水運行業(yè)原油裝卸和儲運VOCs大氣環(huán)境影響探討

錢利紅

摘要：指出了原油裝卸和儲存過程的蒸發(fā)損耗主要是由飽和烴和芳烴的揮發(fā)而引起的，兩者共含原油組份的17.4%～22.2%。根據(jù)公式計算，原油裝船損耗介于0.017%～0.032%，由于裝船過程需要伴熱，因此按0.03%考慮較為合理，原油儲運時的揮發(fā)損耗為0.078%～0.217%之間，該過程無需伴熱，因此，按0.15%考慮較為合理。裝船損耗的排放量明顯小于儲運工程的損耗量，但由于裝船損耗在短時間內(nèi)集中排放，因此，對下風向地面濃度的影響，裝船廢氣明顯大于儲運廢氣。

關鍵詞：原油;裝卸;儲運;VOCs大氣環(huán)境影響

中圖分類號：X820 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2019）20-0088-03

1引言

光化學煙霧是含有NOx和VOCs的大氣在紫外線的照射下發(fā)生反應，NOx和VOCs與OH自由基的反應是對流層O2形成的重要前體物，是導致光化學煙霧的根本原因。不同區(qū)域大氣VOCs化學組成和活性的差異取決于其來源。VOCs自身的反應活性和濃度均會影響光化學反應的速度，而VOCs脂學組成和活性的差異取決其來源。美國CARB（California Air Re-sources Board）已經(jīng)逐步建立了模型排放數(shù)據(jù)系統(tǒng)（MEDS），這個源成分譜數(shù)據(jù)庫包括了汽車尾氣、汽油揮發(fā)、液體汽油、汽油蒸汽、涂料溶劑、天然氣、石油液化氣、天然源共9類23種VOCs排放源。油品儲存、運輸環(huán)節(jié)是工業(yè)源VOCs的重要產(chǎn)污環(huán)節(jié)，根據(jù)2009年環(huán)保部的統(tǒng)計結果，油品儲運VOCs排放量占人為源比重高達7.6%，占工業(yè)源的比重高達14%，應予以重點控制。

原油作為最重要的外貿(mào)物資，油輪作為海上進口原油的最主要的運輸工具，其在長距離運輸過程存在著大量的VOCs損耗。國際油輪船東會的一項研究表明，1艘油輪在西非和美洲灣運輸過程中因呼吸損失0.28%的原油。近年來，我國大型油港大氣環(huán)境中烴類指標逐年上升油輪是這些大氣污染物的核心源強。

目前，絕大部分的原油貨艙未形成封閉管路，沒有氣體回收接岸管道。根據(jù)調(diào)查，天津港、廈門港、青島港、南京港、廣州港均有碼頭安裝了油氣回收設備，但由于設備選型等各種原因，這些設備均未使用。對于原油裝卸VOCs蒸汽的組成、特性、濃度水平方面等的研究較少，因此，本文旨在對原油組分分析及其裝卸VOCs蒸汽的排放量和排放方式進行研究，探討原油儲運過程VOCs對周圍大氣環(huán)境的影響。

2原油組份分析

利用氣相色譜/質(zhì)譜法聯(lián)用技術（GC-MS），于天津港碼頭采取了3種輕質(zhì)原油，對其組份進行分析。原油樣品信息列于表1中。利用不同有機溶劑對原油中不同族性成分和結構化合物類型進行選擇性分離所得到若干物理化學性質(zhì)相近的混合物，對瀝青質(zhì)、飽和烴、芳烴、膠質(zhì)等4種原油的主要成份進行分析，結果列于表1中。不同原油各族組分含量不同，原油中瀝青質(zhì)百分含量變化范圍是6.8%～25.4%，A2最大，A3最小;飽和烴質(zhì)量分數(shù)變化范圍是5。4%～13.4%;芳烴質(zhì)量分數(shù)變化范圍是4%～16.8%;膠質(zhì)質(zhì)量分數(shù)變化范圍是3.4%～17%;不同原油各組份含量差異較大，在常溫下，瀝青煙和膠質(zhì)均不易揮發(fā)，原油裝卸和儲存過程的蒸發(fā)損耗主要是由飽和烴和芳烴的揮發(fā)而引起的。因此，通過對原油組份分析可了解各原油的損耗程度，飽和烴和芳烴均屬于易揮發(fā)成份，兩者共含原油組份的17.4%～22.2%，其在裝卸和儲存中排放的VOCs對大氣環(huán)境的影響較大。

