儲(chǔ)罐VOCs計(jì)算及減排措施探討

張志鵬

摘要：儲(chǔ)運(yùn)罐區(qū)各類儲(chǔ)罐VOCs的排放量在整個(gè)石化行業(yè)VOCs排放量中占據(jù)較大的比例，在環(huán)保形勢(shì)日益嚴(yán)峻的情況下，儲(chǔ)罐的VOCs治理迫在眉睫。本文以常見(jiàn)的汽油內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐為例，采用公式法計(jì)算儲(chǔ)罐全年VOCs的排放量，結(jié)合排放量中的邊緣密封損失、掛壁損失、浮盤(pán)附件損失、浮盤(pán)縫隙損失共計(jì)四種損失，對(duì)影響排放量的因素進(jìn)行了分析，提出了減少儲(chǔ)罐VOCs排放的建議措施，以便在后期的治理過(guò)程中采取針對(duì)性措施。

關(guān)鍵詞：內(nèi)浮頂;儲(chǔ)罐;VOCs;減排

0.引言

隨著煉油原油加工量的不斷增加，儲(chǔ)運(yùn)罐區(qū)作為企業(yè)物料輸轉(zhuǎn)的重要環(huán)節(jié)，每年的物料周轉(zhuǎn)量也明顯增加，再加上設(shè)備老化等原因，由此帶來(lái)的儲(chǔ)罐VOCs的排放量也逐年升高，既增加了物料的儲(chǔ)運(yùn)損失，也造成了一定的環(huán)境污染。隨著環(huán)保形勢(shì)的日益嚴(yán)峻，環(huán)保排放指標(biāo)的日益嚴(yán)格，儲(chǔ)罐VOCs的減排也勢(shì)在必行。

VOCs（Volatile Organic Compounds），是指參與大氣光化學(xué)反應(yīng)的有機(jī)化合物，或者根據(jù)規(guī)定的方法測(cè)量或核算確定的有機(jī)化合物。石化行業(yè)的VOCs排放源分為：設(shè)備動(dòng)靜密封點(diǎn)泄漏;有機(jī)液體儲(chǔ)存與調(diào)和揮發(fā)損失;有機(jī)液體裝卸揮發(fā)損失;廢水集輸、儲(chǔ)存、處理處置過(guò)程逸散;燃燒煙氣排放;工藝有組織排放;工藝無(wú)組織排放等12類源項(xiàng)，其中，有機(jī)液體儲(chǔ)存與調(diào)和揮發(fā)損失在12類源中占有較大的比重。

1.計(jì)算儲(chǔ)罐總損失

本計(jì)算以汽油內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐為例，采用公式法，計(jì)算全年的VOCs排放量。儲(chǔ)罐公稱容積為10000m，直徑為30m，浮盤(pán)結(jié)構(gòu)為浮筒式鋁浮盤(pán)。儲(chǔ)存介質(zhì)為92#車用乙醇汽油調(diào)合組分油。

浮頂罐總損失，計(jì)算公式如下：

（公式1）

式中：

E―浮頂罐總損失，磅/年;

E―邊緣密封損失，磅/年;

E―掛壁損失，磅/年;

E―浮盤(pán)附件損失，磅/年;

E―浮盤(pán)縫隙損失（只限螺栓連接式的浮盤(pán)或浮頂），磅/年。

1.1計(jì)算邊緣密封損失E

內(nèi)浮頂罐邊緣密封損失計(jì)算公式如下：

（公式2）

式中：

E―邊緣密封損失，磅/年;

K―零風(fēng)速邊緣密封損失因子，磅-摩爾/英尺·年;

K―有風(fēng)時(shí)邊緣密封損失因子，磅-摩爾/（邁·英尺·年）;

v―罐點(diǎn)平均環(huán)境風(fēng)速，邁;儲(chǔ)罐為內(nèi)浮頂結(jié)構(gòu)，V取0;

n―密封相關(guān)風(fēng)速指數(shù)，無(wú)量綱量;

P―蒸氣壓函數(shù)，無(wú)量綱量;

D―罐體直徑，英尺;該罐直徑30米，98.424英尺;

