石油储运过程损耗分析研究

宋建英 高明 金佳佳 周师玉 徐可心

摘 要：为解决石油在储运过程的损耗问题，对石油储运过程中的损耗成因及影响因素进行了阐述。影响石油出现损耗现象的主要因素：液体的性质、环境条件及储存罐结构等。常用的石油储罐：固定顶储罐及浮顶储罐，固定顶储罐内混合气体的温度、压力及浓度可随着外界环境的变化而变化，且在作业收发过程中易造成动液面出现损耗现象;浮顶储罐的多方面性能均优于固定顶储罐，可最大限度地降低“大小呼吸”产生的废气，且浮顶储罐的石油蒸发损耗量较小。最终选用浮顶储罐作为石油的储存场所。

关键词：石油储运;蒸发损耗;损耗成因;浮顶储罐

中图分类号：TE89 文献标识码：A文章编号：1001-5922（2022）02-0039-04

随着我国经济水平的增长，使石油储运量迅速提升且罐区的规模不断扩大。石油是一种包含多种碳、氢化合物的油状液体，该液体在常温条件下即可出现挥发现象及油品损耗。油品在交通密集地区的大量损耗易引发安全事故，对于大气的污染现象较为明显。对石油进行装车和卸车时，石油可发生蒸发、滴漏等现象，如何解决油品的储存问题成为管理人员关注的焦点之一。为此本研究对石油储运过程中的损耗成因及影响因素进行了阐述。

1 石油储运过程蒸发损耗分析及影响因素

石油属于燃点较低的液态油状物，在储运过程中易受环境温度和压力的影响，从而出现油气蒸发扩散、油品泄漏等现象。当油品蒸汽在空气中与其充分混合后，可发生物理反应，并生成爆炸性混合气体。该气体遇到高温环境即可发生燃烧爆炸。当前单个油罐的容积逐渐走向大型化，一旦发生爆炸现象，可引发巨大的人员、环境及财产方面的损失[1]。

在单位时间内蒸发速度及蒸发率可表示为：液体从气体界面进入气体空间的净量e，其单位为kmol/s或kg/s。净量公式[3]：

e=dmdτ

可采用菲克定律对单位面积内气体扩散的通量进行描述，其中气体扩散的通量为：气体在单位时间内通过垂直于浓度梯度方向上产生扩散现象。此时液体中可供蒸发的表面积为f，则公式为：

e=dmdτ=-cDfdydzz=0

e=dmdτ=-DfRTdpdzz=0

式中：dpdz表示扩散方向为z时，气体在该方向上的分压梯度，Pa/m;dydz表示扩散方向为z时，气体在该方向上的摩尔分率梯度，m-1;T为气体温度，K;D为分子扩散系数，m2/s;c为气体浓度，kmol/m3[4]。

影响石油蒸发速度的主要因素包括：

1.1.1 液体的实际温度

液体在蒸发过程中，其蒸发速度与温度之间存在正比关系，若液体处于高温环境下，随着温度的升高，可使液体的蒸发速度不断加快。液体温度与内部分子的平均平动动能之间处于正比例关系变化，随着液体温度的不断升高，分子的平均平动动能逐渐增大，该现象可使逸出液面的分子数增多。为克服该现象，需要对分子间存在的作用力进行做功[5]。

1.1.2 液体自由表面

在气、液两相系统中，液体的蒸发速度与直接接触的液体自由表面之间也呈正比关系。随着接触的液体自由表面不断增大，可为液体分子提供逸入氣相的机会，在单位时间内进入气相的分子数越多，则表明液体蒸发的速度越大。1.1.3 液体蒸发浓度

在气相中液体蒸发的浓度越高，可使液体分子数不断增长。随着液体分子与液面之间接触频率的不断增加，可支持液体分子重新回到液相，从而使液体的蒸发速度出现不断降低现象。假设气相中液体蒸汽的饱和度用S表示，液体蒸汽的饱和度与蒸发速率e之间的关系为：二者之间处于反比例关系变化，随着液体蒸汽的饱和度不断降低，蒸发速率处于不断增长状态，即S越小，e越大。液体蒸汽的饱和度S的公式：

S=cAcAS=PAPAS=vAvAS

式中：cA为液体蒸气的浓度;cAS为液体蒸气浓度的饱和值;PA为液体蒸气分压;PAS为液体蒸气分压的饱和值;vA为液体蒸气的分体积;vAS为液体蒸气分体积的饱和值;S为液体蒸气饱和度[6]。

1.1.4 混合气体总压强

为保证石油储运罐不出现热胀冷缩现象，通常情况下，在储运罐内部留有一定空间，石油产生的蒸气与上方控制混合，可形成爆炸性气体。若外界条件均处于不变的情况下，随着混合气体压强的不断增大，可使气相内液体蒸气分子撞击液面的频率与被捕获的分子数也随之增长，最终导致逸入气相的分子数变少。

1.1.5 液体种类

不同种类的液体，若分子间作用力存在较大差异，但所处的环境条件一致，也可使蒸发速率出现不一致现象。液体相对密度、分子内聚力以及液体蒸发速率三者之间的关系为：随着液体相对密度的不断减小，可使液体内各分子之间内聚力处于降低状态。而液体的蒸发速度会越来越大。

2 石油贮运过程蒸发损耗成因

石油在贮存罐内运输过程中，其内部液体易出现蒸发损耗现象，使石油产生蒸发损耗现象的主要影响因素为：液体的性质、环境条件及储存罐结构等。当前常用的石油储罐为：固定顶储罐及浮顶储罐。