以國內(nèi)常見的20萬噸級原油船為例，其裝船效率一般為4000 m³/h，原油儲運過程照90%的滿載考慮，原油的密度考慮為850 kg/m³，儲運時間為半年，根據(jù)上述公式的計算結果列于表2中，當溫度介于40 oF～100°F之間時，原油的裝船損耗一般為0.017%～0.032%，原油儲運時的揮發(fā)損耗為0.078%～0.217%之間，可以看出，原油的裝船損耗明顯小于儲運過程的損耗，由于原油在裝船過程一般需要伴熱到35℃左右，因此，原油裝船損耗照0.03%考慮較為合理，而原油儲運過程一般無需伴熱，因此，儲運損耗年損耗量照0.30%考慮較為合理。

原油裝船損耗，主要發(fā)生在碼頭裝船作業(yè)的時間內(nèi)，發(fā)生時間短，污染源呈現(xiàn)短時間內(nèi)集中排放的特征。而儲運損耗，貫穿于整個儲運環(huán)節(jié)，主要是由于晝夜溫差導致的晝間溫度升高油氣揮發(fā)性增強，排出油罐氣體空間部分的油氣而排放的VOCs。原油儲運過程的損耗，與儲存時間、儲罐直徑、罐內(nèi)空間部分的平均高度、原油的揮發(fā)性、以及日均溫差等因素有關。根據(jù)現(xiàn)有的原油儲運過程的損耗分析，原油裝船損耗率為0.01%，原油年儲存揮發(fā)損耗約為0.2%，這與本次計算的結果較為類似。

4原油裝船廢氣排放參數(shù)及大氣環(huán)境影響

當船舶裝載原油時，隨著原油的填充和液位的升高，艙內(nèi)的氣體被排出，原油船舶透氣系統(tǒng)分為獨立式、分組式和共管式三種。獨立式是每個油艙頂部最高處設置一根透氣管，其高度為高出甲板2.5 m左右。共管式是全船的所有各油艙的透氣管都與透氣總管相邊，透氣總管高度一般為甲板以上9～12 m，這樣可以防止排出的氣體在甲板上滯留，有利于在高空中有效地擴散。現(xiàn)代大型油船的透氣方式一般為共管式透氣系統(tǒng)。一般而言，油輪的貨油艙壁和甲板只能承受不高于大氣壓0.25×10⁵Pa的壓力，而負壓更低，由于原油是揮發(fā)性油，熱脹冷縮，會不斷蒸發(fā)增壓。

因此，一般在透氣系統(tǒng)頂部設置呼吸閥，油船呼吸閥的設定壓力0.14×10⁶Pa，負壓-0.07×10⁵Pa。目前，原油裝船油氣為點源排放，以20萬t級船型為例，透氣總管高度為10m，油氣呼吸閥內(nèi)徑約為1 m，以此作為原油裝船廢氣的排放參數(shù)，預測20萬噸原油裝船對環(huán)境的影響。D類穩(wěn)定度5 m/s氣象條件下SCREEN3的預測結果繪于圖1中，從預測結果可以看出，下風向最大濃度出現(xiàn)在300 m處，裝船廢氣最大地面濃度為23.74 mg/m³，儲運廢氣最大地面濃度為1.24mg/m³，可以看出，由于裝船廢氣存在著集中排放的特點，其對下風向的濃度明顯大于儲運廢氣，船舶儲運廢氣集中發(fā)生在海上，對100 m范圍內(nèi)的影響較小，影響較大的為下向風300 m的范圍，在該范圍內(nèi)為大海，因此，船舶儲運廢氣對船舶工作人員以及周圍環(huán)境的影響較小。而碼頭裝卸廢氣集中在碼頭排放，周邊工作人員集中，離居住區(qū)也較近，因此，碼頭裝卸廢氣對周圍環(huán)境的影響較大。

總體而言，儲運廢氣的排放總量遠大于裝船廢氣的排放總量，但考慮到污染源的排放特點，裝船廢氣對周邊環(huán)境的影響較大，因此，需加強對裝船廢氣的管控，以減少從周邊環(huán)境的影響。

5結論

本文就水運行業(yè)原油儲運VOCs排放的源強估算方法、源強排放參數(shù)、預測情景假設進行了探討，具體結論如下。

（1）對國內(nèi)外的數(shù)據(jù)進行收集比較后，認為原油裝船VOCs排放量為0.030%，原油儲運的VOCs排放量為0.15%，儲運過程的VOCs排放量遠大于原油裝船。

（2）原油裝卸和儲存過程的蒸發(fā)損耗主要是由飽和烴和芳烴的揮發(fā)而引起的，兩者共含原油組份的17.4%～22.2%。

（3）采用SCREEN3對原油裝卸和儲運VOCs的大氣環(huán)境影響進行預測，下風向最大濃度出現(xiàn)在300 m處，裝船廢氣最大地面濃度為23.74 mg/m³，儲運廢氣最大地面濃度為1.24 mg/m³，由于裝船廢氣的集中排放及周邊環(huán)境的特點，裝船廢氣對大氣環(huán)境的影響較大。