浮頂罐大呼吸損耗公式的探討

謝躍群，羅金蓮

（1.化集團公司長嶺分公司儲運作業部，湖南岳陽 414012；2.嶺煉化岳陽工程設計有限公司，湖南岳陽 414007）

浮頂罐大呼吸損耗公式的探討

謝躍群1，羅金蓮2

（1.化集團公司長嶺分公司儲運作業部，湖南岳陽 414012；2.嶺煉化岳陽工程設計有限公司，湖南岳陽 414007）

分析《石油庫節能設計導則》推薦的儲罐大呼吸損耗公式，只包含粘附損耗，忽略了密封損耗。指出《石油庫節能設計導則》粘附系數表中數據順序應進行調整、提出大呼吸損耗公式應從油品的揮發性能和儲罐的密閉性能兩方面進行考察、建議適時對《石油庫節能設計導則》進行修訂。

儲罐；VOC；環評；大呼吸；粘附系數

0 前 言

在儲罐大小呼吸VOC排放量評價方法中，《石油庫節能設計導則（SH／T3002－2000）》附錄A中（以下簡稱《導則》），分別為拱頂罐、浮頂罐和內浮頂罐的大小呼吸損耗的計算提供了6個公式，適用于拱頂罐、浮頂罐和內浮頂罐儲存的原油、汽油及其他輕質油品大小呼吸蒸發損耗量的估算。在我國，特別是石化行業得到廣泛應用；其計算結果作為環評或VOC治理的重要依據。

儲罐大呼吸是儲罐蒸發損耗的主要形式。大呼吸損耗是指儲罐在收發油品過程中向外界排出的油品蒸汽。根據《導則》公式計算出來的大呼吸損耗與生產實踐中統計的損耗量之間存在較大差異，因此，筆者對《導則》浮頂罐大呼吸損耗計算公式進行了推導，并提出了本人對此的理解與構想。

1 浮頂罐大呼吸損耗公式的分析及推導

1.1 浮頂罐大呼吸損耗公式的分析

《導則》浮頂罐大呼吸損耗公式為［1］

式中：LW是損耗量，單位kg／a；Q是油罐周轉量，單位103m3／a；C是罐壁粘附系數，單位m3／1000m2；PY為油品密度，單位kg／m3；D為儲罐直徑，單位m。

浮頂罐和內浮頂罐計算公式一致，后者只是在前者的基礎上增加一個修正系數，當支撐罐頂柱為0時，兩者完全一樣。下面僅以浮頂罐為例展開討論。

1.2 浮頂罐大呼吸損耗公式的推導

公式（1）中密度PY把體積轉換成重量，與呼吸量大小無關。C是罐壁粘附系數，代表單位面積上粘附的油品量；余下的4Q／D變換一下表達形式即可得出為液體粘附罐壁的面積。設：D為儲罐的直徑，則：儲罐底面積＝πD2／4：

裝入體積為Q的液體后，液位高＝Q／（πD2／4）＝4Q／（πD2）

所以：液體粘附罐壁的面積＝π×D×（4Q／（πD2））＝4Q／D。

至此，公式可以變換為：LW＝（4Q／D）×C× PY＝液體粘附罐壁的面積×粘附系數×密度；

液體粘附罐壁的面積×粘附系數，表示粘附在罐壁上的油品量；這部分油品會在儲罐放空后蒸發，在儲罐再次進油時全部排入大氣。

如果把粘附在罐壁上損耗的油品量稱為粘附損耗，由上述推導結果可以看出：《導則》浮頂罐大呼吸損耗公式實際上是儲罐粘附損耗的計算公式，把粘附損耗當成了大呼吸損耗的全部，筆者認為《導則》是在認可儲罐封性能完好、不會造成密封損耗的前提下才能成立。

1.3 大小呼吸公式可互為印證

《導則》同時推薦了浮頂罐小呼吸損耗公式：

式中：Ls為浮頂罐年小呼吸損耗量（kg／a）；K4、K5為單位換算系數；Kc為油品系數；Fr為密封損耗系數；D為儲罐直徑（m）；Ff為浮盤附件總損耗系數；P*為蒸汽壓函數；Mv為油氣摩爾質量（kg／kmol）；其中蒸汽壓函數為油品蒸汽壓和當地大氣壓兩個變量決定。

