石油儲存過程中的油氣蒸發(fā)損耗

石油儲存過程中的油氣蒸發(fā)損耗

原油儲存過程中，由于技術、設備和管理的原因，原油中的輕組分在高壓下泄漏，導致?lián)p失。這種現(xiàn)象被稱為氣、氣蒸發(fā)損失。油氣蒸發(fā)損耗是緩慢而持續(xù)進行的,而且這種損耗形式表現(xiàn)得非常隱蔽。加之管理部門對油氣的蒸發(fā)損耗沒有明確要求和指標約束,損耗量的大小常常被計量誤差所掩蓋。因而不易引起人們的關注,近年來原油價格暴漲,人們對原油運輸、加工、儲存過程中的損耗日漸重視,因此減少或回收油品儲存過程中的蒸發(fā)損耗顯得非常重要。1混合氣體蒸發(fā)損耗油品的蒸發(fā)損耗過程包括發(fā)生在氣、液接觸面的相際傳質以及發(fā)生在容器氣體空間中烴分子的擴散。通過上述過程,容器氣體空間原有的空氣逐漸變?yōu)橼呌诰鶆蚍植嫉臒N蒸氣和空氣混合氣體,當外界條件變化引起混合氣體狀態(tài)參數改變時,混合氣體從容器中排入大氣,造成了油品的蒸發(fā)損耗。引起油氣蒸發(fā)損耗的主要原因有:油溫變化、油罐頂壁同液面間體積大小、油罐罐頂不嚴密等。1.1罐外空氣運出罐油氣儲存過程中,當溫度升高時,罐內油氣體積膨脹,部分油氣蒸發(fā)出罐外,當溫度降低時,罐內油氣減少,罐外部分空氣進入罐內。另外,儲存溫度愈高,油氣蒸發(fā)愈嚴重。1.2相同溫度和密封條件下,不同汽油的蒸發(fā)損失油罐中裝油量越少,油氣空間越大,相對蒸發(fā)損失越大。實驗表明,在相同溫度和密封條件下,儲存同一種汽油,裝油量為油罐容積20%時的蒸發(fā)損失比裝油量為油罐容積95%時大8倍。1.3自然通風損耗如果罐頂有縫隙或孔眼,且不在同一高度,由于罐內混合氣的密度大于空氣密度,罐內的混合氣體將由下部孔眼逸入大氣,空氣從上部孔眼進入則罐內,形成自然通風損耗。造成油罐自然通風損耗的原因有:油罐破損;采光孔或量油孔被打開而未及時關上等造成的蒸發(fā)損耗嚴重,不僅使油蒸氣大量逸出罐外,而且會加速液面蒸發(fā)。據推算,如果兩孔眼的高差為0.5m,孔眼面積為1cm2氣體空間的油氣濃度為5%那么由于自然通風每晝夜油品損耗量約為16kg。1.4影響大呼吸的因素大呼吸是指油罐進發(fā)油時的呼吸。油罐進油時,由于油面逐漸升高,氣體空間逐漸減小,罐內壓力增大,當壓力超過呼吸閥控制壓力時,一定濃度的油蒸氣開始從呼吸閥呼出,直到油罐停止收油,所呼出的油蒸氣造成油品蒸發(fā)的損失。油罐向外發(fā)油時,由于油面不斷降低,氣體空間逐漸減小,罐內壓力減小,當壓力小于呼吸閥控制真空度時,油罐開始吸入新鮮空氣,由于油面上方空間油氣沒有達到飽和,促使油品蒸發(fā)加速,使其重新達到飽和,罐內壓力再次上升,造成部分油蒸氣從呼吸閥呼出。影響大呼吸的主要因素有:(1)油品性質:油品密度越小,輕質餾分越多,損耗越大;(2)收發(fā)油速度:進油、出油速度越快,損耗越大;(3)油罐耐壓等級:油罐耐壓性能越好,呼吸損耗越小。當油罐耐壓達到5kPa時,則降耗率為25.1%,若耐壓提高到26kPa時,則可基本上消除小呼吸損失,并在一定程度上降低大呼吸損失。(4)與油罐所處的地理位置、大氣溫度、風向、風力及管理水平有關。1.5小呼吸損失的影響因素油罐在沒有收發(fā)油作業(yè)的情況下,隨著外界氣溫、壓力在一天內的升降周期變化,罐內氣體空間溫度、油品蒸發(fā)速度、油氣濃度和蒸汽壓力也隨之變化。這種排出石油蒸氣和吸入空氣的過程造成的油氣損失,叫小呼吸損失。小呼吸損失的影響因素主要有以下幾點:(1)晝夜溫差變化。晝夜溫差變化愈大,小呼吸損失愈大。(2)油罐所處地區(qū)日照強度。日照強度愈大,小呼吸損失愈大。(3)儲罐越大,截面積越大,小呼吸損失越大。