挥发性有机液体储罐呼吸损耗计算及防治措施

谢国民

（苏州高新区环境保护局，江苏 苏州 215000）

挥发性有机液体储罐呼吸损耗计算及防治措施

谢国民

（苏州高新区环境保护局，江苏 苏州 215000）

论述了挥发性有机液体储罐呼吸损耗常用计算方法及其适用范围，包括美国国家环保局（EPA）推荐方法、美国石油学会（API）推荐方法、石油库节能设计导则推荐方法和中国石油化工系统经验公式；基于储罐呼吸损耗原理提出相应防治措施，其中减缓大呼吸损耗措施主要是蒸气回收和蒸气平衡技术，减缓小呼吸损耗措施主要是罐体选型、控制温差、设置呼吸挡板以及介质保护等。

挥发性有机液体；储罐；呼吸损耗；防治措施

挥发性有机物（Volatile Organic Compounds，VOCs）是一种较为常见的大气污染物，对大气环境的影响与危害巨大。VOCs种类较多，物化性质多样，一些活性强的VOCs不仅是大气臭氧和二次有机气溶胶污染的重要前体物，且具有高毒性、致癌性，直接排放对人体健康会造成一定的危害。

根据《十三五规划全国分行业VOCs排放基数-江苏省》可知，目前江苏省工业源VOCs的排放量最高，约占全部VOCs总排放量的43.84%，远高于交通源、生活源或农业源。根据《国民经济行业分类和代码表》（GB T4754-2011），石油和化学工业VOCs排放量为40.84万吨，占工业源排放量的40.35%，成为我省目前VOCs的主要源头。

研究表明[1-2]，VOCs作为石油和化学工业的特征污染物，其无组织排放源主要包括挥发性有机液体储存与装卸、管道和设备泄漏、废水集输处理系统、固废液储存系统、非正常工况等，而有机液体储存与装卸排放量所占比例高达39%，是最主要的排放源。精确估算挥发性有机液体储罐VOCs呼吸损耗量，基于储罐呼吸损耗原理设定针对性的控制措施，对于VOCs减排具有极其重要意义。

1 挥发性有机液体储罐呼吸气计算方法

目前用于挥发性有机液体储罐呼吸气计算方法主要是公式法，该方法是以理想气体状态方程为计算基本，将理论分析与实验数据或经验值相结合进行计算。目前常用美国国家环保局（EPA）推荐方法、美国石油学会（API）推荐方法、《石油库节能设计导则》方法以及《散装液态石油产品损耗》方法等[3]。

1.1 美国国家环保局（EPA）推荐方法

EPA推荐方法对拱顶罐与浮顶罐中的蒸发损耗均进行了定义，其公式如式（1）、（2）所示[4]。

浮顶罐：LT1+LW+LR+LF+LD+LX（1）

拱顶罐：LT2+LW+LS+LF+LX（2）

式中：LT1为浮顶罐总损耗量，LT2为拱顶罐总损耗量，LW为工作损耗量，LR为板层边缘密封损耗量，LF为板层附属配件损耗量，LD为板层接缝损耗量，LX为倒灌损耗量，LS为静损耗量。

1.2 美国石油学会（API）推荐方法

API推荐方法对拱顶与浮顶的储罐类型及其存在的大呼吸与小呼吸的蒸发损耗均进行了不同的定义[5]，具体内容见表1。

表1 API推荐的储罐呼吸损耗计算公式

1.3 石油库节能设计导则推荐方法

该方法对拱顶、浮顶以及内浮顶中大护膝与小呼吸的蒸发损耗均适用了公式进行描述，其具体内容与表2所示。表2中的公式均是将理论分析与实验值或经验值相结合，并经过严谨的推导以后得来的，精确性较高，适用性较好[6]。

表2 石油库节能设计导则蒸发损耗计算公式

1.4 中国石油化工系统经验公式

该经验公式对固定顶、浮顶、拱顶的储罐类型中大呼吸与小呼吸的蒸发损耗均进行了定义与描述，具体如表3所示[7]。

表3 中国石油化工系统经验公式

2 污染控制措施

2.1 减缓大呼吸措施

2.1.1 蒸气回收设施

蒸气回收设施能够明显减少储罐VOCs大呼吸排放，部分蒸气回收设施设施对VOCs的回收率能达到90%甚至达到 99%[8]。目前常用的蒸气回流设施包括单极冷凝、单极吸收、单极吸附、单极膜分离、两级联用等，其VOCs回收率分别为80%～95%、90%～97%、90%～99.5%、90%～99.5%和99.98%，回收设施出口非甲烷总烃排放浓度分别为50 g/m3、35 g/m3、＜10 g/m3、＜10 g/m3和0.15 g/m3[9]。

