油田儲(chǔ)罐無(wú)組織排放定量估算方法的選擇

油田儲(chǔ)罐無(wú)組織排放定量估算方法的選擇

1蒸發(fā)損耗量t原油長(zhǎng)距離輸送過(guò)程中，由于技術(shù)、設(shè)備和管理的原因，大部分原油組分泄漏，導(dǎo)致?lián)p失。這就是油氣機(jī)蒸發(fā)的現(xiàn)象。油氣蒸發(fā)損耗是緩慢而持續(xù)進(jìn)行的,而且這種損耗形式表現(xiàn)得非常隱蔽。加之管理部門(mén)對(duì)油氣的損耗沒(méi)有明確要求和指標(biāo),損耗量的大小常常被計(jì)量誤差掩蓋,因而未引起有關(guān)主管人員的重視。調(diào)查資料表明,油氣蒸發(fā)損耗的累計(jì)數(shù)量十分驚人。據(jù)1995年國(guó)際石油會(huì)議公布的數(shù)量,全世界每年損耗油量1.13億t(2001年全世界的產(chǎn)油量約37.8億t),在美國(guó)油品蒸發(fā)損耗量約占原油產(chǎn)量的3.00%;1975年前蘇聯(lián)石油化學(xué)工業(yè)部所屬企業(yè)的調(diào)查表明,油品蒸發(fā)損耗量約占原油產(chǎn)量的2.47%,其中70.00%發(fā)生于原油罐、調(diào)合罐和成品油罐的蒸發(fā)損耗。日本的石油蒸發(fā)損耗占年產(chǎn)量的3.00%—5.00%。袁小斌研究表明,油品儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程損耗率為0.4‰—0.8‰。按照美國(guó)石油學(xué)會(huì)(API)公式估算,中國(guó)燕山石化公司油品儲(chǔ)存過(guò)程中蒸發(fā)損耗總量約為1581.66t/a。趙連榮等利用經(jīng)驗(yàn)公式估算大慶石油化工總廠的180個(gè)固定儲(chǔ)罐每年呼吸損耗量達(dá)2.8×104t。油品在儲(chǔ)存、運(yùn)輸過(guò)程中隱存的蒸發(fā)損耗主要包括:儲(chǔ)存時(shí)的“呼吸損耗”(溫差引起蒸發(fā)損耗),亦稱小呼吸損耗;儲(chǔ)油罐開(kāi)口及附件不密封所造成的自然通風(fēng)損耗;儲(chǔ)油罐收發(fā)油過(guò)程中的蒸發(fā)損耗,亦稱大呼吸損耗。在儲(chǔ)罐蒸發(fā)損耗總量中,小呼吸損耗量?jī)H占10%,大呼吸損耗是儲(chǔ)罐無(wú)組織排放量的主要部分。此外,還包括石油及油品在裝卸過(guò)程中槽車、船罐口的蒸發(fā)損耗,以及加油站加油時(shí)的油氣蒸發(fā)損耗。因此,如何有效地減少儲(chǔ)存區(qū)的呼吸量是科研工作者研究的重點(diǎn)問(wèn)題。2經(jīng)驗(yàn)公式和參數(shù)在我國(guó)的環(huán)境影響評(píng)價(jià)中,計(jì)算大小呼吸量的主要計(jì)算公式為美國(guó)國(guó)家環(huán)保局(EPA)推薦的經(jīng)驗(yàn)公式、美國(guó)石油學(xué)會(huì)(API)經(jīng)驗(yàn)公式和中國(guó)石油化工(CPCC)系統(tǒng)編制的經(jīng)驗(yàn)公式。此3個(gè)公式均可用于浮頂罐和拱頂罐的計(jì)算。2.1美國(guó)國(guó)家環(huán)境管理局推薦公式2.1.1內(nèi)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(nèi)浮頂罐;LX為倒罐損耗量(lbs/a)。2.1.2計(jì)算公式中拱罐計(jì)算LT=LW+LS+LX(2)式(2)中,LS為靜置損失(lbs/a)。2.2美國(guó)石油公司的經(jīng)驗(yàn)公式2.2.1浮頂罐靜態(tài)儲(chǔ)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(chǔ)存損耗量(kg/a);KS為密封系數(shù);n為與密封裝置類型有關(guān)的風(fēng)速指數(shù)。2.2.2計(jì)算浮式擴(kuò)大呼吸的公式為W=1.37×10-4×V/D(4)式(4)中,W為浮頂罐發(fā)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(wú)量綱),根據(jù)油漆狀況取值為1—1.5;C為用于小直徑罐的調(diào)節(jié)因子(無(wú)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(zhuǎn)因子(無(wú)量綱)。