M―氣相分子質(zhì)量，磅/磅-摩爾;68（g/g-mol）

K―產(chǎn)品因子，原油0.4，其它揮發(fā)性有機(jī)液體1。

1.1.1計(jì)算蒸氣壓函數(shù) P

（公式3）

式中：

P―日平均液體表面蒸氣壓，磅/平方英寸（絕壓）;

P―大氣壓，磅/平方英寸（絕壓）;取101.31kPa，14.693psi;

對(duì)于石油液體儲(chǔ)料的日平均液體表面蒸氣壓，計(jì)算公式如下：

（公式4）

式中：

A―蒸氣壓公式中的常數(shù)，無(wú)量綱量;

B―蒸氣壓公式中的常數(shù)，蘭氏度;

T―日平均液體表面溫度，蘭氏度;取17.5℃，523.17°R;

P―日平均液體表面蒸氣壓，磅/平方英寸（絕壓）。

對(duì)于油品：

（公式5）

（公式6）

式中：

RVP―雷德蒸氣壓，磅/平方英寸;

S―10%蒸發(fā)量下ASTM蒸餾曲線斜率，°F /vol%。

（公式7）

該罐儲(chǔ)存介質(zhì)為92#車用乙醇汽油調(diào)合組分油，5%餾出溫度取46.1℃，15%餾出溫度取56.7℃，雷德蒸氣壓RVP取53.09kPa，7.7psi。

計(jì)算真實(shí)蒸氣壓：

計(jì)算蒸氣壓函數(shù)：

0.075909

1.1.2邊緣密封損失因子

零風(fēng)速邊緣密封損失因子K，有風(fēng)時(shí)邊緣密封損失因子K，各類密封形式對(duì)應(yīng)數(shù)值如下表所示：

儲(chǔ)罐為內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐，罐體采用焊接結(jié)構(gòu)，浮盤(pán)與罐壁之間設(shè)有一級(jí)舌形密封，根據(jù)上表數(shù)據(jù)，K取6.7，K取0.2，n取3.0

計(jì)算邊緣密封損失E：

=1.545t/y

1.2計(jì)算掛壁損失E

內(nèi)浮頂罐掛壁損失計(jì)算公式如下：

（公式8）

式中：

E―掛壁損失，磅/年;

Q―年周轉(zhuǎn)量，桶/年，根據(jù)全年物料統(tǒng)計(jì)，該罐全年周轉(zhuǎn)量為256830t/y，2150523.2桶/年;

W―有機(jī)液體密度，磅/加侖，汽油密度取0.75t/m，6.255lb/gal;

D―罐體直徑，英尺;

0.943―常數(shù)，1000立方英尺·加侖/桶;

N―固定頂支撐柱數(shù)量（對(duì)于自支撐固定浮頂或外浮頂罐：N=0），無(wú)量綱量;該罐采用自支撐固定頂結(jié)構(gòu)，因此取0

F―有效柱直徑，取值1。

C―罐體油垢因子，見(jiàn)表2;

汽油罐雖然每6年全面檢驗(yàn)一次，但從歷次檢驗(yàn)情況來(lái)看，罐壁腐蝕情況并不嚴(yán)重，在此按照中銹取值，取0.0075

計(jì)算掛壁損失E：

1.3計(jì)算浮盤(pán)附件損失E

（公式9）

式中：

E―浮盤(pán)附件損失，磅/年;

F―總浮盤(pán)附件損失因子，磅-摩爾/年;

P―蒸氣壓函數(shù)，無(wú)量綱量;

M―氣相分子質(zhì)量，磅/磅-摩爾;68（g/g-mol）

K―產(chǎn)品因子，原油0.4，其它揮發(fā)性有機(jī)液體1。

（公式10）

式中：

N―某類浮盤(pán)附件數(shù)，無(wú)量綱量;

K―某類附件損失因子，磅-摩爾/年;

n―某類的附件總數(shù)，無(wú)量綱量;

對(duì)于浮盤(pán)附件，K可由公式計(jì)算：

（公式11）

式中：

K―浮盤(pán)附件損失因子，磅-摩爾/年;