2.1.2 蒸气平衡技术

装卸挥发性有机液体时，应采取装有气相平衡管的密封循环系统，使大呼吸尾气形成闭路循环，消除装卸时VOCs无组织排放。某企业对二甲苯储罐（50 m3）和计量罐（3 m3）设置了气相平衡管，治理前后监测数据见表4。如表4所示，治理前该企业存在明显的排放超标；治理后排放量明显减少，并达到相关标准的要求。

表4 治理前后数据对比（n=4）

2.2 减缓小呼吸措施

2.2.1 罐体选型

《石油化学工业污染物排放标准》（GB31571-2015）、石油炼制工业污染物排放标准（GB31570-2015）、上海市地标《大气污染物综合排放标准》（DB31/933-2015）等中明确提出应根据物料的蒸气压和储存量合理选择罐型。即对于低沸点有机液体而言，浮顶罐或内浮顶罐是较好的选择；而对于高沸点或挥发性较差有机液体而言，固定顶罐是较好的选择[7]。根据美国EPA提出的要求，在各种情况下储罐类型的选择如表5所示[10]。

表5 EPA对贮罐VOCs排放控制要求

2.2.2 控制温差

在控制温差方面主要有两个方法：一是储罐表面喷涂层，通过在储罐的外表喷上浅灰或银灰色的涂层，能够减少储罐对阳光照射后热量的吸收，从而减少温差，减少有机溶剂的排放；二是灌顶装设喷淋冷却水系统，由于储罐表面喷涂层并不能够完全阻止储罐温度的上升，因此通过使用喷淋冷却水系统能够进一步对储罐进行降温，减少温差而减少废气的排放。

2.2.3 设置呼吸挡板

呼吸档板安装在防火器下面，其工作原理是当大量空气进入罐内时，呼吸档板能够对强劲的空气流达到阻碍与分流的作用，从而减少了强劲的空气流直接吹到有机溶剂的表面而加速蒸发。

2.2.4 介质保护

介质保护指的是通过有关介质将储罐与外界环境隔离，一方面减少废气排放，另一方面提高储罐的安全性。目前在实际应用中最为广泛的介质气体为氮气。

3 结论

本文论述了挥发性有机液体储罐呼吸损耗国内外常用计算方法，确证了其在不同方面的应用，基于储罐呼吸损耗原理提出了减缓大小呼吸的措施。希望本研究能够在实际应用中发挥作用，减少贮罐VOCs的排放，提高当地空气质量。

[1] 张鹏, 赵东风, 牛麦针. 石化企业无组织排放源强核算方法综述[J]. 四川环境, 2012, 31(6): 115-121.

[2] 何小珍. 浅谈影响储罐有机废气大小呼吸的因素及减缓措施[J]. 广东化工, 2006, 33(7): 97-99.

[3] 陆立群, 伏晴艳, 张明旭. 石化企业储罐无组织排放现状及定量方法比较[J]. 辽宁化工, 2006, 35(12): 728-731.

[4] Center for Environmental Research Information, Office of Research and Development, US Environmental Protection Agency (EPA).Compendium Method TO14A/TO15[M]. Cincinnati: EPA, 1997.

[5] 张鹏, 赵东风, 牛麦针. 石化企业无组织排放源强核算方法综述[J]. 四川环境, 2012, 31(6): 115-121.

[6] 石油库节能设计导则（SH/T 3002-2000）[S]. 国家石油和化学工业局, 2000.

[7] 戴小平, 徐骏. 有机溶剂储罐呼吸气的计算及防治措施[J]. 浙江化工, 2010, 41(7): 27-30.

[8] Joint Research Centre, Institute for Prospective Technological Studies (IPTS), European IPPC Bureau. Best available techniques(BAT) reference document for the refining of mineral oil and gas[R]. final draft. 2013-07.

[9] 李何. 石化企业无组织排放废气的减排对策及案例分析[J]. 北方环境, 2011, 23(11): 34-35.

[10] Atkinson R, Arey J. Atmospheric degradation of volatile organic compounds[J]. Chem Rev, 2003, 103(12): 4605-4638.

Calculation of Breathing Loss in Volatile-organic-liquid-tank and Their Preventive Measures

XIE Guo-min
（Suzhou Hi-tech Zone Environmental Protection Bureau, Suzhou 215000, China）

The common methods of calculation of breathing loss in volatile-organic-liquid- tank were discussed, such as EPA method, API method, SH3002-2000 method and CPCC method. Based on the principle of breathing loss in volatile-organic-liquid- tank, the preventive measures were provided. The measures of vapor recovery and balance technology can reduce the big breathing loss, while the measures of selection of tank type, controlling of tank temperature, setting of breathing baffle and media protection can reduce the smoll breathing loss.

volatile organic liquid; tank; breathing loss; preventive measure

X511

A

1009-220X(2016)05-0037-05

10.16560/j.cnki.gzhx.20160517

2016-08-10

谢国民（1973~），男，江苏苏州人，本科，工程师；主要从事环境监督管理。xie.gm@snd.gov.cn