汽油储罐呼吸损耗评估及减排

汽油储罐呼吸损耗评估及减排
摘要：通过理论计算，评估了汽油储罐呼吸损耗；损耗率合理但总量可观。

应用定量分析方法，探索从源头削减呼吸损耗的潜力；指出选用浮顶罐储存、钢浮盘代替铝浮盘、储罐大型化以及优化工艺设备等途径可以削减呼吸损耗；通过储罐集中呼吸和油气回收技术进行末端控制，彻底解决储罐呼吸VOC污染。

关键词：汽油，VOC，呼吸损耗，减排措施，油气回收
1 概述
1.1汽油储罐与VOC排放
VOC（V olatile Organic Compounds）是指挥发性有机化合物。

VOC具有大气化学反应活性，是光化学烟雾的重要前体污染物；对人体有强烈刺激性，长期作用，可造成肺部永久性损害[1]。

因此，空气中的烃类气体对人体的损害不容忽视。

汽油是由催化裂化汽油、重整汽油及芳烃、非芳烃和MTBE等组分及添加剂调合而成，主要成分为C4～C12的烃类物质，是易挥发性有机物。

储罐区呼吸排放的VOC一般都是无组织排放，在石化企业无组织排放中约占到较大比例。

据国外测算，达到29%，国内典型炼厂统计达到60%[2]。

储罐大小呼吸损失占到储运系统损耗的50%～80%[3]。

汽油的组份轻，挥发性强，控制汽油储罐挥发是控制VOC排放的重要部分。

对汽油储罐呼吸VOC排放进行定量分析，是罐区VOC治理的基础性工作。

本文对中石化公司汽油储罐呼吸损耗进行定量评估，探索削减大小呼吸损耗，减少VOC污染的途径。

1.2汽油储罐的基本情况
公司年加工能力800万吨，2014年生产汽油200万吨；有汽油储罐18台，其中10000m3油罐3台，5000 m3油罐9台，3000 m3油罐6台。

总库容93000 m3。

汽油全部采用内浮顶罐存储，其中铝浮盘6台，计45000 m3油罐，钢浮盘12台，计48000 m3。

1.3汽油储罐呼吸损耗控制现状
随着“两型”社会的建立，公司不断推进清洁生产，从源头控制污染，在建设规范储罐的基础上，不断探索、改进浮盘和密封装置，完善工艺，努力减少罐区VOC排放量。

主要措施有：全部采用内浮顶储罐，储罐涂刷隔热涂料，减少因太阳暴晒导致的油品升温，浮盘的密封装置逐步由囊式密封改为充液密封，提高了密闭水平，控制油品进罐温度，在线调和，提高一次合格率，减少油品搅动，设置降温喷淋等，取得很好的效果。

但总体来说储罐呼吸还处于无组织排放状态。

2 定量评价方法的选择
2.1应用《石油库节能设计导则》推荐方法
目前得到广泛认可的定量计算方法有美国环保署（EPA）推荐的方法和中国的《石油库节能设计导则（SH/T3002-2000）》(简称导则)推荐的方法。

这类方法在理想气体状态方程的
基础上，通过理论分析建立计算方程式，理论推导严谨，计算结果精度较高[4]； EPA 推荐的方法中应用的全部是美国单位标准体系,计算过程繁、复杂, 如没有计算机辅助计算, 实际应用非常困难[5]。

由于工艺和气候等条件的差异，EPA 方法在美国以外地区计算结果误差较大[6]。

《导则》公式经在我国石化企业轻质油储罐的大小呼吸排放量计算应用广泛；因此，主要采用《导则》公式，同时应用其他方法进行补充。

2.2计算公式
（1）根据《导则》附录A,内浮顶油罐大呼吸损耗计算公式为：
)1(4D
F N D QCP L C C Y
W +=
（1） 式中： L W ——浮顶油罐收发油时的蒸发损耗，kg/a ；Q ——油罐年周转量，103m 3/a ； D ——储罐直径，m 。

ρy ——储存液体平均密度，kg/ m 3； C ——罐壁粘附系数，m 3/1000m 2；取值见表1； N C ——固定顶支柱个数； F C ——支柱有效直径。

表1 罐壁粘附系数表
（2）内浮顶油罐小呼吸计算公式为：
()C
y d d m e S K M P D K F F D K K L *28++=
式中：Ls ——静止储存时的蒸发损耗，kg/a
；Ke ——边圈密封损耗系数，取值见表2； D ——油罐直径，m ； K d ——顶板接缝损耗系数。