在小呼吸公式中，參數油品性質（Kc）、油品蒸汽壓和當地大氣壓（P）考察的是油品的揮發性能；密封損耗系數（Fr）和浮盤附件總損耗系數（Ff）考察的是儲罐的密閉性能；

小呼吸損耗公式分別從油品的揮發性能和儲罐的密封性能兩方面對密封損耗進行了考察，油品性質、油品蒸汽壓、當地大氣壓、浮盤密封裝置和浮盤附件的密封水平等影響因素都包含在公式里，說明這些因素對損耗的影響是明顯的。如果說油品靜止小呼吸時上述因素的影響是重要的，那么油品攪動時這些因素的影響將會更加明顯，造成的損耗也會更大。因此，在研究大呼吸損耗時，忽略這些因素或者假定它們的影響不存在都會影響公式的準確性。

1.4 密封損耗是大呼吸的重要部分

粘附損耗只是大呼吸損耗的一部分，大呼吸損耗還應包括密封損耗。

浮頂罐在油品液面覆蓋浮盤，浮盤隨液位升降而上下移動；油品受浮盤壓力，氣化過程受到抑制而減少揮發。但是，有些浮盤底部（如鋁浮盤）存在油氣空間，浮盤的密封裝置和儲罐附件不可能是完全密閉的；儲罐進油時，油品處于運動之中，分子運動加速，導致氣化速度加快，部分油品蒸汽從縫隙中逃逸出來，這一部分損耗可稱之為密封損耗。密封損耗是大呼吸的重要組成部分。粘附損耗能夠代替大呼吸損耗的前提是密封損耗為零。但是，實際上這個前提是不存在的。

在生產過程中，也能確認密封損耗的存在；新罐投用前，粘附損耗還不存在，但只要進油，就能明顯感到油氣味道。無論如何改進密封技術，油氣的泄漏總是存在的，在現有工藝條件下，密封損耗是不可忽視的。

美國國家環保署（EPA）推薦的大呼吸計算公式：LT1＝LW＋LR＋LF＋LD＋LX中，大呼吸損耗細分為五個部分，分別是LW工作損耗量；LR板層邊緣密封損耗量；LF板層附屬配件損耗量；LD板層接縫損耗量；LX倒灌損耗量［2］。公式中包括了密封損耗，還把密封損耗細分為板層邊緣密封損耗、板層附屬配件損耗、板層接縫損耗三個部分，分別指向浮盤密封裝置、油罐附件和浮盤結構三方面形成的損耗。儲罐的密封性能取決于儲罐浮盤的類型、浮盤的密封裝置和儲罐附件的密閉水平。

密封性能的缺陷只是為損耗提供了外在條件，損耗的發生還取決于油品揮發性能這個內因。不易揮發的油品是不需要密封的。油品的性質、溫度、蒸汽壓、當地的大氣壓等因素決定油品的揮發性。密封損耗的大小是油品的揮發性能和儲罐的密封性能共同決定的。密封損耗應該在公式中得到體現。

2 罐壁粘附系數

2.1 關鍵因素

石油庫節能設計導則（SH／T3002－2000）》附錄A中，與大呼吸公式配套，提供了一個罐壁粘附系數表，見表1；大呼吸公式中，面積由周轉量和直徑確定以后，粘附系數就成為決定大呼吸大小的關鍵因素。從低到高，汽油粘附系數由0.00257到0.256 7相差100倍。引用不同的粘附系數計算出的粘附損耗相差很大。

表1 罐壁粘附系數表

2.2 系數與現實的矛盾

從表1可以看出，粘附系數從低到高分別是輕銹、重銹和噴涂內襯；噴涂內襯的粘附系數是輕銹的100倍。在企業，浮頂罐大都噴涂內襯，內浮頂罐幾乎全部噴涂內襯。如果系數表正確，企業花費大量的資金、時間，為儲罐內壁噴涂內襯，竟然會使大呼吸損耗增加100倍。企業行為與《導則》系數表之間發生了矛盾，使企業在選擇油品儲罐內表面處理方式時感到困惑。

