氯苯储罐挥发量损耗计算及降低措施

杨晓东

（道恩特种弹性体材料有限公司，山东龙口 265700）

原油在加工的每个环节中，其轻馏分会逐渐蒸发，比空气重，非常容易在油罐的周围发生聚集，这不仅会降低原油质量，还会留下很大的隐患。对此，分析怎样减少蒸发损耗，不管是从环保的视角出发，还是从提高效益来看，都有着至关重要的意义。

1 氯苯的主要基础数据

外观与性状：无色透明液体，具有苦杏仁味。熔点（℃）：-45.2相对密度（水=1）：1.10沸点（℃）：132.2相对蒸气密度（空气=1）：3.9分子式：C6H5Cl分子量：112.56饱和蒸气压（kPa）：1.33（20℃）临界温度（℃）：359.2临界压力（MPa）：4.52。

氯苯储罐体积及数量见表1。

名称 体积（m3） 材质 数量氯苯储罐 30 搪瓷 4

表1 装置内的氯苯储罐体积及数量

根据最新的GB 16297—2017《大气污染物综合排放标准版》规定：氯苯类物质在大气中的最高允许排放浓度为60mg/m3，最高排放速率为0.87kg/h（排放口高度为20m）

氯苯对环境有较大危害，对水体、土壤和大气均可造成污染，同时危害人体健康。

氯苯对人体健康的危害包括：对中枢神经系统有抑制和麻醉作用，对皮肤和黏膜有刺激作用。氯苯急性中毒表现为：接触高浓度氯苯可引起麻醉症状，严重者可昏迷。脱离现场积极救治后，可较快恢复，但数日内仍有头痛、头晕、浑身无力、食欲减退等症状。氯苯对皮肤有轻度刺激作用，反复接触可导致皮肤出现红斑或发生轻度浅表性坏死。氯苯慢性中毒表现为：眼痛、流泪、结膜充血，早期有头痛、失眠、记忆力减退等神经衰弱症状，严重的可引发中毒性肝炎，个别的可导致肾脏损害。

2 氯苯挥发量主要来源

2.1 储罐进料

氯苯进入储罐内，罐内液位升高，挤压罐内空间，当空间压力超过呼出设置压力时，将氯苯气体排放到废气总管。

2.2 热胀冷缩效应

随着气温升高的热胀冷缩效应，罐内液体气体 体积膨胀过程，将空间氯苯气体排放到废气总管。

2.3 储罐出料

出料过程中，罐内空间增大，储罐内部压力下降，导致氮气持续补入，罐内空间气体浓度下降，导致液面蒸发加剧，再次形成饱和浓度的挥发气体。

3 氯苯排放气量的计算可用下列公式

式中，Gs为有害物质的散发量，g/h；V为车间或室内风速，m/s；pO为有害物质在室温时的饱和蒸气压力，kPa；F为有害物质的敞露面积，m2；M为有害物质的分子量。

其中：氯苯的饱和蒸汽压可用Antoine方程求算，即lnpo=A-B/T+C

式中：T为物系温度，K，pO为饱和蒸汽压，kPa，A、B、C为Antoine常数。其值如表2所示。

组分 A B C氯苯 16.067 6 3 295.12 -55.60

表2 氯苯的安托尼参数

经计算常压下氯苯的蒸汽压，如表3所示。

表3 氯苯在不同温度下的饱和蒸汽压数据

排放管风管流速为10m/s，氯苯储罐的温度取值为40℃

则单台氯苯储罐的氯苯气体排放量Gs=（5.38+ 4.1×10）×26.12×0.1×0.1×1120.5=128g/h。

装置内有氯苯储罐若干，总排放量Gs总=14 250g/h。

根据最新的GB 16297—2017《大气污染物综合 排放标准版》规定的最高排放浓度要求，则废气处理装置的回收率需达到：（14.25-0.87）/14.25 ×100%=94%，目前ACF的吸附回收率能满足工况要求，但安全裕度不大，故考虑合理有效降低氯苯排放量的措施是有现实必要的。

