油品裝車裝船揮發(fā)損失的計(jì)算與研究

胡志勇，吳 明，牛 冉，劉嬌陽，李秉繁

（1. 遼寧石油化工大學(xué) 石油天然氣工程學(xué)院，遼寧 撫順 113001； 2. 中國石油大學(xué)（華東）儲(chǔ)運(yùn)與建筑工程學(xué)院，山東 青島 266071）

油品由罐區(qū)經(jīng)棧橋（或油碼頭）通過裝油鶴管裝入罐車（或油船），由于油品的較高流速和較大壓力，使油品發(fā)生劇烈沖擊、噴濺、攪動(dòng)，從而使大量油氣逸出而損耗，這種損耗也屬蒸發(fā)損耗的一種。根據(jù)不同的作業(yè)性質(zhì)，通常分為裝車（船）損耗和灌桶損耗。影響油品裝車裝船損耗的因素主要是油品性質(zhì)和油溫、裝油壓力大小和裝油流速、裝油方式及氣候條件。一般來說，灌裝重質(zhì)油損耗小而輕質(zhì)油損耗大；低位液下灌裝損耗小而高位噴濺灌裝損耗大；油溫高，壓力大，流速快時(shí)油品損耗量大[1]。油品在裝車裝船過程中的損耗率等于車（船）裝卸損耗量占裝車或裝船量的百分比，其數(shù)值直接關(guān)系到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。為了給企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃提供依據(jù)，有必要了解油品裝卸車船時(shí)的揮發(fā)損耗量及減少損耗的措施，以提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

1 油品裝車裝船揮發(fā)損失的原因

在裝車或裝船時(shí)，從伸入罐內(nèi)的鶴管中高速流出的油品對罐車內(nèi)壁和油品液面造成一定的沖擊,使油品發(fā)生噴射和飛濺,引起油品液面強(qiáng)烈波動(dòng)和攪動(dòng),加速了油品表面的蒸發(fā)速度[2]。罐內(nèi)氣體空間油氣與空氣之間存在傳質(zhì)，包括分子自由擴(kuò)散傳質(zhì)和對流傳質(zhì)。由于存在油氣濃度差，給自由擴(kuò)散傳質(zhì)提供了條件。油品液面的上升驅(qū)使高濃度油氣向罐外排放,由此形成裝油損耗,造成資源浪費(fèi)與環(huán)境污染。

2 油品裝車裝船揮發(fā)損失計(jì)算

2.1 數(shù)學(xué)模型

石腦油、汽油、液化氣、芳烴、丙烯裝車裝船揮發(fā)損失計(jì)算如下[3]：

式中：ΔMych— kg車（船）裝卸損耗， ；

Pa—當(dāng)?shù)卮髿鈮海琸Pa；

Py—相當(dāng)于油溫的飽和蒸氣壓，kPa；

V1—裝油體積，m3；

py— 油 品的密度，kg /m3；

T —排出氣體的溫度，K；

油氣的摩爾質(zhì)量可按下式計(jì)算得到：

式中：t1—按標(biāo)準(zhǔn)方法蒸餾時(shí)，油品的初餾點(diǎn)，℃；

R —通用氣體常數(shù)，R =8.314 kJ/(kmol·K)。

表1 油品裝卸車船飽和度系數(shù)Table 1 Saturation coefficient of oil during loading and unloading

由鎮(zhèn)海調(diào)研及裝置數(shù)據(jù)匯編得到不同油品的油氣摩爾質(zhì)量（見表2）。

表2 不同油品的油氣摩爾質(zhì)量Table 2 Oil and gas molar mass of different oil products

在確定油品種類的情況下，可以確定除Py、V1及T 的其他參數(shù)，而在特定情況下，這3 個(gè)參數(shù)便一定，帶入公式（1）即可計(jì)算特定油品種類在特定條件下的裝車裝船揮發(fā)損失。

經(jīng)簡化代入計(jì)算得不同項(xiàng)目各種油品的損失公式：（1）未經(jīng)清洗的鐵路油罐車損失計(jì)算

汽油:

原油:

石腦油:

柴油:

煤油:

（2）清洗的鐵路油罐車損失計(jì)算

汽油:

原油:

石腦油:

柴油:

煤油:

（3）裝卸船損失計(jì)算

汽油:

原油:

石腦油:

柴油:

煤油:

2.2 油品的蒸汽壓

油品蒸氣壓是從事油品蒸發(fā)損耗研究、計(jì)算油品蒸發(fā)損耗量的重要參數(shù), 蒸氣壓的計(jì)算對研究結(jié)果和研究進(jìn)度有重要的影響[3-5]。

2.2.1 用諾模圖查詢油品的真實(shí)蒸汽壓

利用美國石油協(xié)會(huì)提供的諾莫圖查詢油品真實(shí)蒸氣壓，必須要先知道油品、雷特蒸氣壓和10%點(diǎn)處ASTM 蒸餾曲線的斜率。其中S 為10%點(diǎn)處ASTM蒸餾曲線的斜率:

蒸餾的方法見標(biāo)準(zhǔn)《石油產(chǎn)品減壓蒸餾測定法》GBT 9168-1997；如果沒有蒸餾資料，S 值可按下列數(shù)值選取：車用汽油，S=3；航空汽油S=2；輕石腦油，S=3.5；石腦油，S=2.5。

