粘附系數(shù)是輕銹的100倍。在企業(yè)，浮頂罐大都噴涂內(nèi)襯，內(nèi)浮頂罐幾乎全部噴涂內(nèi)襯。如果系數(shù)表正確，企業(yè)花費(fèi)大量的資金、時(shí)間，為儲(chǔ)罐內(nèi)壁噴涂內(nèi)襯，竟然會(huì)使大呼吸損耗增加100倍。企業(yè)行為與《導(dǎo)則》系數(shù)表之間發(fā)生了矛盾，使企業(yè)在選擇油品儲(chǔ)罐內(nèi)表面處理方式時(shí)感到困惑。

2.3 系數(shù)表勘誤

粘附系數(shù)反映了罐壁的粗糙度造成的油品與罐壁之間的附著力；粗糙度大的粘附系數(shù)大。噴涂內(nèi)襯的目的，一為防腐；二為降低粗糙度，減少粘附損耗。同一儲(chǔ)罐，內(nèi)壁處理前后粗糙度差別巨大［3］；根據(jù)濾波后的濾波曲線，處理后表面局部凸起高度是處理前的50%；最大波峰數(shù)及波峰數(shù)大幅度減少；處理后，罐內(nèi)壁粘油量降低90%。

有文獻(xiàn)指出了系數(shù)表的錯(cuò)誤［4］，《導(dǎo)則》關(guān)于內(nèi)浮頂罐罐壁粘附系數(shù)的選取與美國石油學(xué)會(huì)（API）的測定值存在較大差異。根據(jù)API測定數(shù)據(jù)，原油儲(chǔ)存時(shí)，重銹時(shí)C＝1.0268，輕銹時(shí)C＝0.05134，噴涂內(nèi)襯時(shí)C＝0.01027。罐壁粗糙度由輕到重的順序理應(yīng)是噴涂內(nèi)襯、輕銹、重銹，這樣調(diào)整后即與API測定數(shù)據(jù)一致，由此推測可能是印刷錯(cuò)誤。經(jīng)勘誤后，導(dǎo)則表A.0.2應(yīng)改為如表2所示。

表2 勘誤后的罐壁粘附系數(shù)表

勘誤以后，企業(yè)行為與壁粘附系數(shù)表的矛盾不復(fù)存在。

3 結(jié)束語

大呼吸損耗是儲(chǔ)罐區(qū)VOC排放的重要組成部分。依據(jù)現(xiàn)行《導(dǎo)則》大呼吸損耗公式計(jì)算的損耗與生產(chǎn)實(shí)際情況存在較大差異，導(dǎo)致評(píng)估結(jié)果不全面、也不準(zhǔn)確，據(jù)此對(duì)煉化企業(yè)的儲(chǔ)罐區(qū)、油庫進(jìn)行的環(huán)評(píng)存在缺陷，不利于儲(chǔ)罐區(qū)VOC排放控制。

在國家和社會(huì)對(duì)VOC污染越來越重視的今天，迫切需要一個(gè)能全面準(zhǔn)確衡量儲(chǔ)罐大呼吸排放水平的評(píng)估方法。影響密封損耗的因素及其相互關(guān)系是復(fù)雜的，需要相關(guān)專家加以重視，開展專項(xiàng)研究。筆者建議中石化組織標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)有關(guān)專家對(duì)石化生產(chǎn)企業(yè)、油品儲(chǔ)運(yùn)企業(yè)進(jìn)行走訪并展開專題研究，結(jié)合美國國家環(huán)保署（EPA）推薦的大呼吸損耗公式和《導(dǎo)則》推薦的小呼吸損耗公式，把密封損耗的影響因素考慮進(jìn)去，適時(shí)對(duì)現(xiàn)行《導(dǎo)則》進(jìn)行修訂、形成全面反映大呼吸損耗的新公式，使行業(yè)相關(guān)技術(shù)人員能更好的用法律法規(guī)指導(dǎo)生產(chǎn)和管理，解除企業(yè)技術(shù)人員心中的困惑。

［1］SH／T3002－2000，石油庫節(jié)能設(shè)計(jì)導(dǎo)則.

［2］張鵬，趙東風(fēng)，牛麥針.石化企業(yè)無組織排放源強(qiáng)核算方法綜述［J］.四川環(huán)境，2012，31（6）.

［3］楊占品，鮑善彩，范傳寶，等.大型鋼質(zhì)原油浮頂罐內(nèi)壁處理技術(shù)［J］，油氣儲(chǔ)運(yùn)，2009，28（4）54～56.

［4］莫志安王蕊.導(dǎo)則勘誤及內(nèi)浮頂罐輕質(zhì)油揮發(fā)損耗計(jì)算［J］.廣東化工，2013，40（10）：47－48.

Discussion on formula of the big breath evaporation loss of floating roof tank

Xie Yue-qun1,Luo Jin-lian2
（1.Changling branch of China Petrochemical Corporation，Yueyang Huan 414012 China；2.Changling Petro-chemical Engineering Design Co.，ltd，Yueyang Huan 414007 China）

This study analyzes that the formula of the big breath evaporation loss of floating roof tank，recommended by“Design guideline for energy conservation of petroleum depots”，only contains the adhesion loss but ignores the seal losses.It is pointed out that the data order in sticking coefficient table in“Design guideline for energy conservation of petroleum depots”should be adjusted，and breathing loss formula should contain both volatile properties of oil in the tank and airtight properties of the tank.It is recommended that“Design guideline for energy conservation of petroleum depots”should be revised timely.

Floating roof tank Volatile organic compounds Environmental assessment Big breath Sticking coefficient

TE821

A

1003-6490（2015）04-0053-03

2015－07－18

謝躍群（1962－），男，湖南省雙峰縣人，1985年畢業(yè)于蘭州大學(xué)經(jīng)濟(jì)系，工程師，從事安全與環(huán)保管理，郵箱：xieyueq.clsh＠sinopec.com