根据道尔顿分压定理：气相氯苯含量=氯苯饱和蒸汽压/总压，温度不变，氯苯饱和蒸汽压不变，加入氮气后，总压上升，导致液面增发下降，所以气相氯苯含量下降。

充入氮气不可能改变氯苯的饱和蒸汽压，但由于增加了氮气使储罐气样中的氯苯分压下降，对减少氯苯的排放损失是有作用的。同时氮气含量越高，氯苯的蒸发率越低，可以有效地降低蒸发率。

气相氯苯含量算可用下列公式：

（1）氮封后的氯苯散发量计算

氯苯排放量计算公式：

1）Gs=（5.38+4.1V）pO·F·（M）0.5

2）M=n1×M1+n2×M2

式中，Gs为有害物质的散发量，g/h；n1为气相氮气含量百分比，%；n2为气相氯苯含量百分比，%；V为车间或室内风速，m/s；pO为氯苯饱和蒸气压力，kPa；F为有害物质的敞露面积，m2；M1为氮气分子量；M2为氯苯分子量；M为混合气平均分子量

氯苯储罐氮封压力控制：101.325kPa，根据道尔顿分压定律：其中氯苯气相分压为：3.482kPa，氮气气相分压为：97.843kPa，则：

3）气相氮气含量百分比，%：n1=（760-26.12）/760=96.5%

4）气相氮气含量百分比，%：n2=26.12/760=3.5 %，则混合气体的平均分子量为：M=112.56×3.5%+28×96.5%=3.94+27.02=30.96，氮 封 后 单 台氯苯储罐的氯苯气体排放量Gs=（5.38+4.1×10）×26.12×0.1×0.1×30.960.5=67.31g/h，单罐排放量由Gs=128.00g/h降低至：Gs=67.31g/h，总排放量由Gs总=14 250g/h降低至：Gs总=7 493g/h，计算结果表明：增加氮气气相分压可以降低氯苯气的排放损失量则废气处理装置的回收率需达到：(7.49–0.87)/7.49×100%=88%，大大增加了达标排放的概率，降低了造成环境事故的风险。

另外降低氯苯排放量的措施还有：①对一体化呼吸阀参数进行合理选型，确认呼吸阀“开启压力”（“呼出”或“吸入”状态时的压力）参数是否合理。②减少热胀冷缩效应，合理控制温度，物料温度每上升10℃，经理论计算，氯苯的排放量损失将增加60%。③合理设置废气处理装置的吸附、再生、冷却时间（根据物料的工况变化）。

4 降低储罐油品蒸发损耗的方式

4.1 降耗的技术方式

消除油面以上的气体空间，就是消除蒸发现象存在的自由表面，这不但能够消除小呼吸损耗，还能够消除大呼吸损耗。

4.1.1 应用浮顶罐

由于浮顶和液面两者之间并不存在气体，致使油品难以挥发，因此，就可以有效消除大小的呼吸损耗。就现阶段发展而言，这在国外已经得到了大量的应用。据相关人员调查研究显示，浮顶罐的蒸发损耗仅仅是普通固定顶油损耗的5%左右，所以，非常适用于收发油作业较频繁的油库中。

浮顶罐可划分为外浮和内浮。结合浮顶罐的结构可以看到，内浮要比外浮的结构更加简单，可以有效避免风沙等，对油品造成的污染；灌顶与浮盘之间的空气层，能够起到良好的隔热效果，这对于维持油品的温度来说，有着极大的帮助；方便将固定顶油罐，转化成内浮顶油罐；受到外界风力的影响比较小，在相同密封装置的情况下，静止储存损耗会更小，这些都是它的优势。所以，外浮顶罐适用于储存原油，而内浮顶罐经常被用在储存汽油等轻质成品油。