K―無(wú)風(fēng)情況下浮盤(pán)附件損失因子，磅-摩爾/年， 見(jiàn)表3;

K―有風(fēng)情況下浮盤(pán)附件損失因子，磅-摩爾/（邁·年），見(jiàn)表3;

m―某類浮盤(pán)損失因子，無(wú)量綱量，見(jiàn)表;

K―附件風(fēng)速修正因子，無(wú)量綱量（外浮頂罐，K=0.7;內(nèi)浮頂罐和穹頂外浮頂罐，K=0）;

v―平均氣壓平均風(fēng)速，邁。

根據(jù)上表所列內(nèi)容，結(jié)合本儲(chǔ)罐實(shí)際附件情況，附件明細(xì)及各附件損失因子如下表所示：

計(jì)算總浮盤(pán)附件損失因子F：

計(jì)算浮盤(pán)附件損失E：

1.4計(jì)算浮盤(pán)縫隙損失E

（公式12）

式中：

P―蒸氣壓函數(shù)，無(wú)量綱量;

D―罐體直徑，英尺;該罐直徑30米，98.424英尺;

M―氣相分子質(zhì)量，磅/磅-摩爾;68（g/g-mol）

K―產(chǎn)品因子，原油0.4，其它揮發(fā)性有機(jī)液體1。

K―盤(pán)縫損耗單位縫長(zhǎng)因子，0.14 磅-摩爾/（英尺·年）;

S―盤(pán)縫長(zhǎng)度因子，英尺/平方英尺，為浮盤(pán)縫隙長(zhǎng)度與浮盤(pán)面積的比值，無(wú)縫隙長(zhǎng)度時(shí)，可參考下表取值;

該罐浮盤(pán)采用浮筒結(jié)構(gòu)，上部采用鋁制蒙皮進(jìn)行覆蓋，根據(jù)計(jì)算并結(jié)合浮盤(pán)廠家提供的數(shù)據(jù)，各蒙皮之間縫隙長(zhǎng)度約1020米，浮盤(pán)直徑按30米計(jì)算。

計(jì)算浮盤(pán)縫隙損失E：

計(jì)算浮頂罐總損失E：

根據(jù)上述計(jì)算，該罐全年的VOCs揮發(fā)量為3.752t。其中，邊緣密封損失占41%，掛壁損失占12%，浮盤(pán)附件損失占10%，浮盤(pán)縫隙損失占37%。

2.影響因素分析及建議

2.1油罐儲(chǔ)存溫度

儲(chǔ)罐溫度對(duì)邊緣密封損失、浮盤(pán)附件損失、浮盤(pán)縫隙損失均有直接影響。物料的儲(chǔ)存溫度在滿足日常生產(chǎn)工藝指標(biāo)的情況下，盡可能保持較低的儲(chǔ)存溫度。對(duì)采用常溫儲(chǔ)存的輕質(zhì)油罐，罐外壁盡可能選用淺色。油罐表面的涂料顏色對(duì)降溫和損耗起著重要的作用，白色或銀色的涂料可以有效地反射太陽(yáng)的熱輻射，可使罐內(nèi)溫度較低，油罐小呼吸和油品蒸發(fā)量也就比較少。而灰色或深色的涂料，損耗量相對(duì)就比較大。車間在近幾年對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行全面檢驗(yàn)時(shí)，已將罐體顏色由之前的銀灰色逐步更換成白色。不同顏色罐體對(duì)太陽(yáng)的吸收率如下：

2.2油罐周轉(zhuǎn)量

周轉(zhuǎn)量是影響掛壁損失的重要因素，通過(guò)計(jì)算公式也表明，周轉(zhuǎn)量與儲(chǔ)罐掛壁損失呈線性關(guān)系，在油品運(yùn)輸中往往多一次輸轉(zhuǎn)就會(huì)多一次大呼吸損耗，因此，在滿足正常生產(chǎn)的前提下，盡可能降低儲(chǔ)罐的周轉(zhuǎn)量。油罐區(qū)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)油罐的計(jì)劃管理，合理使用油罐，盡量減少中間環(huán)節(jié)，盡量避免不必要的倒換油罐，物料具備直供條件的盡可能直供，具備活罐運(yùn)行的盡可能安排活罐運(yùn)行，盡量保持儲(chǔ)罐液位的平穩(wěn)，減少儲(chǔ)罐物料大進(jìn)大出。