2.1 固定顶储罐及损耗成因

2.1.1 固定顶储罐结构

固定顶储罐主要包含两种类型：垂直和水平固定顶储罐。其中垂直固定顶储罐的罐体为圆柱形结构，上端为锥形或者拱形的固定顶。垂直固定顶储罐对气体进行排放时，通常需要通过呼吸阀，该方式属于一种无组织气体排放方式，易受温度、压力及液面高度等因素的影响。垂直固定顶储罐整体结构如图1所示。

水平固定顶储罐主要包含两种类型：地下式及地上式水平固定顶储罐。水平固定顶储罐凭借自身承压能力强、体积小等优势，被广泛应用于油品需求量较小的企业，有利于安装、拆卸及运输的简便性。地下式水平固定顶储罐内部油气大量损耗的原因是：对石油进行收发过程中，石油液面的高度易出现变化，从而引起油气损耗现象的发生。但通常情况下地下的环境条件较为稳定，由地下环境因素而引发的油气损耗现象可忽略不计[7]。

2.1.2 固定顶储罐损耗成因

“小呼吸”损耗的发生过程为：太阳出来后，外界环境的温度不断增高，可使储罐内气体空间及油面温度不断上升，此时石油的蒸发速度随着温度及空间的不断增长而逐渐加快;油气体积也随着温度及空间的变化而变化，该现象可直接影响混合气体的压力，使混合气体的压力增加。当固定顶储罐内压力达到所能承受的最大范围时，固定顶储罐顶部分呼吸阀被打开，油品的蒸气可伴随混合气体一定排出罐外。固定顶储罐对空气的吸入时间在午后，空气吸入流程为：当温度处于下降状态时，固定顶储罐上方气体体积处于不断收缩状态，气体体积收缩至一定状态，储罐真空阀打开即可吸入空气，且油品的蒸发速度随着油气浓度的降低而加快。

固定顶储罐在作业收发过程中易造成动液面出现损耗现象。固定顶储罐对石油进行储存时，罐内油品液面不断上升，使油面上方气体空间逐渐减小、压力随之增大。当罐内压力达到固定顶储罐承受压力的最大范围时，打开呼吸阀呼出气体;发油时固定顶储罐内部油面下降，此时罐内压力逐渐下降，打开真空阀吸入空气，随着混合气体浓度的不断降低，可使石油的蒸发速度加快，此类油品损耗现象可称之为“大呼吸”损耗。

2.2 浮顶储罐及损耗原因

2.2.1 浮顶储罐结构

浮顶储罐主要用于对原油进行储存，包括外浮顶储罐及内浮顶储罐两种类型。外浮顶储罐的罐体结构一般为钢，其组成结构为：圆柱形壳体及可浮动浮顶。外浮顶储罐内部浮顶与石油液面之间存在的气体空间较小，不会随着储存量的变化而变化，可有效降低油面的蒸发损耗现象。但是该储罐的浮盘与罐壁之间存在较严重的密封不严现象，可造成石油出现污染。

内浮顶储罐的构建主要在固定顶储罐的基础上增加浮盘，在功能上充分结合固定顶储罐及外浮顶储罐的优势，有利于降低汽油的蒸发损耗现象，并保证储存液体不被外界环境污染。

2.2.2 浮顶储罐损耗成因

浮頂储罐出现石油损耗的根本原因：浮顶储罐内部包括浮盘结构，随着浮盘的上下移动，可使浮盘与储运罐之间形成密闭空间，该空间易出现封闭不严现象，从而引发石油的损耗，该损耗现象可称之为“小呼吸”损耗。当储罐内部油面处于下降状态时，部分石油粘附在储罐的内壁，该损耗现象可称之为“大呼吸”损耗[8]。

通过上述内容可知，浮顶储罐的多方面性能均优于固定顶储罐，可最大限度地降低“大小呼吸”产生的废气;且浮顶储罐的石油蒸发损耗量较小。

3 结语

由于石油在储存运输过程中，其内部液体易出现蒸发损耗现象，并且石油易受环境温度和压力的影响，从而出现油气蒸发扩散、油品泄漏等现象。

当油品蒸汽在空气中与其充分混合后，可发生物理反应，并生成爆炸性混合气体。该气体遇到高温环境即可发生燃烧爆炸，可引发巨大的人员、环境及财产方面的损失。为此，对石油储运过程中的损耗成因及影响因素进行分析，最终选用性能更具优势的浮顶罐储运石油。

本文只研究了饱和蒸气压对储罐蒸发损耗的影响，为更准确的估算石油的蒸发损耗情况，应进一步对石油的多种特性进行分析。

【参考文献】

[1] 滕培焱.石油储运工艺中的安全措施研究[J].工程技术研究，2020（11）：279-280.

[2] 邓雄伟.石油储运系统应急管理发展研究[J].当代化工研究，2018（6）：77-79.

[3] 马洪.初探安全管理对石油储运管理的重要性及防范[J].中国石油和化工，2016（S1）：282-283.

[4] 李魁亮，古道金.石油储运污染问题及有效应对举措[J].石化技术，2017（10）：270-271.

[5] 杨钰喆.探讨石油储运过程中的非安全因素及措施[J].石化技术，2016（4）：258-259.

[6] 吴昱嫣，方浩，梁霄.石油原油储运过程的损耗问题与对策[J].石化技术，2019（5）：238-239.

[7] 马诗杰.“循环利用”照亮制革企业复兴之路[J].中国皮革，2020，49（8）：66-72

[8] 肖刚，殷文钢，巩向鑫.油品储运过程中油气蒸发损耗问题分析与对策探究[J].中国石油和化工标准与质量，2019（9）：35-36.