TANKS軟件在儲罐大小呼吸計算中的應用

尹 柯 周桂青

（湖北君邦環境技術有限責任公司 湖北武漢 430000 武漢中質博測檢測技術有限公司 湖北武漢 430000）

引言

石油化工類建設項目的原料或產品一般為油品或其它揮發性有機化合物，在儲運過程中會發生不同程度的蒸發損耗，在對此類項目進行環境影響評價時，計算油品和有機化合物在儲罐中的呼吸損耗量是工程分析環節的一大重點。

儲罐大呼吸損耗是指儲罐在進行收發作業時，由于液面的升降變化引起儲罐內氣體空間變化，進而帶來氣體壓力的升降變化，使混合油氣排出或外界空氣進入。在收油過程中，隨著液面的升高，儲罐氣體空間體積縮小，壓力增大，當壓力超過呼吸閥設定的正壓時，呼吸閥跳開，儲罐向外排放氣體，在收油過程中，隨著液面的降低，儲罐氣體空間體積增大，形成負壓，當壓力低于呼吸閥設定的負壓值時，呼吸閥跳開，外界空氣被吸入，由于外界空氣的補充及由此形成的強制對流，使油品液面蒸汽壓降低，從而加速油品的蒸發，使其重新達到飽和，館內壓力再次上升，造成部分油蒸氣從呼吸閥呼出。

儲罐呼吸損耗指在沒有收發油作業的情況下，隨著外界氣溫、壓力在一天內的升降周期變化，罐內氣體空間溫度、油品蒸發速度、油氣濃度和蒸汽壓力也隨之變化。這種排出油品蒸氣和吸入空氣的過程造成的油氣損耗稱為小呼吸損耗。

1 儲罐大小呼吸損耗量計算方法

工程分析是環境影響評價工作的核心，而源強計算則是工程分析的基礎，源強計算的客觀性、準確性和科學性直接決定了整個環境影響評價報告的質量和水平。儲罐大小呼吸是石油化工行業大氣污染物無組織排放的重要來源，對其產生量進行準確的計算十分必要，在目前的環境影響評價工作中，常采用《石油庫節能設計導則》（SH/T 3002-2000）推薦的公式[1]和TANKS軟件進行計算。見表1。

表1 儲罐大小呼吸計算公式

2 TANKS軟件計算儲罐大小呼吸實例

2.1 應用實例

某化工碼頭儲運有限公司主要儲存中轉液體化工原料，現有儲罐10座，其中立式拱頂罐4座，內浮頂罐4座，外浮頂罐2座。儲罐規模及主要技術參數見表2。

表2 儲罐規模及主要技術參數

各儲罐年呼吸損耗量的計算結果見表3。

表3 儲罐年呼吸損耗量計算結果

2.2 影響因素分析

2.2.1 罐型

通過對比可發現無保溫措施的拱頂罐（2號罐）的年損耗量最大，為590.9kg/a，而1號拱頂罐由于有保溫措施，年損耗量較小，與外浮頂罐接近，結合表中數據可以看出，保溫措施能有效減少儲罐大呼吸并且幾乎杜絕儲罐的小呼吸；對比5、6號儲罐可發現，自持頂內浮頂罐的年損耗量略小于非自持頂內浮頂罐，這是由于非自持頂罐內需要設置立柱支撐，因此立柱與浮盤之間存在密封損耗。立柱越多，柱徑越大，則損耗量越明顯；對比三種類型的儲罐可以發現，在減少丙烯酸丁酯呼吸損耗量的能力上，內浮頂罐最為顯著（其中自持頂罐為31.5 kg/a，非自持頂罐為39.9 kg/a），其次是外浮頂罐和帶保溫措施的拱頂罐。

2.2.2 罐容與周轉量

對比2、3號儲罐發現，在周轉量相同的情況下，儲罐大呼吸相同，而罐容小的3號罐小呼吸較小；而從3、4號儲罐可看出在罐容相同的情況下，儲罐小呼吸損耗量相同，周轉量大的3號罐大呼吸損耗量越大。這說明儲罐的周轉量決定了大呼吸損耗量，罐容則是影響儲罐小呼吸損耗的主要因素。