2.3 系數表勘誤

粘附系數反映了罐壁的粗糙度造成的油品與罐壁之間的附著力；粗糙度大的粘附系數大。噴涂內襯的目的，一為防腐；二為降低粗糙度，減少粘附損耗。同一儲罐，內壁處理前后粗糙度差別巨大［3］；根據濾波后的濾波曲線，處理后表面局部凸起高度是處理前的50%；最大波峰數及波峰數大幅度減少；處理后，罐內壁粘油量降低90%。

有文獻指出了系數表的錯誤［4］，《導則》關于內浮頂罐罐壁粘附系數的選取與美國石油學會（API）的測定值存在較大差異。根據API測定數據，原油儲存時，重銹時C＝1.0268，輕銹時C＝0.05134，噴涂內襯時C＝0.01027。罐壁粗糙度由輕到重的順序理應是噴涂內襯、輕銹、重銹，這樣調整后即與API測定數據一致，由此推測可能是印刷錯誤。經勘誤后，導則表A.0.2應改為如表2所示。

表2 勘誤后的罐壁粘附系數表

勘誤以后，企業行為與壁粘附系數表的矛盾不復存在。

3 結束語

大呼吸損耗是儲罐區VOC排放的重要組成部分。依據現行《導則》大呼吸損耗公式計算的損耗與生產實際情況存在較大差異，導致評估結果不全面、也不準確，據此對煉化企業的儲罐區、油庫進行的環評存在缺陷，不利于儲罐區VOC排放控制。

在國家和社會對VOC污染越來越重視的今天，迫切需要一個能全面準確衡量儲罐大呼吸排放水平的評估方法。影響密封損耗的因素及其相互關系是復雜的，需要相關專家加以重視，開展專項研究。筆者建議中石化組織標準化委員會有關專家對石化生產企業、油品儲運企業進行走訪并展開專題研究，結合美國國家環保署（EPA）推薦的大呼吸損耗公式和《導則》推薦的小呼吸損耗公式，把密封損耗的影響因素考慮進去，適時對現行《導則》進行修訂、形成全面反映大呼吸損耗的新公式，使行業相關技術人員能更好的用法律法規指導生產和管理，解除企業技術人員心中的困惑。

［1］SH／T3002－2000，石油庫節能設計導則.

［2］張鵬，趙東風，牛麥針.石化企業無組織排放源強核算方法綜述［J］.四川環境，2012，31（6）.

［3］楊占品，鮑善彩，范傳寶，等.大型鋼質原油浮頂罐內壁處理技術［J］，油氣儲運，2009，28（4）54～56.

［4］莫志安王蕊.導則勘誤及內浮頂罐輕質油揮發損耗計算［J］.廣東化工，2013，40（10）：47－48.

Discussion on formula of the big breath evaporation loss of floating roof tank

Xie Yue-qun1,Luo Jin-lian2
（1.Changling branch of China Petrochemical Corporation，Yueyang Huan 414012 China；2.Changling Petro-chemical Engineering Design Co.，ltd，Yueyang Huan 414007 China）

This study analyzes that the formula of the big breath evaporation loss of floating roof tank，recommended by“Design guideline for energy conservation of petroleum depots”，only contains the adhesion loss but ignores the seal losses.It is pointed out that the data order in sticking coefficient table in“Design guideline for energy conservation of petroleum depots”should be adjusted，and breathing loss formula should contain both volatile properties of oil in the tank and airtight properties of the tank.It is recommended that“Design guideline for energy conservation of petroleum depots”should be revised timely.

Floating roof tank Volatile organic compounds Environmental assessment Big breath Sticking coefficient

TE821

A

1003-6490（2015）04-0053-03

2015－07－18

謝躍群（1962－），男，湖南省雙峰縣人，1985年畢業于蘭州大學經濟系，工程師，從事安全與環保管理，郵箱：xieyueq.clsh＠sinopec.com