(4)大氣壓。大氣壓越低,小呼吸損失越大。(5)油罐裝滿程度。油罐滿裝,氣體空間容積小,小呼吸損失小。2采用國家標準節(jié)能導則計算方法儲罐形式不同,大小呼吸損失量不同,因此通過對同油種不同儲罐的損失計算,有助于進一步分析降耗途徑。儲罐油氣揮發(fā)損失計算主要有美國國家環(huán)保局(EPA)經驗公式、美國石油學會(API)經驗公式和我國國標節(jié)能導則經驗公式等三種計算方法,鑒于國內油品種類和儲罐技術限制,建議采用國標節(jié)能導則計算方法:以5000立汽油罐為例采用上述公式分別計算:車用汽油雷特蒸汽壓為69kPa,油品的平均密度為731kg/m3,年平均凈周轉量為100km3/a。年平均溫度為16℃,大氣壓101.39kPa(絕壓),年平均風速2.3m/s。2.1計算大呼吸蒸發(fā)損失的公式為2.1.1蒸發(fā)損耗量mlLDW=KTK1V1Py/(690-4μy)K式中:LDW——拱頂罐大呼吸蒸發(fā)損耗量,m3/aKT——周轉系數K1——油品系數Py——油品平均溫度下的蒸汽壓,kPaμy——油蒸汽摩爾質量,kg/kmolK——單位換算系數V1——泵送液體入罐量,m32.1.2蒸發(fā)損耗量LW=4Q1Cρy/D式中:LW——外浮頂罐大呼吸蒸發(fā)損耗量,kg/aQ1——油罐年周轉量,103m3/aD——油罐直徑,mρy——油品密度,kg/m3C——油罐壁的粘附系數,m3/1000m22.1.3內部浮式擴散器LW=4Q1Cρy(1+NCFC/D)/D式中:NC——支柱個數Q1——支柱有效直徑,m2.2計算小呼吸蒸發(fā)損失的公式為2.2.1小呼吸蒸發(fā)損耗量單位核算LDS=0.024K2K3[P/(Pa-P)]0.68D1.73H0.51△T0.5FpC1式中:LDS——拱頂罐小呼吸蒸發(fā)損耗量,m3/aKT——周轉系數K2——單位換算系數K3——油品系數P——油品本體溫度下的蒸汽壓Pa——當地大氣壓,kPaD——油罐直徑,mH——油罐內氣體空間高度,mT——大氣溫度的平均日溫差,℃Fp——涂料系數C1——小直徑油罐修正系數2.2.2呼吸蒸發(fā)損耗量LS=K4(K5FrD+Ff)PMvKC式中:LS——外浮頂罐小呼吸蒸發(fā)損耗量,kg/aK4——單位換算系數K5——單位換算系數Fr——密封損耗系數D——油罐直徑,mFf——浮盤附件總損耗系數P*——蒸汽壓函數Mv——油氣摩爾質量,kg/kmolKC——油品系數2.2.3罐內損耗系數及管道摩爾質量LS=K8(KeD+Ff+FdKdD2)P*MvKC式中:LS——內浮頂罐小呼吸蒸發(fā)損耗量,kg/aK8——單位換算系數Ke——邊圈密封損耗系數D——油罐直徑,mFf——浮盤附件總損耗系數Fd——頂板接縫長度系數Kd——頂板接縫損耗系數P*——蒸汽壓函數Mv——油氣摩爾質量,kg/kmolKC——油品系數采用上述公式計算結果見表1。從表1可見,對于存儲輕質油,采用浮頂罐可顯著降低油品蒸發(fā)損耗,另外從計算公式可見油品溫度、儲罐直徑、罐體附件形式、密封形式、罐體顏色等因素直接影響油品的損耗量,因此在儲罐的設計及日常工作中都需要注意這些細節(jié),從設計源頭降低儲罐蒸發(fā)損耗,在日常工作中養(yǎng)成良好的操作習慣減少損失。3氣田蒸發(fā)引起的損害3.1油氣混合物比油氣比為零時,油蒸氣含量達標,有利于引發(fā)爆炸油蒸氣與空氣混合,可形成爆炸混合物,且易在低洼、不通風的地方積聚。當油氣混合物中,油蒸氣含量達到爆炸極限濃度時,容易引發(fā)爆炸。國內某石化企業(yè)外浮頂罐石腦油油氣揮發(fā)形成硫化亞鐵自燃造成火災,幸發(fā)現(xiàn)及時沒有造成重大損失。