石油天然氣儲罐損耗分析

石油天然氣儲罐損耗分析

1大呼吸蒸發(fā)損耗的計算油、氣的儲存和運輸過程中蒸發(fā)的損失會導(dǎo)致油和氣的損失。對于固定頂油罐中油品的蒸發(fā)損耗形式主要有兩種:一是靜止儲存損耗。油品在儲罐中處于靜止?fàn)顟B(tài)時,油品蒸汽充滿儲罐的汽相空間,因環(huán)境溫度或油品溫度的變化導(dǎo)致油品蒸汽熱脹冷縮,造成油品蒸汽從儲罐中溢出。這種損耗稱為“小呼吸”損耗;二是油品收發(fā)時的損耗。儲罐發(fā)油時,液面降低吸入空氣導(dǎo)致油品蒸氣壓降低,促使油品揮發(fā)。而儲罐在收油時,由于儲罐液面上升,油品蒸汽被排除儲罐。由此造成的油氣損耗稱為“大呼吸”損耗。儲罐中油品蒸發(fā)損耗的計算公式較多,根據(jù)美國石油學(xué)會的推薦,對于常壓儲罐(呼吸閥定壓為-490～1960Pa)的大呼吸蒸發(fā)損耗計算公式為:式中:F——常壓儲罐大呼吸損耗量(液體體),m3/a;P——散裝溫度下液體的真實蒸氣壓,Pa(絕壓);KE——系數(shù)(汽油為1;原油為0.75)。式中:Ly——儲罐的年蒸發(fā)損耗量(液體體積),m3/a;K——系數(shù)(汽油為24;原油為14);P——散裝溫度下液體的真實蒸氣壓,Pa(絕);D——儲罐直徑,m;H——儲罐平均高度(包括儲罐錐頂部分容積換算的高度),m;T——每日大氣溫度變化(每日最高溫度與最低溫度之差)的年平均值,℃;Fp——涂料系數(shù)(鋁漆為1.39;白漆為1.02);如果用公式(2)計算一天內(nèi)的小呼吸蒸發(fā)損耗時,可用該天的晝夜溫差值代入公式(2),并將算出值除以365即可。由公式(1)、(2)可以看出,儲罐中油品的大呼吸蒸發(fā)損耗量與油品本身的性質(zhì)(飽和蒸氣壓)及年周轉(zhuǎn)量有關(guān);而對小呼吸蒸發(fā)損耗量的影響因素較多,主要有5個方面的影響因素:(1)油品的真實蒸氣壓。原油的真實蒸氣壓是導(dǎo)致原油損耗的內(nèi)在因素,原油的蒸氣壓與原油的性質(zhì)及溫度有關(guān)。(2)儲存溫度。儲存溫度對蒸發(fā)損耗的影響主要體現(xiàn)在對蒸氣壓的影響。(3)環(huán)境溫度的變化。白天環(huán)境溫度的上升和太陽輻射的能量會導(dǎo)致罐內(nèi)油氣溫度上升,油氣體積膨脹,使得油氣從儲罐內(nèi)排出引起損耗。夜晚環(huán)境溫度下降導(dǎo)致罐內(nèi)氣相溫度下降,體積收縮。大量的空氣通過呼吸閥進入儲罐,使原油蒸氣壓與氣相空間的油氣分壓之差增大,進一步促進了油氣的蒸發(fā)。(4)儲罐的氣相空間。儲罐中的氣相空間越大,每次呼吸排出的氣體就越多,損耗就越大。(5)儲罐的結(jié)構(gòu)尺寸以及保溫刷漆情況。在罐容相同時,儲罐直徑越大,氣體空間和液體表面積越大,導(dǎo)致蒸發(fā)損耗越大。儲罐如果保溫較好,并且刷了反射能力好的涂料,就可以減少環(huán)境條件對罐內(nèi)油品的影響。2罐內(nèi)逸出氣體流速塔里木地區(qū)由于其特殊的地理環(huán)境,晝夜溫差遠比東部地區(qū)大,小呼吸導(dǎo)致的油氣損耗是固定頂儲油罐蒸發(fā)損耗的主要原因。為了具體測試固定頂儲罐的油氣損耗情況,在塔里木油田油氣處理站的一個儲罐群進行了現(xiàn)場測試。該油氣處理站共有4座5000m3原油儲罐,其中3座為凈化原油儲罐,一座為事故原油儲罐,4座大罐通過大罐抽氣系統(tǒng)相連。測試方法是利用大罐抽氣系統(tǒng)的管道將4座油罐全部連通,打開其中一個油罐上的量油孔,其他罐全部密閉,使4座罐的揮發(fā)氣全部由一個量油孔中逸出,用風(fēng)速計測量逸出氣體的流速,同時記錄環(huán)境溫度、罐內(nèi)原油溫度、罐內(nèi)氣相溫度。根據(jù)變化規(guī)律每隔2～4h記錄一次數(shù)據(jù),連續(xù)觀測24h,并在不同的時間抽取了4個氣樣,以便準(zhǔn)確反映逸出氣體中烴組分含量。