油品裝車裝船揮發損失的計算與研究

胡志勇，吳 明，牛 冉，劉嬌陽，李秉繁

（1. 遼寧石油化工大學 石油天然氣工程學院，遼寧 撫順 113001； 2. 中國石油大學（華東）儲運與建筑工程學院，山東 青島 266071）

油品由罐區經棧橋（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，使油品發生劇烈沖擊、噴濺、攪動，從而使大量油氣逸出而損耗，這種損耗也屬蒸發損耗的一種。根據不同的作業性質，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，灌裝重質油損耗小而輕質油損耗大；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，其數值直接關系到企業的經濟效益。為了給企業生產計劃提供依據，有必要了解油品裝卸車船時的揮發損耗量及減少損耗的措施，以提高企業的經濟效益。

1 油品裝車裝船揮發損失的原因

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

2 油品裝車裝船揮發損失計算

2.1 數學模型

石腦油、汽油、液化氣、芳烴、丙烯裝車裝船揮發損失計算如下[3]：

式中：ΔMych— kg車（船）裝卸損耗， ；

Pa—當地大氣壓，kPa；

Py—相當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；

油氣的摩爾質量可按下式計算得到：

式中：t1—按標準方法蒸餾時，油品的初餾點，℃；

R —通用氣體常數，R =8.314 kJ/(kmol·K)。

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

由鎮海調研及裝置數據匯編得到不同油品的油氣摩爾質量（見表2）。

表2 不同油品的油氣摩爾質量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，而在特定情況下，這3 個參數便一定，帶入公式（1）即可計算特定油品種類在特定條件下的裝車裝船揮發損失。

經簡化代入計算得不同項目各種油品的損失公式：（1）未經清洗的鐵路油罐車損失計算

汽油:

原油:

石腦油:

柴油:

煤油:

（2）清洗的鐵路油罐車損失計算

汽油:

原油:

石腦油:

柴油:

煤油:

（3）裝卸船損失計算

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損耗研究、計算油品蒸發損耗量的重要參數, 蒸氣壓的計算對研究結果和研究進度有重要的影響[3-5]。

2.2.1 用諾模圖查詢油品的真實蒸汽壓

利用美國石油協會提供的諾莫圖查詢油品真實蒸氣壓，必須要先知道油品、雷特蒸氣壓和10%點處ASTM 蒸餾曲線的斜率。其中S 為10%點處ASTM蒸餾曲線的斜率:

蒸餾的方法見標準《石油產品減壓蒸餾測定法》GBT 9168-1997；如果沒有蒸餾資料，S 值可按下列數值選?。很囉闷?，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蒸氣壓

對于真實蒸氣壓的計算, 美國石油學會給出了諾模圖。為了便于計算機求解, 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，給我們對油氣蒸發損耗的研究和編制油氣損耗計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間的系數值，得到其他在10%點處ASTM 蒸餾曲線的斜率不為3 的油品的真實蒸氣壓換算公式。

用以上分別回歸出來的方程，運用VC++6.0 編制計算軟件。利用該軟件只需要用戶輸入雷特蒸氣壓、溫度和真實蒸氣壓3 個參數，就可以進行計算了。

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 油品裝車裝船揮發量的影響因素

油品在裝車裝船時，儲罐的卸油口、油罐車（船）入孔口周圍必然有油品蒸汽擴散。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(即罐內初始油氣摩爾分數)、進油流量(即油面上升速度)以及系統溫度等。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損耗劇增。對于新罐或已清洗罐，裝油初油氣摩爾分數為零，所以損耗量起點較低。而對于沒有清洗的罐，裝油初油氣摩爾分數高，雖然油品揮發量起點較高，但隨著油氣摩爾分數接近于飽和值，油氣進一步(擴散及對流)傳質的程度有限。當裝油總量相同時，裝油流量(速度)越大，雖然某一時刻排放出的瞬時值越大，但總裝油時間也越短，油氣來不及自然擴散，若此時溫度較低，綜合作用使平均揮發量變得越低。裝油過程系統溫度t 越高，油品越容易蒸發，油氣越容易擴散和對流[7]。

4 減少油品裝車裝船揮發量的措施

油品蒸發損耗會降低油品質量、數量，直接影響企業的經濟效益，企業安全以及環境保護[8]。因此必須了解如何更加有效地降低在裝車裝船時的油品蒸發損耗。

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

（2）恰當掌握發油速度。油罐裝車裝船時發油宜慢，以減少回逆呼出；收油宜快，以減少附加蒸發，能一次進滿的油罐盡量不要分幾次進油。

（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, 裝油管從油罐車底部進入油罐底部, 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氣相空間油氣的接觸,油氣蒸發比傳統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,保證罐內溫度長期處于某一較低的恒定溫度, 可有效降低油氣蒸發損耗。

（5）設置油氣回收裝置?，F階段我國用來回收裝車裝船時揮發油氣的方法有直接冷凝法和吸附法[11-12]。

5 結 論

通過裝車裝船油品揮發損失計算模型，可根據不同油品參數得出各種油品的計算公式，將油品真實蒸汽壓、溫度及裝油體積代入即可得到油品揮發量。其中，油品的真實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、進油流量Q、系統溫度等影響油品揮發程度。為了減少這種能源浪費與環境污染，可采用適時收發油品并掌握發油速度，采用底部裝油，降低所裝車船油罐溫度以及設置油氣回收裝置等措施。

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