油品装车装船挥发损失的计算与研究

胡志勇，吴 明，牛 冉，刘娇阳，李秉繁

（1. 辽宁石油化工大学 石油天然气工程学院，辽宁 抚顺 113001； 2. 中国石油大学（华东）储运与建筑工程学院，山东 青岛 266071）

油品由罐区经栈桥（或油码头）通过装油鹤管装入罐车（或油船），由于油品的较高流速和较大压力，使油品发生剧烈冲击、喷溅、搅动，从而使大量油气逸出而损耗，这种损耗也属蒸发损耗的一种。根据不同的作业性质，通常分为装车（船）损耗和灌桶损耗。影响油品装车装船损耗的因素主要是油品性质和油温、装油压力大小和装油流速、装油方式及气候条件。一般来说，灌装重质油损耗小而轻质油损耗大；低位液下灌装损耗小而高位喷溅灌装损耗大；油温高，压力大，流速快时油品损耗量大[1]。油品在装车装船过程中的损耗率等于车（船）装卸损耗量占装车或装船量的百分比，其数值直接关系到企业的经济效益。为了给企业生产计划提供依据，有必要了解油品装卸车船时的挥发损耗量及减少损耗的措施，以提高企业的经济效益。

1 油品装车装船挥发损失的原因

在装车或装船时，从伸入罐内的鹤管中高速流出的油品对罐车内壁和油品液面造成一定的冲击,使油品发生喷射和飞溅,引起油品液面强烈波动和搅动,加速了油品表面的蒸发速度[2]。罐内气体空间油气与空气之间存在传质，包括分子自由扩散传质和对流传质。由于存在油气浓度差，给自由扩散传质提供了条件。油品液面的上升驱使高浓度油气向罐外排放,由此形成装油损耗,造成资源浪费与环境污染。

2 油品装车装船挥发损失计算

2.1 数学模型

石脑油、汽油、液化气、芳烃、丙烯装车装船挥发损失计算如下[3]：

式中：ΔMych— kg车（船）装卸损耗， ；

Pa—当地大气压，kPa；

Py—相当于油温的饱和蒸气压，kPa；

V1—装油体积，m3；

py— 油 品的密度，kg /m3；

T —排出气体的温度，K；

油气的摩尔质量可按下式计算得到：

式中：t1—按标准方法蒸馏时，油品的初馏点，℃；

R —通用气体常数，R =8.314 kJ/(kmol·K)。

表1 油品装卸车船饱和度系数Table 1 Saturation coefficient of oil during loading and unloading

由镇海调研及装置数据汇编得到不同油品的油气摩尔质量（见表2）。

表2 不同油品的油气摩尔质量Table 2 Oil and gas molar mass of different oil products

在确定油品种类的情况下，可以确定除Py、V1及T 的其他参数，而在特定情况下，这3 个参数便一定，带入公式（1）即可计算特定油品种类在特定条件下的装车装船挥发损失。

经简化代入计算得不同项目各种油品的损失公式：（1）未经清洗的铁路油罐车损失计算

汽油:

原油:

石脑油:

柴油:

煤油:

（2）清洗的铁路油罐车损失计算

汽油:

原油:

石脑油:

柴油:

煤油:

（3）装卸船损失计算

汽油:

原油:

石脑油:

柴油:

煤油:

2.2 油品的蒸汽压

油品蒸气压是从事油品蒸发损耗研究、计算油品蒸发损耗量的重要参数, 蒸气压的计算对研究结果和研究进度有重要的影响[3-5]。

2.2.1 用诺模图查询油品的真实蒸汽压

利用美国石油协会提供的诺莫图查询油品真实蒸气压，必须要先知道油品、雷特蒸气压和10%点处ASTM 蒸馏曲线的斜率。其中S 为10%点处ASTM蒸馏曲线的斜率:

蒸馏的方法见标准《石油产品减压蒸馏测定法》GBT 9168-1997；如果没有蒸馏资料，S 值可按下列数值选取：车用汽油，S=3；航空汽油S=2；轻石脑油，S=3.5；石脑油，S=2.5。

