油田儲罐無組織排放定量估算方法的選擇

1蒸發損耗量t原油長距離輸送過程中，由于技術、設備和管理的原因，大部分原油組分泄漏，導致損失。這就是油氣機蒸發的現象。油氣蒸發損耗是緩慢而持續進行的,而且這種損耗形式表現得非常隱蔽。加之管理部門對油氣的損耗沒有明確要求和指標,損耗量的大小常常被計量誤差掩蓋,因而未引起有關主管人員的重視。調查資料表明,油氣蒸發損耗的累計數量十分驚人。據1995年國際石油會議公布的數量,全世界每年損耗油量1.13億t(2001年全世界的產油量約37.8億t),在美國油品蒸發損耗量約占原油產量的3.00%;1975年前蘇聯石油化學工業部所屬企業的調查表明,油品蒸發損耗量約占原油產量的2.47%,其中70.00%發生于原油罐、調合罐和成品油罐的蒸發損耗。日本的石油蒸發損耗占年產量的3.00%—5.00%。袁小斌研究表明,油品儲運過程損耗率為0.4‰—0.8‰。按照美國石油學會(API)公式估算,中國燕山石化公司油品儲存過程中蒸發損耗總量約為1581.66t/a。趙連榮等利用經驗公式估算大慶石油化工總廠的180個固定儲罐每年呼吸損耗量達2.8×104t。油品在儲存、運輸過程中隱存的蒸發損耗主要包括:儲存時的“呼吸損耗”(溫差引起蒸發損耗),亦稱小呼吸損耗;儲油罐開口及附件不密封所造成的自然通風損耗;儲油罐收發油過程中的蒸發損耗,亦稱大呼吸損耗。在儲罐蒸發損耗總量中,小呼吸損耗量僅占10%,大呼吸損耗是儲罐無組織排放量的主要部分。此外,還包括石油及油品在裝卸過程中槽車、船罐口的蒸發損耗,以及加油站加油時的油氣蒸發損耗。因此,如何有效地減少儲存區的呼吸量是科研工作者研究的重點問題。2經驗公式和參數在我國的環境影響評價中,計算大小呼吸量的主要計算公式為美國國家環保局(EPA)推薦的經驗公式、美國石油學會(API)經驗公式和中國石油化工(CPCC)系統編制的經驗公式。此3個公式均可用于浮頂罐和拱頂罐的計算。2.1美國國家環境管理局推薦公式2.1.1內浮頂罐的出口損失lbs/aLT=LW+LR+LF+LD+LX(1)式(1)中,LT為總損耗量(lbs/a);LW為工作損失(lbs/a);LR為板層邊緣密封損失(lbs/a);LF為板層附屬配件損失(lbs/a);LD為板層接縫損失(lbs/a),適用于內浮頂罐;LX為倒罐損耗量(lbs/a)。2.1.2計算公式中拱罐計算LT=LW+LS+LX(2)式(2)中,LS為靜置損失(lbs/a)。2.2美國石油公司的經驗公式2.2.1浮頂罐靜態儲存損耗量lsLS=KS×Vn×P*×D×Uy×Kc×Ef×Ki(3)式(3)中,LS為浮頂罐靜止儲存損耗量(kg/a);KS為密封系數;n為與密封裝置類型有關的風速指數。2.2.2計算浮式擴大呼吸的公式為W=1.37×10-4×V/D(4)式(4)中,W為浮頂罐發油損耗量(kg/a);V為油品泵送入罐量(m3/a)。2.2.3呼吸排放量fp和呼吸平均為5kc5式LB=0.191×M×[P/(100910-P)]0.68×D1.73×H0.51×ΔT0.45×FP×C×KC(5)式(5)中,LB為固定頂罐的呼吸排放量(kg/a);FP為涂層因子(無量綱),根據油漆狀況取值為1—1.5;C為用于小直徑罐的調節因子(無量綱);直徑為0—9m的罐體,C=1-0.0123(D-9)×2;罐徑大于9m的罐體C=1。