2.3邊緣密封

目前車間在用的內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐均只有一級(jí)“舌形”密封，屬于氣體鑲嵌式結(jié)構(gòu)，密封與液面之間存在較大的氣相空間，密封效果較差，密封損失大。建議對(duì)儲(chǔ)罐密封進(jìn)行升級(jí)改造，在內(nèi)浮頂罐的浮盤(pán)與罐壁之間采用液體鑲嵌式、機(jī)械式鞋形、雙封式等高效密封方式，通過(guò)改變密封形式，可大大降低邊緣密封損失。以更換為液體鑲嵌式+邊緣刮板二級(jí)密封為例，邊緣密封損失將比目前的“舌形”密封減少95%。

2.4浮盤(pán)結(jié)構(gòu)及附件

內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐大多采用浮筒式鋁浮盤(pán)或箱式浮盤(pán)，浮盤(pán)的縫隙長(zhǎng)度較大，由此產(chǎn)生了浮盤(pán)縫隙損失。浮盤(pán)附件大多含有采樣口、計(jì)量井、導(dǎo)向柱、樓梯井、浮盤(pán)支柱等結(jié)構(gòu)，密封效果并不理想。建議采用鋼制浮盤(pán)，徹底消除盤(pán)縫損失，以本文計(jì)算為例，浮頂總損失將減少37%。浮盤(pán)附件方面，應(yīng)采用含有密封件的各種附件，并確保密封良好，在工作狀態(tài)各附件應(yīng)密閉。

浮盤(pán)的縫隙損失、附件損失、邊緣密封損失、掛壁損失，此四項(xiàng)損失歸根結(jié)底均是由于油罐及其附屬設(shè)備的孔隙處的跑氣和滲漏以及設(shè)備狀態(tài)不完好造成的。在日常工作中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)儲(chǔ)罐及其附屬設(shè)施的檢查，應(yīng)該注意油罐設(shè)備的密封程度及銹蝕和損壞，經(jīng)常維護(hù)保養(yǎng)，保持其技術(shù)狀態(tài)完好。經(jīng)常需要檢查的地方包括計(jì)量口、呼吸閥、泡沫室、與罐內(nèi)相通的自動(dòng)化裝置及其他附件等。有清罐機(jī)會(huì)時(shí)，還應(yīng)檢查底板的情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)損壞和滲漏。呼吸閥按時(shí)檢查保養(yǎng)，保持正負(fù)壓適度，密封良好，閥盤(pán)靈活有效。

3.結(jié)論

本文以內(nèi)浮頂汽油罐為例，對(duì)儲(chǔ)罐的VOCs排放量進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)合儲(chǔ)罐的掛壁損失、浮盤(pán)附件損失、邊緣密封損失、浮盤(pán)縫隙損失四項(xiàng)損失，對(duì)影響排放量的因素進(jìn)行了分析，儲(chǔ)罐VOCs的排放量除了受儲(chǔ)存溫度、周轉(zhuǎn)量等生產(chǎn)因素的影響外，很大程度上與儲(chǔ)罐的設(shè)備狀態(tài)有關(guān)。通過(guò)控制周轉(zhuǎn)量來(lái)降低掛壁損失，通過(guò)將現(xiàn)有儲(chǔ)罐進(jìn)行升級(jí)改造，將鋁浮盤(pán)改為鋼制浮盤(pán)以消除盤(pán)縫損失，將一級(jí)舌形密封改為液體鑲嵌式+邊緣刮板兩級(jí)密封以降低邊緣密封損失，完善浮盤(pán)附件以降低浮盤(pán)附件損失。通過(guò)控制儲(chǔ)罐運(yùn)行參數(shù)，保持設(shè)備狀態(tài)完好，合理安排儲(chǔ)運(yùn)作業(yè)等措施，可以在很大程度上實(shí)現(xiàn)內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐VOCs的減排。

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