2.2.2 多元非线性回归真实蒸气压

对于真实蒸气压的计算, 美国石油学会给出了诺模图。为了便于计算机求解, 给出了汽油和原油的蒸气压换算公式：

对于其他在10%点处ASTM 蒸馏曲线的斜率不为3 的油品没有给出换算公式，给我们对油气蒸发损耗的研究和编制油气损耗计算软件带来了很大的不便,刘勇峰等[6]利用回归的方法，分别回归出其他温度区间的系数值，得到其他在10%点处ASTM 蒸馏曲线的斜率不为3 的油品的真实蒸气压换算公式。

用以上分别回归出来的方程，运用VC++6.0 编制计算软件。利用该软件只需要用户输入雷特蒸气压、温度和真实蒸气压3 个参数，就可以进行计算了。

2.3 损耗率

式中：n—损耗率，%；

ΔMych— kg损失量， ；

M — 装 车或装船量，kg 。

3 油品装车装船挥发量的影响因素

油品在装车装船时，储罐的卸油口、油罐车（船）入孔口周围必然有油品蒸汽扩散。影响车船装油损耗的因素有装油口距罐底的距离、油罐清洗状况(即罐内初始油气摩尔分数)、进油流量(即油面上升速度)以及系统温度等。由于装油过程存在着一定的喷射，因此高液位装油将使油气排放浓度和油品蒸发损耗剧增。对于新罐或已清洗罐，装油初油气摩尔分数为零，所以损耗量起点较低。而对于没有清洗的罐，装油初油气摩尔分数高，虽然油品挥发量起点较高，但随着油气摩尔分数接近于饱和值，油气进一步(扩散及对流)传质的程度有限。当装油总量相同时，装油流量(速度)越大，虽然某一时刻排放出的瞬时值越大，但总装油时间也越短，油气来不及自然扩散，若此时温度较低，综合作用使平均挥发量变得越低。装油过程系统温度t 越高，油品越容易蒸发，油气越容易扩散和对流[7]。

4 减少油品装车装船挥发量的措施

油品蒸发损耗会降低油品质量、数量，直接影响企业的经济效益，企业安全以及环境保护[8]。因此必须了解如何更加有效地降低在装车装船时的油品蒸发损耗。

（1）适时收发。为降低油罐大小呼吸损耗，尽量在每日上午温升阶段发油，每日温降阶段进油；尽量缩短发油到进油的时间间隔，最好发油后不久就立即进油[9]。

（2）恰当掌握发油速度。油罐装车装船时发油宜慢，以减少回逆呼出；收油宜快，以减少附加蒸发，能一次进满的油罐尽量不要分几次进油。

（3）可采用底部装油。油罐车底部装油方式类似于一般的浸没装油方式。采用浸没装油方式装油时, 装油管从油罐车底部进入油罐底部, 鹤管出油口低于汽油液面, 降低了鹤管出口油品的湍流程度,减少了鹤管出口油品与油罐内气相空间油气的接触,油气蒸发比传统的顶部装油方式少得多[10]。

（4）降低所装车船油罐温度。增加冷却系统,保证罐内温度长期处于某一较低的恒定温度, 可有效降低油气蒸发损耗。

（5）设置油气回收装置。现阶段我国用来回收装车装船时挥发油气的方法有直接冷凝法和吸附法[11-12]。

5 结 论

通过装车装船油品挥发损失计算模型，可根据不同油品参数得出各种油品的计算公式，将油品真实蒸汽压、温度及装油体积代入即可得到油品挥发量。其中，油品的真实蒸汽压可通过查询诺莫图或用 excel 回归非线性方程换算得到。装油口距罐底的距离、油罐清洗状况、进油流量Q、系统温度等影响油品挥发程度。为了减少这种能源浪费与环境污染，可采用适时收发油品并掌握发油速度，采用底部装油，降低所装车船油罐温度以及设置油气回收装置等措施。

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