罐装油品储运过程蒸发损失计算与控制

董良新 烟台汽车工程职业学院

罐装油品储运过程蒸发损失计算与控制

董良新 烟台汽车工程职业学院

罐装油品在装油、卸油及运输过程中都会有油品的蒸发损失，油品的损耗主要分为油品气化、气相传质及油气混合排逸等三部分。控制罐装油品油气蒸发损失主要是从装油、运输、卸油三个过程中采取措施，油罐车装油采取从罐车底部装油方式；运输过程中安装油气回收装置可控制油气蒸发；采用浸没式卸油可以有效地降低油罐车卸油带来的油气蒸发。

罐装油品；油气蒸发；气相传质；储存温度；计算

油品由于具有易挥发性，在油品装卸运输过程中，一部分油品因油气蒸发而产生蒸发损失。据调研资料显示，发达国家对油气的使用量比较大，在美国和日本每年的油气蒸发量约占年产量的3%～5%，也就是说每年蒸发掉的油气量约为l×108～1.67×108t。每年我国的油气损耗量为600×104t，其中70%～80%是油品在储运过程中油气蒸发损失造成的。

因此，在罐装油品储存过程中如何降低油气蒸发损耗，以及如何采取有效方法和措施控制蒸发量，是油品储运重点研究的课题。

1 油气蒸发原因

罐装油品在装油、卸油及运输过程中都会有油品的蒸发损失，油品的损耗主要分为油品气化、气相传质及油气混合排逸等三部分。

1.1 油品气化

油品在罐内储存过程中，主要是以蒸发形式气化，液体气化主要存在于气液两相共存体系中。在一定的压力和温度条件下，气液接触并且油品蒸气未达饱和状态的情况下，均会产生气体蒸发。油品气化蒸发的速度取决于油品储存温度、油罐内油品的自由表面积大小、蒸气的浓度、所处环境的压力及油品品质，其中油品的储存温度是最主要原因。据研究检测，2000m3的油罐上安装相应面积大小的隔热层，可以降低油品气化蒸发量的50%。因此，在油罐上面安装反射隔热板也是非常有必要的，也可以采用非金属油罐等措施，降低油品周围环境的温度，从而降低气化蒸发。

1.2 油罐车内气相传质

油罐内气相传质以分子扩散、热扩散和强制对流三种形式传质。

（1）分子扩散。由于油罐空间内油气浓度不均匀分布，气液会根据浓度大小而发生运移，这就是分子的扩散，分子会从高浓度向低浓度扩散。油罐底部油气密度大于其上部空间的密度，促使油罐内空间在纵向上形成了油气浓度梯度，油气分子将向上空迁移，导致油罐内空间油气分子浓度增加，一旦与外界接触，就会产生油气蒸发损失。

（2）热扩散。油罐内温度的变化也会导致油气的扩散，这种方式扩散称为热扩散。随着罐内温度的变化，罐内部空间的温度分布就会不均匀，导致气体的迁移，油气从能量高的空间向能量低的空间扩散。

（3）强制对流。油罐在运输过程中，会导致罐内空间压强不均匀分布，在压差的作用下，罐内的油气将从高压区向低压区运移，而且运移的量很大，这种强制对流方式还可能出现在罐内环境温度的聚变以及收发油的操作环节中。

2 浮顶罐蒸发损耗量计算

针对浮顶罐蒸发损耗量中的浮顶罐小呼吸排放量的计算，国内外已经展开了许多研究工作。其中得到公认的有中国石油化工（CPCC）系统编制的相应经验公式、美国石油学会（API）推荐的经验公式和美国国家环保局（EPA）的经验公式。下面以API和CPCC的有关公式进行分析。

2.1 CPCC小呼吸经验公式

中国石油化工系统小呼吸经验公式为

式中LFS为外浮顶罐和内浮顶罐年蒸发损耗（kg/a）；K为系数（外浮顶K=3.1，内浮顶K= 2.05）；V为罐外平均风速（m/s）；Pr为蒸发压函数；D为储罐直径（m）；My为油品蒸发的平均分子量；Ks为密封系数；KC为油品系数（原油KC= 0.4，除了原油外所有的石油液体KC=1）；EF为二次密封系数（单层密封EF=1、二次密封EF= 0.25）；n为与密封有关的风速指数。