2.2.4固定頂罐工作損失fF=5.8×P×V106×KT(6)F=5.8×Ρ×V106×ΚΤ(6)式(6)中,F為固定頂罐的工作損失;KT為周轉因子(無量綱)。2.3中國石油系統的公式2.3.1小呼吸蒸發損耗lsLS=Y×V×n×Px×D×Mv×KS×KC×EF(7)式(7)中,LS為小呼吸蒸發損耗(kg/a);KS為密封系數;Y為系數(外浮頂罐Y=3.1,內浮頂罐Y=2.05)。2.3.2計算浮式擴大呼吸的公式為LW=4×Q×C×Py/D(8)式(8)中,LW為浮頂罐發油損耗量(kg/a)。2.3.3固定頂罐呼吸排放量fpLds=12.751×10-3×KE×[P/(760-P)]0.68×D1.73×H0.51×T0.5×FP×C×v(9)式(9)中,Lds為固定頂罐的呼吸排放量(kg/a);v為儲存油品的平均質量(t/m3)。2.3.4計算拱門罐的大呼吸公式LW=4.188×10-7×M×P×KT×KC(10)式(10)中,LW為固定頂罐的工作損失(kg/m3)。3結果分析3.1浮頂罐呼吸量計算公式對比實際工作中接觸的多為我國北方煉油廠儲油罐,其中主要為原油和柴油。因此,以我國東北某煉油廠部分儲罐為例,選擇5000m3和10000m32種規模儲罐,應用上述公式分別對常用的浮頂罐和拱頂罐呼吸損耗量進行計算并對比。儲罐主要參數見表1。根據上述3類公式對表1中選擇儲油罐工作中的大小呼吸損耗進行計算,計算結果見表2。由表2可以看出,在計算浮頂罐污染物量時,美國石油學會公式和中國中石化公式的計算結果接近,拱頂罐相差較大,其原因是由于油品種類和儲罐技術限制,但較適合我國情況,所以建議采用中石化公式計算拱頂罐的呼吸量。美國國家環保局公式在計算大容量浮頂罐時,結果相對保守一些,對于環保要求較高的區域建議使用美國國家環保局公式計算浮頂罐呼吸量。在相同周轉量情況下,根據各公式的函數關系分析影響因素,可以看出,美國國家環保局推薦公式主要影響因素為:儲罐形式、儲罐規格和油品種類。美國石油學會經驗公式主要影響因素為:液體的真實蒸汽壓、儲罐的溫度變化、儲罐的留空高度、儲罐規格、儲罐收發作業周期及安排、儲罐狀況。中國石油化工系統經驗公式影響因素與美國石油學會推薦公式大致相同。目前得到廣泛認可的定量方法是美國國家環保局推薦方法及其對應軟件TANK4。美國國家環保局建議其國內各級管理部門、咨詢公司和企業采用該軟件估算儲罐無組織排放量,體現了該方法的權威性。歐盟廣泛使用TANK軟件對儲罐排放量進行精確計算。我國目前主要是直接應用EPA推薦方法以及TANK軟件。由于工藝水平和氣象條件等因素的差異,該方法在美國以外地區直接應用的估算結果精度較差。在英國就發現估算結果只有實際測定量的1/3。中國石油化工系統經驗公式總的來說氣候因素占主導作用。3.2減少正常儲存油氣,減少罐內油氣的排放量,以據統計,每噸汽油“大呼吸”揮發油氣可達7m3。“小呼吸”排放,溫度每升高1℃,會排出0.21%的油氣,儲存日數越多、罐內油氣體積與油液體積之比越大、“小呼吸”排放的油氣越多。