這是因為儲罐大呼吸是儲罐在收發料過程中發生的，因此在收發料速率一定的前提下，周轉量越大儲罐收發料所用時間越長，呼吸量越大。而儲罐罐容越小則受熱面積越小，同時罐內氣體空間越小，從而導致小呼吸損耗量較小。

2.2.3 其它影響因素

對于拱頂罐，內壁的銹蝕程度影響油品或揮發性有機物的掛壁程度，銹蝕越嚴重則物料掛壁量越大，揮發量越大；罐壁、罐頂涂層顏色影響儲罐吸熱和放熱速度，罐壁、罐頂顏色越深則儲罐吸熱的速度越快，罐內溫度變化越快，小呼吸損耗量越大；拱頂罐呼吸閥正負壓設置影響儲罐內氣體空間壓力，儲罐呼吸閥正壓設置的越高、負壓設置的越低，發生小呼吸的概率越小，但呼吸閥的設置還與儲罐的材質有關，必須在儲罐材質可接受水平之內，以防發生儲罐爆裂或癟罐等危險。

對于浮頂罐，浮盤是焊接還是鉚接影響儲罐的接縫損耗，若為鉚接則浮盤存在接縫損耗，若為焊接則接縫損耗可以忽略。浮盤的密封方式影響儲罐的邊緣密封損耗、浮盤回收損耗和浮盤附件損耗，浮盤的密封按級別可以分為一級密封和二級密封，其中一級密封必須設置，二級密封可以根據實際需要進行設置；按密封方式可以分為機械密封、氣相密封和液相密封。

3 儲罐呼吸損耗的控制措施

根據相關資料顯示，中國燕山石化公司油品儲存過程中蒸發損耗總量約為1581.66t/a[7]。趙連榮等[8]利用經驗公式估算大慶石油化工總廠的180個固定儲罐每年呼吸損耗量達2.8×104t，儲罐的呼吸損耗在對環境造成了嚴重危害的同時也造成了巨大的浪費，因此，在環評工作中對儲罐呼吸損耗除了要進行準確的計算預測外，更應從清潔生產的角度提出有效的污染控制措施。

結合本文計算結果及分析結論可以看出，對于小呼吸損耗的減排措施主要有：

（1）使用浮頂罐或帶保溫措施的拱頂罐。

（2）重視儲罐的維護，保證儲罐內壁無銹或少銹，儲罐外壁和罐頂涂層采用白色涂料并重視日常清洗防止銹蝕。設置水噴淋，高溫季節對儲罐適當延長淋水期以減少儲罐內溫度變化幅度。

（3）在經濟效益允許的前提下，通過提高鋼材與焊接工藝的強度提高儲罐的承壓能力，使其能夠超過油品在儲存溫度下的飽和蒸氣壓，從而達到減少小呼吸損耗的作用。

大呼吸損耗的減排措施主要包括：

（4）使用內浮頂罐，并對浮盤設置二級密封。

（5）在儲罐進油操作時，應盡量在降溫時作業。

（6）在儲罐發油操作時，作業應進行得緩慢些，這樣可使罐內氣體濃度下降較為遲緩，以避免或減少發油結束后出現回逆呼出損耗。

（7）使用油氣回收裝置。

結語

（1）TANKS計算儲罐大小呼吸充分考慮了儲罐、物料、氣象等因素的影響，結果科學可信。

（2）內浮頂罐、外浮頂罐、拱頂罐三種罐型中，內浮頂罐在控制物料損耗方面最為有效，而拱頂罐損耗量最大，但如果對拱頂罐設置保溫措施則可有效減少其大小呼吸損耗量。

（3）在儲罐技術參數相同的前提下，儲罐的大呼吸取決于物料年周轉量，儲罐小呼吸則取決于儲罐規模。

（4）銹蝕程度較輕、涂層顏色較淺、呼吸閥設置范圍較大的拱頂罐呼吸損耗量較??；浮盤采用焊接方式及二級密封的浮頂罐損耗量較小。