2.2 API小呼吸推荐公式

美国石油学会蒸发损耗小呼吸推荐公式为

式中LS为小呼吸排放量（m3/a）；Kf为罐型系数（焊接油罐Kf=0.045，铆接油罐Kf=0.13）；p为散装温度下液体的真实蒸气压（mmHg）；VW为平均风速（m/s）；KS为密封系数，传统二次密封取KS=0.9；KC为油品系数（汽油KC=1.0，原油KC=0.75）；EF为二次密封系数。

2.3 计算公式分析

上述计算公式（1）、（2）虽然都考虑到了罐外实际情况（平均风速、蒸发压）、罐型（罐型系数）、油品种类（油品系数）、密封程度（二次密封）等影响因素，但也有几点不同之处：

首先，罐型的关注点不同，美国石油学会考虑的是油罐本身的密封程度，认为在蒸发抑制作用方面焊接油罐优于铆接油罐。中石化考虑的是浮顶的密封程度，认为内浮顶相对外浮顶来说蒸发抑制作用更好。

其次，罐外各影响因素的程度不同，美国石油学会认为蒸发损失量与蒸发压呈指数关系，而与罐外风速呈线形关系。中石化认为储存时浮顶罐蒸发损失量与罐外的风速密切相关（呈指数关系），与蒸发压影响仅为线形关系。

第三，油品种类的影响程度不同。美国石油学会认为原油与汽油蒸发损失的数值关系为1∶1.33（汽油KC=1.0，原油KC=0.75）。中石化认为原油与其他油品蒸发损失的数值关系为1∶2.5（原油为0.4，除了原油外所有的石油液体为1）。本文认为由于各种客观原因，各个因素影响程度的不同，应根据具体情况分析，不可一概而论。例如，对于多风的西北地区可以更多地考虑罐外风速的影响；对于气温较高的地区，可以认为蒸发压的影响程度较高。

3 控制油气蒸发措施

控制油罐内油气蒸发主要是从装油、运输、卸油三个过程中采取措施，当然还可以从建立健全的收发油和储油管理制度、淋水降温、增加隔热层、浮顶油罐等方面加强技术引进，可以大幅度减轻油气的蒸发量，减小损失。

3.1 装油方式

采取油罐底部装油方式，可以保持油品液面高于鹤管出油口，减少鹤管出口油与气相空间油气的接触。与顶部装油方式相比较，油罐底部装油方式可减小油气蒸发量。油罐底部装油方式可以避免工作人员攀爬，进油速度是顶部装油速度的2倍，而且在油库等待装油的时间是以前的一半。底部装油的优势在于对罐内油品污染小，属于完全密封装油，不会在装油过程中带入污染物。

3.2 运输方式

油罐在运输过程中，控制油气蒸发最好的方式是安装油气回收装置。目前我国油罐油气回收装置主要部件有：①中央紧急切断阀，主要安装在油罐底部；②API标准手控式装卸油快换接头，主要安装在油罐下部的操纵箱上；③油库DN80型接头与油罐的DN100型接头对接，实现变径卸油。

3.3 卸油方式

油罐车运输油品的卸油方式主要是浸没式卸油。参照发油时油气蒸发的控制原理，根据欧美国家加油站建设的经验，将油气回收分为两个阶段：密闭卸油和密闭发油。密闭卸油是指油罐车卸油时，将油罐车的输油管和储油罐油气回收管组成密闭连接系统，这样储油罐中油气通过管线输送到油罐车中。油罐车卸油工作原理是在卸油作业时，通过油罐上方空间气体正压，以及油罐车向油罐卸油时产生的真空，利用压差，将卸油产生的油气通过密闭软管连接系统回收到油罐车内，经过油罐车的运输到达加油站点，高效集中回收加油站产生的油气。这种油罐车可以高效地回收卸油产生的油气，并能安全地运输到指定站点。

3.4 收集和回收

采用密闭集气系统，可防止油气的损失。将储存同类油品油罐的气体空间用管线连通，并与1个集气罐相连，构成1个密闭的集气系统。

3.5 健全油品管理制度

建立健全油品管理制度包括：保障油品在较高的装满程度情况下，进行油品的储存和运输；适当减少中间库内输转环节，可以减小与空气接触，降低氧化损失；及时地收发油品，缩短收发油的时间间隔；掌握收油速度，尽量不要分次进油；检尺完毕应尽快盖上油盖，减少空气的进入和油气散失。

（栏目主持 张秀丽）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.3.017