2.3中國(guó)石油系統(tǒng)的公式2.3.1小呼吸蒸發(fā)損耗lsLS=Y×V×n×Px×D×Mv×KS×KC×EF(7)式(7)中,LS為小呼吸蒸發(fā)損耗(kg/a);KS為密封系數(shù);Y為系數(shù)(外浮頂罐Y=3.1,內(nèi)浮頂罐Y=2.05)。2.3.2計(jì)算浮式擴(kuò)大呼吸的公式為L(zhǎng)W=4×Q×C×Py/D(8)式(8)中,LW為浮頂罐發(fā)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(chǔ)存油品的平均質(zhì)量(t/m3)。2.3.4計(jì)算拱門(mén)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(jié)果分析3.1浮頂罐呼吸量計(jì)算公式對(duì)比實(shí)際工作中接觸的多為我國(guó)北方煉油廠儲(chǔ)油罐,其中主要為原油和柴油。因此,以我國(guó)東北某煉油廠部分儲(chǔ)罐為例,選擇5000m3和10000m32種規(guī)模儲(chǔ)罐,應(yīng)用上述公式分別對(duì)常用的浮頂罐和拱頂罐呼吸損耗量進(jìn)行計(jì)算并對(duì)比。儲(chǔ)罐主要參數(shù)見(jiàn)表1。根據(jù)上述3類公式對(duì)表1中選擇儲(chǔ)油罐工作中的大小呼吸損耗進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可以看出,在計(jì)算浮頂罐污染物量時(shí),美國(guó)石油學(xué)會(huì)公式和中國(guó)中石化公式的計(jì)算結(jié)果接近,拱頂罐相差較大,其原因是由于油品種類和儲(chǔ)罐技術(shù)限制,但較適合我國(guó)情況,所以建議采用中石化公式計(jì)算拱頂罐的呼吸量。美國(guó)國(guó)家環(huán)保局公式在計(jì)算大容量浮頂罐時(shí),結(jié)果相對(duì)保守一些,對(duì)于環(huán)保要求較高的區(qū)域建議使用美國(guó)國(guó)家環(huán)保局公式計(jì)算浮頂罐呼吸量。在相同周轉(zhuǎn)量情況下,根據(jù)各公式的函數(shù)關(guān)系分析影響因素,可以看出,美國(guó)國(guó)家環(huán)保局推薦公式主要影響因素為:儲(chǔ)罐形式、儲(chǔ)罐規(guī)格和油品種類。美國(guó)石油學(xué)會(huì)經(jīng)驗(yàn)公式主要影響因素為:液體的真實(shí)蒸汽壓、儲(chǔ)罐的溫度變化、儲(chǔ)罐的留空高度、儲(chǔ)罐規(guī)格、儲(chǔ)罐收發(fā)作業(yè)周期及安排、儲(chǔ)罐狀況。中國(guó)石油化工系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)公式影響因素與美國(guó)石油學(xué)會(huì)推薦公式大致相同。目前得到廣泛認(rèn)可的定量方法是美國(guó)國(guó)家環(huán)保局推薦方法及其對(duì)應(yīng)軟件TANK4。美國(guó)國(guó)家環(huán)保局建議其國(guó)內(nèi)各級(jí)管理部門(mén)、咨詢公司和企業(yè)采用該軟件估算儲(chǔ)罐無(wú)組織排放量,體現(xiàn)了該方法的權(quán)威性。歐盟廣泛使用TANK軟件對(duì)儲(chǔ)罐排放量進(jìn)行精確計(jì)算。我國(guó)目前主要是直接應(yīng)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(guó)以外地區(qū)直接應(yīng)用的估算結(jié)果精度較差。在英國(guó)就發(fā)現(xiàn)估算結(jié)果只有實(shí)際測(cè)定量的1/3。中國(guó)石油化工系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)公式總的來(lái)說(shuō)氣候因素占主導(dǎo)作用。3.2減少正常儲(chǔ)存油氣,減少罐內(nèi)油氣的排放量,以據(jù)統(tǒng)計(jì),每噸汽油“大呼吸”揮發(fā)油氣可達(dá)7m3?！靶『粑迸欧?溫度每升高1℃,會(huì)排出0.21%的油氣,儲(chǔ)存日數(shù)越多、罐內(nèi)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(chǔ)運(yùn)過(guò)程中的排放量是十分必要的。根據(jù)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(chǎn)生主要與氣體空間高度h和大氣溫差有關(guān)。因此,要減少“小呼吸”損耗、應(yīng)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(nèi)浮頂罐,選用合適的密封裝置。