環(huán)境溫度、罐內(nèi)氣相溫度、量油孔氣體流速的關(guān)系曲線見圖1。由圖1可以看出,大罐逸出氣體流速在不同時間差別很大,主要可以分為以下幾個階段:從16∶00時～21∶00時,環(huán)境溫度從33℃降低至17.5℃,導(dǎo)致罐內(nèi)氣相溫度由41.5℃降低至30.5℃,罐內(nèi)氣相體積急劇收縮,量油孔氣體流速從3.2m/s降低至-4.8m/s,即由從罐內(nèi)逸出氣體轉(zhuǎn)而吸入空氣。從21∶00～7∶00時,環(huán)境溫度雖有小幅下降,但基本趨于平穩(wěn),罐內(nèi)氣相溫度非常平穩(wěn)。所以從21∶00～23∶30時是儲罐逐漸減少吸入空氣到重新開始逸出的階段,從1∶00～8∶00時罐內(nèi)逸出氣體的流速保持在一個比較穩(wěn)定的水平(約4.5m/s)。這也說明,在沒有溫度變化影響的情況下,罐內(nèi)原油的揮發(fā)損耗也是比較大的(逸出氣體的流量達到約300m3/h)。從8∶00時開始,環(huán)境溫度迅速上升,逸出氣體流速增大,至11∶00時達到最大值約9.9m/s,其后又開始逐漸下降。由于在一段時間內(nèi)有大量空氣吸入罐內(nèi),從罐中逸出的氣體中也含有空氣,并且空氣含量處在變化之中。因此,分別在不同的時間取4個逸出氣體樣進行分析(見表1)。表1中還列出了C5+以上輕組分和C3+以上輕組分的含量(g/m3)。1#氣樣中空氣含量達50.9%,這是由于在開始測試之前,大罐檢尺量油,4個大罐頂部的量油孔全部打開,因此有大量的空氣進入。在測試過程中,從18∶00～23∶30時之間也有大量的空氣吸入罐內(nèi),因此2#樣空氣含量達52.5%,3#和4#氣樣的空氣含量逐漸減少。為了準(zhǔn)確計算一天內(nèi)大罐揮發(fā)氣量,以圖1為基礎(chǔ),取每1h內(nèi)的中間氣速為平均氣速,計算1h內(nèi)逸出的氣體流量為:式中:V——逸出氣體實際狀態(tài)流量,m3/h;d——量油孔直徑,m;量油孔氣體流速-逸出氣體流量關(guān)系曲線見圖2。由圖2的曲線可以看出,油罐逸出氣體流量變化很大,最低時需要補入300m3/h,而最多時逸出氣流量達到630m3/h。從5月19日16∶00時至5月20日16∶00時,該站生產(chǎn)的原油全部進2#油罐,罐內(nèi)液位從5525mm上升到7659mm,折合產(chǎn)油約900t。3#罐為原油外輸罐,液位從3702mm降為2542mm,折合外輸原油量約490t。兩項相抵折合罐內(nèi)原油體積增加約494m3。由于這個處理站的4座儲罐是通過抽氣系統(tǒng)連接在一起的,所以2#罐在液位上升過程中排出的氣體首先補充進了3#罐,多余部分才是真正排出了罐外,即大呼吸損耗494m3。由此可見,在24h內(nèi)從大罐揮發(fā)逸出的氣體總體積為4575m3,由大呼吸造成的部分為494m3,只占總損耗量的10.8%。揮發(fā)損耗的C5+(即輕質(zhì)油)達1.6t。3浮頂罐和大罐浮頂罐是有效控制揮發(fā)性油品蒸發(fā)損耗最廣泛使用的儲存方法,它的油品損耗形式只有小呼吸損耗。浮頂能夠封蓋住除小環(huán)周邊緣空間之外的整個油品表面,從而可降低蒸發(fā)損耗約98%,改善了操作的安全性,但又不影響浮頂?shù)臋C械操作。在浮頂正常浮動情況下,浮頂下面沒有氣相空間。迄今,全世界仍把浮頂罐作為揮發(fā)性油品儲存的“標(biāo)準(zhǔn)”方法,其原因是浮頂罐安全、效果好、經(jīng)濟。塔里木地區(qū)由于特殊的環(huán)境條件,晝夜溫差變化極大,油品儲罐的小呼吸損耗是油品損耗的主要原因。為了減少油品蒸發(fā)損耗,塔里木地區(qū)的油品儲罐應(yīng)優(yōu)先選用浮頂罐。對于集輸站場內(nèi)不能使用浮頂罐的情況,應(yīng)設(shè)置可靠的大罐抽氣系統(tǒng)回收揮發(fā)氣,大罐抽氣系統(tǒng)一定要設(shè)置可靠的補氣裝置,確保儲罐安全。儲罐壁要設(shè)置保溫層,罐頂可涂刷防輻射隔熱