基于浮顶和内浮顶的油罐造价都很高，并且要是操作不当的话，还会造成浮顶被卡住等情况。随着近些年的不断发展，使得国外出现了新型材料——凝胶浮顶。其成本不仅低，而且在操作方面还非常便捷，属于一种发展空间大的降低损耗材质。

4.1.2 提高油罐的承压能力

加强油罐的承压能力，不但可以全部消除掉小呼吸损耗，还能够在很大程度上减少大呼吸损耗。若是想增强油罐的承压能力，正常改善油罐的设计结构，可把油罐设计成扁球形顶立式圆柱形油罐、拱顶油罐等。但是除了拱顶油罐，其他类型的油罐因结构过于复杂、容量小等，现在应用的并不是很多。

球形油罐是承受内压能力最高的压力油罐，主要作用于储存低沸点的液化石油等，正常来说，很少在油库内使用。

就现阶段发展而言，应用最多的是拱顶油罐，承受内压的能力为2.0kPa。只要加以改善，就能够在最大程度上增强承压能力，起到良好的降耗效果。

4.1.3 降温和应用绝热方式

小呼吸损耗是因为太阳的辐射，以及大气温度昼夜变化而出现的。所以，如对地面的油罐进行淋水降温，正确筛选油罐外壁的涂料等，对降低小呼吸损耗来说，可起到非常好的效果。应结合油库的具体状况，实际问题进行分析。

4.1.4 借助附属设备

对于比较大的油库来说，可选用管线，将部分承压相同、储存一样油品油罐的气体空间连接在一起，从而使排气油罐所排出的油气，通过管线进入压力降低需要吸气的油罐，不断减少油蒸汽排入大气。条件情况允许的油库，还可以创设集气罐，让油气完全不排向大气，真正降低呼吸损耗。并且安装呼吸阀挡板，也是一种非常有效的降耗方式，适用于储存原油等一切装有呼吸阀的固定油罐。

不管是应用集气系统，还是连通系统，为避免某一油罐发生火灾后，而涉及所有被连通的油罐，甚至说是整个油库，都需要在油罐附近的气体连通管上安装防火器。

4.2 提高管理，改善操作方法

（1）适时筛选收发油时机，有利于降低大呼吸损耗：据相关人员调查研究显示，在傍晚到午夜温度下降较快的时间内收油，就会使油罐的大呼吸损耗变小。若是收油过程中，正是温度上升的时候，那么罐内的气体就会不断膨胀，油面蒸发的速度也会加快，小呼吸损耗和大呼吸损耗同时发生，从罐内溢出的气体量，将会高于同一时间的进油量，从而加大蒸发损耗。反之，若是在降温的时候收油，气体就会因降温，而发生收缩，再加上蒸汽分子凝结加快，使得罐内排出的气体量少于进油量，进而使损耗减少。

（2）收油时，要加大泵的排量：此方法不但可以增强工作效率，减少操作所需要的时间，还会因油品在收油过程中来不及大量蒸发，而降低呼吸损耗。反之，发油作业应该慢一些开展，让油面蒸发的时间久一些，这样就可使气体空间的油品蒸汽浓度下降慢，以此防止发油结束时，出现回逆呼出损耗。

（3）若是有条件的话，可以在发油之后的一会，就进行收油，这样就会减少油品蒸汽的浓度，降低大呼吸损耗。在进行收油的时候，需尽可能地一次连续收油，不能间断地分好几次收油。

（4）在开展发油作业时，为降低因回逆呼出造成的损耗，可在呼吸阀的下方，安装一块挡板，可有效防止油面上的蒸气大浓度层被冲散，而降低回逆呼出损耗。

（5）在油库内同时拥有浮顶罐和固定顶油罐时，应该优先应用浮顶油罐来开展收发油作业。

5 结束语

估算氯苯储罐的呼吸排放量，并采取合理有效的减排措施，正确选型储罐呼吸阀、合理设置氮封压力和排放气体的流速及管径，对环境保护和人体健康均具有极其重要的意义。