對(duì)于易揮發(fā)的輕質(zhì)油品,宜儲(chǔ)存在浮頂罐或內(nèi)浮頂罐中。新建的原油和輕質(zhì)油罐已全部采用了這種辦法,一些油庫(kù)在改造過(guò)程中,也將原來(lái)的固定頂罐改造成了內(nèi)浮頂罐,大大地降低了油品的蒸發(fā)損耗。對(duì)浮頂罐而言,浮頂與內(nèi)罐壁間的密封裝置對(duì)減少油品蒸發(fā)損耗起著關(guān)鍵作用,它有機(jī)械密封、彈性密封和管式密封3種形式。(2)高溫季節(jié)對(duì)油罐適當(dāng)延長(zhǎng)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(nèi)氣體空間的最高氣溫則會(huì)略低于日最高氣溫。因此,采用淋水的辦法在高溫季節(jié)給油罐進(jìn)行降溫對(duì)減少油品蒸發(fā)損耗具有重要意義。據(jù)統(tǒng)計(jì),在高溫時(shí),采用淋水的辦法可以減少90%的油品蒸發(fā)損耗。對(duì)處于不同地區(qū)的油罐,應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際天氣情況,在適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)對(duì)油罐進(jìn)行淋水,并適當(dāng)?shù)拇_定淋水時(shí)間以達(dá)到最佳效果。(3)采用地下油罐可以減少小呼吸損耗。(4)對(duì)金屬拱頂罐而言,提高油罐的承壓能力是通過(guò)提高鋼材與焊接工藝的強(qiáng)度,使其能夠超過(guò)油品在儲(chǔ)存溫度下的飽和蒸氣壓,從而達(dá)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(fā)油時(shí),油罐內(nèi)液面位置發(fā)生的變化引起油罐內(nèi)氣體空間也發(fā)生變化,從而導(dǎo)致了油蒸氣的逸出。由此可以看出,在進(jìn)行收發(fā)油作業(yè)時(shí)都會(huì)產(chǎn)生大呼吸損耗。為了盡量減少油罐大呼吸時(shí)對(duì)環(huán)境造成的危害,應(yīng)從控制油蒸氣的逸出入手。主要措施如下。(1)在油罐進(jìn)油操作時(shí),應(yīng)盡量在降溫時(shí)作業(yè)。由于在降溫時(shí)罐內(nèi)氣體因溫降而收縮,使蒸氣分子凝結(jié)加快或蒸發(fā)減慢,因此進(jìn)油時(shí)罐內(nèi)排除的氣體量必然少于進(jìn)油量,致使損耗量比升溫時(shí)大量減少。另外,在油罐進(jìn)油時(shí)應(yīng)盡量加大泵的排量,使油品在進(jìn)油過(guò)程中來(lái)不及大量蒸發(fā),從而減少損耗。同時(shí),在安排油罐進(jìn)油時(shí),應(yīng)優(yōu)先安排剛排空的儲(chǔ)罐。(2)在油罐發(fā)油操作時(shí),作業(yè)應(yīng)進(jìn)行得緩慢些,這樣可使罐內(nèi)氣體濃度下降較為遲緩,以避免或減少發(fā)油結(jié)束后出現(xiàn)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(fā)。(3)采用密閉收發(fā)油技術(shù)。將油罐、管路及位于零發(fā)油灌裝場(chǎng)地的油罐車視作一個(gè)整體,將油蒸氣密封起來(lái),盡量減少油蒸氣的逸出。(4)使用油氣回收裝置。在油罐進(jìn)行大呼吸時(shí),于油罐的呼吸管路上安裝油氣回收裝置,使油蒸氣通過(guò)煤油、活性炭等吸附介質(zhì)進(jìn)行回收后再排到外部。通過(guò)采用將以上幾種措施結(jié)合起來(lái)的辦法對(duì)油罐的大呼吸進(jìn)行控制,可顯著減少油蒸氣的蒸發(fā)損耗,減少對(duì)環(huán)境造成的污染。4格頂罐油氣損耗減少(1)對(duì)儲(chǔ)油罐大小呼吸損耗量分別采用美國(guó)國(guó)家環(huán)保局推薦公式、美國(guó)石油學(xué)會(huì)及中國(guó)石油化工系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算,并對(duì)比計(jì)算結(jié)果。(2)根據(jù)計(jì)算結(jié)果,推薦采用EPA公式計(jì)算輕質(zhì)油品的蒸氣損耗、由CPCC公式計(jì)算拱頂罐油品蒸氣損耗。(3)對(duì)汽油等輕質(zhì)油品選用內(nèi)浮頂罐(原油用浮頂罐)存儲(chǔ)。由于內(nèi)浮頂罐的浮盤(pán)可將液面與空氣