焊接顶板，K d ＝0；非焊接顶板，K d ＝3.66；F d ——顶板接缝长度系数，系指顶板接缝长度与顶板面积的比值。

K 8——单位换算系数。

K e ＝0.454； F m ——总浮顶附件损耗系数。

F f ＝∑（N mj K mj ）；N mj —某种附件的数量；K mj —某种附件的损耗系数。

见表3；F m ＝∑（N mj K mj ）；P *——蒸汽压函数；M y ——油品蒸汽的平均分子量。

kg/kgmol ，取65.5；K C ——油品系数。

汽油K c ＝1；
其中：
2
5
.0*
11⎥⎦
⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+=
a a
p p P P
P
式中： P ——油品在平均储存温度下的真实蒸汽压；
P a ——储罐所在地的平均大气压，取99.82kPa 。

表2 边圈密封损耗系数K r
表3 浮顶附件损耗系数K mj
3 呼吸损耗计算
3.1参数采集说明
1）本文采用的数据以2014年为基准，只反映2014年工艺、设备状态下的汽油的呼吸损耗水平。

2）计算参数中，能从生产统计和工艺设备记录中得出的数据，全部使用2014年的实际数据,包括汽油产量、周转量、周转次数、密度、及储罐的相关参数。

生产记录和统计中无法采集到的数据，如气候参数中大气压、平均温差，由相关网站获得；汽油蒸汽的平均分子量，从有关文献中获取。

3）汽油平均储存温度下真实蒸汽压的确定，日常分析测定的汽油饱和蒸汽压是规定试验条件下（38℃）测得的，数值为65.4kPa，据此推算出油品储存温度的蒸汽压；平均储存温度取26.5℃，此时，汽油蒸汽压为42 kPa。

3.2汽油储罐大呼吸损耗
利用大呼吸损耗公式（1）分别对10000m3、5000m3、3000m3等不同类型的储罐进行计
算；汇总即得到汽油大呼吸损耗98吨。

内浮顶罐大呼吸计算参数见表4。

表4 浮顶罐大呼吸损耗参数表
3.3汽油储罐小呼吸损耗
利用公式（2）分别对10000 m3铝浮盘储罐，5000 m3铝浮盘储罐和5000 m3钢浮盘储罐，3000 m3钢浮盘储罐进行计算并汇总，得到汽油储罐小呼吸损耗量为195吨。

其中浮盘附件总损耗系数根据表3确定，蒸汽压函数根据公式（3）计算得出。

相关参数见表5。

3.4汽油储罐呼吸损耗评价
2014年汽油储罐呼吸损耗为293吨，汽油产量为200万吨；损耗率为0.15‰。

国家标准《散装液态石油产品损耗GB11085—89》提供了储存损耗的估算方法[7]，可以估算出储存损耗量，计算过程见表6。

表6 散装产品储存损耗计算表（说明：4月停产检修）
按《散装液态石油产品损耗 GB11085—89》计算的储存损耗量是3310吨。

呼吸损耗占储存损耗的比例为8.9%。

储存损耗除储罐呼吸损耗外，还包括其他蒸发损耗和残漏损耗。

与文献记载的储罐大小呼吸损失占到储运系统损耗的50%～80%的比例比较，长炼的呼吸损耗控制在较低的水平。

呼吸损耗率虽然较低，但损耗总量可观。

293吨汽油资源变成VOC排放，污染了环境，有必要采取措施，从源头减排到末端控制进行有效治理。

4 降低蒸发损耗的途径
4.1轻质油品应强制采用浮顶罐储存
《石油化工储运系统罐区设计标准SH/T3007-2014》中规定储罐沸点大于或等于45℃或在37℃时饱和蒸汽压不大于88kPa的甲A、乙B类液体应选用浮顶罐或内浮顶罐[8]。