因此,努力減少油品在儲運過程中的排放量是十分必要的。根據蒸氣損耗量影響因素提出以下減排措施。3.2.1采用淋水、地下油罐油罐“小呼吸”損耗的產生主要與氣體空間高度h和大氣溫差有關。因此,要減少“小呼吸”損耗、應從減小氣體體積和油罐表面的溫差著手,主要措施如下。(1)使用浮頂罐或內浮頂罐,選用合適的密封裝置。對于易揮發的輕質油品,宜儲存在浮頂罐或內浮頂罐中。新建的原油和輕質油罐已全部采用了這種辦法,一些油庫在改造過程中,也將原來的固定頂罐改造成了內浮頂罐,大大地降低了油品的蒸發損耗。對浮頂罐而言,浮頂與內罐壁間的密封裝置對減少油品蒸發損耗起著關鍵作用,它有機械密封、彈性密封和管式密封3種形式。(2)高溫季節對油罐適當延長淋水期。未采取淋水措施的地上固定頂金屬油罐氣體空間的最高溫度可比日最高氣溫高出約20℃,而采取了淋水措施的油罐內氣體空間的最高氣溫則會略低于日最高氣溫。因此,采用淋水的辦法在高溫季節給油罐進行降溫對減少油品蒸發損耗具有重要意義。據統計,在高溫時,采用淋水的辦法可以減少90%的油品蒸發損耗。對處于不同地區的油罐,應根據當地實際天氣情況,在適當的時機對油罐進行淋水,并適當的確定淋水時間以達到最佳效果。(3)采用地下油罐可以減少小呼吸損耗。(4)對金屬拱頂罐而言,提高油罐的承壓能力是通過提高鋼材與焊接工藝的強度,使其能夠超過油品在儲存溫度下的飽和蒸氣壓,從而達到減少小呼吸損耗的作用。3.2.2油罐、呼吸及油罐油罐大呼吸損耗是在收發油時,油罐內液面位置發生的變化引起油罐內氣體空間也發生變化,從而導致了油蒸氣的逸出。由此可以看出,在進行收發油作業時都會產生大呼吸損耗。為了盡量減少油罐大呼吸時對環境造成的危害,應從控制油蒸氣的逸出入手。主要措施如下。(1)在油罐進油操作時,應盡量在降溫時作業。由于在降溫時罐內氣體因溫降而收縮,使蒸氣分子凝結加快或蒸發減慢,因此進油時罐內排除的氣體量必然少于進油量,致使損耗量比升溫時大量減少。另外,在油罐進油時應盡量加大泵的排量,使油品在進油過程中來不及大量蒸發,從而減少損耗。同時,在安排油罐進油時,應優先安排剛排空的儲罐。(2)在油罐發油操作時,作業應進行得緩慢些,這樣可使罐內氣體濃度下降較為遲緩,以避免或減少發油結束后出現回逆呼出損耗。為此,可以在呼吸閥的底部安裝呼吸閥擋板,使氣流折向罐壁,避免直沖油面,從而減少油面蒸發。(3)采用密閉收發油技術。將油罐、管路及位于零發油灌裝場地的油罐車視作一個整體,將油蒸氣密封起來,盡量減少油蒸氣的逸出。(4)使用油氣回收裝置。在油罐進行大呼吸時,于油罐的呼吸管路上安裝油氣回收裝置,使油蒸氣通過煤油、活性炭等吸附介質進行回收后再排到外部。通過采用將以上幾種措施結合起來的辦法對油罐的大呼吸進行控制,可顯著減少油蒸氣的蒸發損耗,減少對環境造成的污染。4格頂罐油氣損耗減少(1)對儲油罐大小呼吸損耗量分別采用美國國家環保局推薦公式、美國石油學會及中國石油化工系統經驗公式進行計算,并對比計算結果。(2)根據計算結果,推薦采用EPA公式計算輕質油品的蒸氣損耗、由CPCC公式計算拱頂罐油品蒸氣損耗。(3)對汽油等輕質油品選用內浮頂罐(原油用浮頂罐)存儲。由于內浮頂罐的浮盤可將液面與空氣