2.2.2 多元非線性回歸真實(shí)蒸氣壓

對于真實(shí)蒸氣壓的計(jì)算, 美國石油學(xué)會(huì)給出了諾模圖。為了便于計(jì)算機(jī)求解, 給出了汽油和原油的蒸氣壓換算公式：

對于其他在10%點(diǎn)處ASTM 蒸餾曲線的斜率不為3 的油品沒有給出換算公式，給我們對油氣蒸發(fā)損耗的研究和編制油氣損耗計(jì)算軟件帶來了很大的不便,劉勇峰等[6]利用回歸的方法，分別回歸出其他溫度區(qū)間的系數(shù)值，得到其他在10%點(diǎn)處ASTM 蒸餾曲線的斜率不為3 的油品的真實(shí)蒸氣壓換算公式。

用以上分別回歸出來的方程，運(yùn)用VC++6.0 編制計(jì)算軟件。利用該軟件只需要用戶輸入雷特蒸氣壓、溫度和真實(shí)蒸氣壓3 個(gè)參數(shù)，就可以進(jìn)行計(jì)算了。

2.3 損耗率

式中：n—損耗率，%；

ΔMych— kg損失量， ；

M — 裝 車或裝船量，kg 。

3 油品裝車裝船揮發(fā)量的影響因素

油品在裝車裝船時(shí)，儲(chǔ)罐的卸油口、油罐車（船）入孔口周圍必然有油品蒸汽擴(kuò)散。影響車船裝油損耗的因素有裝油口距罐底的距離、油罐清洗狀況(即罐內(nèi)初始油氣摩爾分?jǐn)?shù))、進(jìn)油流量(即油面上升速度)以及系統(tǒng)溫度等。由于裝油過程存在著一定的噴射，因此高液位裝油將使油氣排放濃度和油品蒸發(fā)損耗劇增。對于新罐或已清洗罐，裝油初油氣摩爾分?jǐn)?shù)為零，所以損耗量起點(diǎn)較低。而對于沒有清洗的罐，裝油初油氣摩爾分?jǐn)?shù)高，雖然油品揮發(fā)量起點(diǎn)較高，但隨著油氣摩爾分?jǐn)?shù)接近于飽和值，油氣進(jìn)一步(擴(kuò)散及對流)傳質(zhì)的程度有限。當(dāng)裝油總量相同時(shí)，裝油流量(速度)越大，雖然某一時(shí)刻排放出的瞬時(shí)值越大，但總裝油時(shí)間也越短，油氣來不及自然擴(kuò)散，若此時(shí)溫度較低，綜合作用使平均揮發(fā)量變得越低。裝油過程系統(tǒng)溫度t 越高，油品越容易蒸發(fā)，油氣越容易擴(kuò)散和對流[7]。

4 減少油品裝車裝船揮發(fā)量的措施

油品蒸發(fā)損耗會(huì)降低油品質(zhì)量、數(shù)量，直接影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，企業(yè)安全以及環(huán)境保護(hù)[8]。因此必須了解如何更加有效地降低在裝車裝船時(shí)的油品蒸發(fā)損耗。

（1）適時(shí)收發(fā)。為降低油罐大小呼吸損耗，盡量在每日上午溫升階段發(fā)油，每日溫降階段進(jìn)油；盡量縮短發(fā)油到進(jìn)油的時(shí)間間隔，最好發(fā)油后不久就立即進(jìn)油[9]。

（2）恰當(dāng)掌握發(fā)油速度。油罐裝車裝船時(shí)發(fā)油宜慢，以減少回逆呼出；收油宜快，以減少附加蒸發(fā)，能一次進(jìn)滿的油罐盡量不要分幾次進(jìn)油。

（3）可采用底部裝油。油罐車底部裝油方式類似于一般的浸沒裝油方式。采用浸沒裝油方式裝油時(shí), 裝油管從油罐車底部進(jìn)入油罐底部, 鶴管出油口低于汽油液面, 降低了鶴管出口油品的湍流程度,減少了鶴管出口油品與油罐內(nèi)氣相空間油氣的接觸,油氣蒸發(fā)比傳統(tǒng)的頂部裝油方式少得多[10]。

（4）降低所裝車船油罐溫度。增加冷卻系統(tǒng),保證罐內(nèi)溫度長期處于某一較低的恒定溫度, 可有效降低油氣蒸發(fā)損耗。

（5）設(shè)置油氣回收裝置。現(xiàn)階段我國用來回收裝車裝船時(shí)揮發(fā)油氣的方法有直接冷凝法和吸附法[11-12]。

5 結(jié) 論

通過裝車裝船油品揮發(fā)損失計(jì)算模型，可根據(jù)不同油品參數(shù)得出各種油品的計(jì)算公式，將油品真實(shí)蒸汽壓、溫度及裝油體積代入即可得到油品揮發(fā)量。其中，油品的真實(shí)蒸汽壓可通過查詢諾莫圖或用 excel 回歸非線性方程換算得到。裝油口距罐底的距離、油罐清洗狀況、進(jìn)油流量Q、系統(tǒng)溫度等影響油品揮發(fā)程度。為了減少這種能源浪費(fèi)與環(huán)境污染，可采用適時(shí)收發(fā)油品并掌握發(fā)油速度，采用底部裝油，降低所裝車船油罐溫度以及設(shè)置油氣回收裝置等措施。

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