3.2油氣污染,易致藥物高度高校油氣是氣相烴類,屬有毒物品,因其密度大于空氣而漂浮于地面之上,易致窒息。另外,油氣還容易形成更大危害的光化學煙霧的二次污染物——氮氧化物。這種情況,隨著環(huán)境保護要求的提高,油氣所引起對大氣的污染越來越受到人們的重視。3.3導致油氣蒸發(fā),降低經濟效益近年來原油資源日益枯竭,原油價格日漸高漲,由于油氣的蒸發(fā)損耗,經濟損失相當嚴重。據相關公司測評,千萬噸級煉廠年油氣揮發(fā)損失在千噸左右,效益損失驚人。3.4不合格油料液壓機蒸發(fā)的都是油料中的最輕組分油氣蒸發(fā)還會嚴重影響成品油質量,甚至使合格油料變成不合格。如汽油蒸發(fā)損失,造成起動性能變差,抗爆性下降。此外,還將加速汽油氧化,增加膠質,降低辛烷值,而辛烷值的降低會使燃料在發(fā)動機中燃燒時抗爆性能變差。4減少蒸發(fā)損失的對策4.1蒸發(fā)損失及和倒罐次數操作中盡量將油品集中儲存,不要分散在許多油罐中,這樣可減少氣體空間的總體積。如將1000m3的汽油,儲存于設計能力為1200m3的油罐內,蒸發(fā)表面積為89m2,每月蒸發(fā)損失為574kg;假設分別儲存于設計能力為400m3的三個油罐內,蒸發(fā)表面積為135m2,每月?lián)p失872kg;蒸發(fā)損失為前一種情況的1.52倍。在溫度發(fā)生變化時就可以降低小呼吸損耗。油罐的量油取樣作業(yè)盡可能在清晨或傍晚進行。因為這時沒有溫度的急劇升降,且油罐內外的溫度和壓力比較接近,打開量油孔不會有嚴重的呼吸現(xiàn)象。上下游裝置間采用直供料減少中間產品儲量;產品采用在線調和出廠,減少調和倒罐次數;在保證生產安全前提下最大程度降低庫存。4.2不同臥式油罐蒸發(fā)損失測定油罐外表涂料對罐內溫度影響很大。據對同樣大小容積的銀灰色、綠色、天藍色、黑色的4個50m3的臥式油罐同時測定罐內溫度,結果分別為11℃、14.7℃、20.3℃、30℃;又同樣在上述四種不同顏色的臥式油罐中裝滿汽油儲存一年后,其蒸發(fā)損失分別為460kg、550kg、590kg、680kg。銀灰色油罐蒸發(fā)損耗率為1.3%,而黑色油罐的蒸發(fā)損耗率為1.9%以上。4.3罐頂淋水降溫陽光輻射的80%,是通過罐頂導入罐體,經測定,罐頂淋水降溫可降耗20%,但淋水不能時淋時停,否則罐內溫度會忽高忽低,小呼吸次數增加,非但不能降耗,反而會加大損耗。同時應注意淋水造成設備腐蝕。4.4拱頂罐式小容積罐目前,廣泛采用的是具有加強結構的立式圓柱形拱頂罐,其承壓能力,大容積罐可提高到10kPa到20kPa,小容積罐可提高到30kPa到40kPa。4.5罐頂內部氣體分離在呼吸閥下端安裝擋板,使油罐內部空間蒸氣分層。當油罐吸入新鮮空氣通過擋板時,該氣體被分散在罐頂部四周;呼出油蒸氣時,首先將上層濃度較小的油蒸氣從呼吸閥呼出,從而減少蒸發(fā)損失。有資料表明,安裝呼吸閥擋板的油罐,可減少油品蒸發(fā)損耗20%～30%。4.6氮氣壓力及油罐之間的關系將氮氣充填在固定頂油罐的油氣空間,這時因氮氣的密度小于油氣而浮在油氣之上,從而形成氮封,阻止油氣泄漏,可以減少油品蒸發(fā)損耗98%左右,并且能夠防止油罐內氣體爆炸,而對儲存油品的性質沒有任何影響。氮封用的氮氣通過管道輸入固定頂油罐的油氣空間,氮氣壓力應根據油罐的耐壓程度而定,盡量降低壓力。當氮氣壓力達到設定值時,自動停止供給。為了保證油罐內壓力平衡和保證油罐安全,油罐頂部安裝呼吸閥。呼吸閥負壓時吸入空氣,正壓時排出氣體。排出的氣體可直接排入大氣或與氮氣回收系統(tǒng)連接進行回收。氮封系統(tǒng)可單罐運行也可同時控制幾個罐,這樣更加經濟合理