储罐类型的选择对蒸发损耗影响巨大。

很多文献都认为内浮顶罐比拱顶罐减少呼吸损耗90%左右[4]。

以10000m3汽油储罐为例，分别计算拱顶罐与浮顶罐的蒸发损耗量，内浮顶罐呼吸损耗只有拱顶罐的5.9%，内浮顶罐储存比拱顶罐减排94%；计算过程见表7。

表7 汽油用不同类型储罐呼吸损耗计算表
公司汽油储罐全部为内浮顶储罐，作为清洁生产的重要措施，有效地控制了蒸发损耗。

因内浮顶罐和拱顶罐控制蒸发的巨大差异，在中间产品组分发生变化时应予以特别重视。

含有轻质油组分的中间料应强制用内浮顶罐储存。

4.2铝浮盘比钢浮盘损耗明显增大，应逐步淘汰
铝浮盘在我国是近年发展起来的新型浮盘；由于造价低廉，施工方便而快速发展。

目前罐区已建成铝浮盘罐23台（含汽油储罐6台），占内浮顶油罐的42%。

铝浮盘由浮筒或槽盆提供浮力，在浮筒或槽盆之上用支架和铝片覆盖作为浮盘。

铝片通过铆接方式搭接。

前期建设的浮筒式浮盘采用舌型密封，后期改进的槽盆式采用囊式密封。

其密封装置存在气相空间。

为了保持必要的浮力富余，在浮盘和液面之间必须留有一定的气相空间。

而钢浮盘采用浮仓或浮船形式，整个浮盘浸泡在液体里，密封装置采用充液式密封，与管壁紧密结合，密封性能更好。

由其特点决定，二者密闭效果相差很大。

铝浮盘下存在的气相空间有利于油气挥发，较差的密封装置和铆接浮盘增加了油气逃逸的途径。

而钢浮盘就不存在这样的缺陷；铝浮盘大小呼吸明显高于钢浮盘。

下面以小呼吸为例，比较二者的差别。

以10000m3汽油罐为例，根据小呼吸损耗公式（2），分别计算二者的损耗量，见表8。

表8 10000 m3储罐不同浮盘小呼吸损耗计算表
一个10000 m3汽油储罐一年的小呼吸损耗量，铝浮盘为30.16吨，钢浮盘为10.43吨，铝浮盘是钢浮盘的2.9倍。

在环保要求越来越高，对VOC治理越来越重视的今天，应果断停止新建铝浮盘储罐而使用钢浮盘储罐；在现有储罐的更新改造中，逐步淘汰铝浮盘。

4.3储罐大型化，减少呼吸损耗
在大呼吸公式中，对于同样的体积（周转量），增大储罐直径能减少储罐的粘附面积；一个10000 m3储罐比两个5000 m3储罐的浮盘密封圈长度减少28.6%；因此可以通过储罐大型化减少呼吸损耗。

同样的生产量，分别以一个10000 m3汽油储罐和两个5000 m3储罐储存的大呼吸损耗相差很大，表9分别计算二者的大呼吸损耗。

表9 不同容积储罐大呼吸损耗对比表
表9中，采用151#汽油储罐的实际数据，假设用两个5000 m3来储存，大呼吸损耗将由13.06吨提高到18.65吨；前者比后者减少呼吸损耗30%。

因此，在储罐改造过程中，在满足生产需要的前提下，应尽可能使储罐大型化，以削减呼吸损耗。

4.4其他消减损耗建议
通过汽油储罐蒸发损耗的影响因素分析，可以得出工艺、设备优化对减少蒸发损耗的重要意义。

主要有：
（1）尽量减少中间罐，减少油品循环时间，提高一次调合合格率，减少油品循环和倒灌量。

（2）控制进罐温度，从而降低油品的蒸汽压，减少损耗。

（3）采用隔热涂料，减少太阳对油品储存温度的影响。

（4）确保储罐附件完好，特别是浮盘的密封装置完好。

5 呼吸损耗VOC排放控制方案
5.1 建设储罐集中呼吸和油气回收装置，变无组织排放为有组织排放
建立罐顶呼吸气体连通管网，把全部汽油储罐呼吸孔连接起来，用一个大的呼吸装置实行集中呼吸；首先在罐组内部形成“呼与吸”的关系，系统内部可以进行呼吸平衡，减少整个罐区的呼吸排气量；只有平衡后的余量才通过呼吸装置与外界进行交换；如果用氮气代替空气参与储罐呼吸，效果更好。

建设油气回收装置，对呼吸装置呼出的VOC进行回收，实行达标排放。

公司已有应用油气回收装置的成熟经验，回收率可达到98%以上，尾气能达标排放[9]，储罐呼吸VOC污
染得到彻底解决。

5.2油气回收装置经济分析
每年汽油呼吸损耗293吨，油气回收装置运行后，按回收率95%计算，可以回收278吨，以每吨7000元计算，一年可回收195万元。

如果考虑把汽油储罐附近的溶剂油、石脑油也纳入回收装置，效果会更好。

建设一套集中呼吸并回收的系统，包括管网、集中呼吸装置和油气回收装置，按一套装置800万元预算，800万元/195万元/年﹦4.1年；装置约5年可以回收成本。

在汽油罐区建设集中呼吸和油气回收装置对于环境保护十分必要，在经济上也是可行的。

6 结束语
汽油储罐呼吸损耗率控制在较好水平，但是绝对量依然不少，浪费了资源，污染了大气。

应通过合理选择储罐类型、实现储罐大型化、淘汰铝浮盘、改善密封装置以及优化工艺操作等措施从源头控制蒸发损耗。

同时应通过集中呼吸和油气回收技术，对油气资源回收利用，削减VOC排放量，彻底解决汽油储罐呼吸造成的VOC污染。