石油儲運過程損耗分析研究

2022-04-01 21:55:19宋建英高明金佳佳周師玉徐可心

粘接 2022年2期

宋建英高明金佳佳周師玉徐可心

摘要：為解決石油在儲運過程的損耗問題，對石油儲運過程中的損耗成因及影響因素進行了闡述。影響石油出現損耗現象的主要因素：液體的性質、環境條件及儲存罐結構等。常用的石油儲罐：固定頂儲罐及浮頂儲罐，固定頂儲罐內混合氣體的溫度、壓力及濃度可隨著外界環境的變化而變化，且在作業收發過程中易造成動液面出現損耗現象;浮頂儲罐的多方面性能均優于固定頂儲罐，可最大限度地降低“大小呼吸”產生的廢氣，且浮頂儲罐的石油蒸發損耗量較小。最終選用浮頂儲罐作為石油的儲存場所。

關鍵詞：石油儲運;蒸發損耗;損耗成因;浮頂儲罐

中圖分類號：TE89 文獻標識碼：A文章編號：1001-5922（2022）02-0039-04

隨著我國經濟水平的增長，使石油儲運量迅速提升且罐區的規模不斷擴大。石油是一種包含多種碳、氫化合物的油狀液體，該液體在常溫條件下即可出現揮發現象及油品損耗。油品在交通密集地區的大量損耗易引發安全事故，對于大氣的污染現象較為明顯。對石油進行裝車和卸車時，石油可發生蒸發、滴漏等現象，如何解決油品的儲存問題成為管理人員關注的焦點之一。為此本研究對石油儲運過程中的損耗成因及影響因素進行了闡述。

1 石油儲運過程蒸發損耗分析及影響因素

石油屬于燃點較低的液態油狀物，在儲運過程中易受環境溫度和壓力的影響，從而出現油氣蒸發擴散、油品泄漏等現象。當油品蒸汽在空氣中與其充分混合后，可發生物理反應，并生成爆炸性混合氣體。該氣體遇到高溫環境即可發生燃燒爆炸。當前單個油罐的容積逐漸走向大型化，一旦發生爆炸現象，可引發巨大的人員、環境及財產方面的損失[1]。

在單位時間內蒸發速度及蒸發率可表示為：液體從氣體界面進入氣體空間的凈量e，其單位為kmol/s或kg/s。凈量公式[3]：

e=dmdτ

可采用菲克定律對單位面積內氣體擴散的通量進行描述，其中氣體擴散的通量為：氣體在單位時間內通過垂直于濃度梯度方向上產生擴散現象。此時液體中可供蒸發的表面積為f，則公式為：

e=dmdτ=-cDfdydzz=0

e=dmdτ=-DfRTdpdzz=0

式中：dpdz表示擴散方向為z時，氣體在該方向上的分壓梯度，Pa/m;dydz表示擴散方向為z時，氣體在該方向上的摩爾分率梯度，m-1;T為氣體溫度，K;D為分子擴散系數，m2/s;c為氣體濃度，kmol/m3[4]。

影響石油蒸發速度的主要因素包括：

1.1.1 液體的實際溫度

液體在蒸發過程中，其蒸發速度與溫度之間存在正比關系，若液體處于高溫環境下，隨著溫度的升高，可使液體的蒸發速度不斷加快。液體溫度與內部分子的平均平動動能之間處于正比例關系變化，隨著液體溫度的不斷升高，分子的平均平動動能逐漸增大，該現象可使逸出液面的分子數增多。為克服該現象，需要對分子間存在的作用力進行做功[5]。

1.1.2 液體自由表面

在氣、液兩相系統中，液體的蒸發速度與直接接觸的液體自由表面之間也呈正比關系。隨著接觸的液體自由表面不斷增大，可為液體分子提供逸入氣相的機會，在單位時間內進入氣相的分子數越多，則表明液體蒸發的速度越大。1.1.3 液體蒸發濃度

在氣相中液體蒸發的濃度越高，可使液體分子數不斷增長。隨著液體分子與液面之間接觸頻率的不斷增加，可支持液體分子重新回到液相，從而使液體的蒸發速度出現不斷降低現象。假設氣相中液體蒸汽的飽和度用S表示，液體蒸汽的飽和度與蒸發速率e之間的關系為：二者之間處于反比例關系變化，隨著液體蒸汽的飽和度不斷降低，蒸發速率處于不斷增長狀態，即S越小，e越大。液體蒸汽的飽和度S的公式：

S=cAcAS=PAPAS=vAvAS

式中：cA為液體蒸氣的濃度;cAS為液體蒸氣濃度的飽和值;PA為液體蒸氣分壓;PAS為液體蒸氣分壓的飽和值;vA為液體蒸氣的分體積;vAS為液體蒸氣分體積的飽和值;S為液體蒸氣飽和度[6]。

1.1.4 混合氣體總壓強

為保證石油儲運罐不出現熱脹冷縮現象，通常情況下，在儲運罐內部留有一定空間，石油產生的蒸氣與上方控制混合，可形成爆炸性氣體。若外界條件均處于不變的情況下，隨著混合氣體壓強的不斷增大，可使氣相內液體蒸氣分子撞擊液面的頻率與被捕獲的分子數也隨之增長，最終導致逸入氣相的分子數變少。

1.1.5 液體種類

不同種類的液體，若分子間作用力存在較大差異，但所處的環境條件一致，也可使蒸發速率出現不一致現象。液體相對密度、分子內聚力以及液體蒸發速率三者之間的關系為：隨著液體相對密度的不斷減小，可使液體內各分子之間內聚力處于降低狀態。而液體的蒸發速度會越來越大。

2 石油貯運過程蒸發損耗成因

石油在貯存罐內運輸過程中，其內部液體易出現蒸發損耗現象，使石油產生蒸發損耗現象的主要影響因素為：液體的性質、環境條件及儲存罐結構等。當前常用的石油儲罐為：固定頂儲罐及浮頂儲罐。

2.1 固定頂儲罐及損耗成因

2.1.1 固定頂儲罐結構

固定頂儲罐主要包含兩種類型：垂直和水平固定頂儲罐。其中垂直固定頂儲罐的罐體為圓柱形結構，上端為錐形或者拱形的固定頂。垂直固定頂儲罐對氣體進行排放時，通常需要通過呼吸閥，該方式屬于一種無組織氣體排放方式，易受溫度、壓力及液面高度等因素的影響。垂直固定頂儲罐整體結構如圖1所示。

水平固定頂儲罐主要包含兩種類型：地下式及地上式水平固定頂儲罐。水平固定頂儲罐憑借自身承壓能力強、體積小等優勢，被廣泛應用于油品需求量較小的企業，有利于安裝、拆卸及運輸的簡便性。地下式水平固定頂儲罐內部油氣大量損耗的原因是：對石油進行收發過程中，石油液面的高度易出現變化，從而引起油氣損耗現象的發生。但通常情況下地下的環境條件較為穩定，由地下環境因素而引發的油氣損耗現象可忽略不計[7]。

2.1.2 固定頂儲罐損耗成因

“小呼吸”損耗的發生過程為：太陽出來后，外界環境的溫度不斷增高，可使儲罐內氣體空間及油面溫度不斷上升，此時石油的蒸發速度隨著溫度及空間的不斷增長而逐漸加快;油氣體積也隨著溫度及空間的變化而變化，該現象可直接影響混合氣體的壓力，使混合氣體的壓力增加。當固定頂儲罐內壓力達到所能承受的最大范圍時，固定頂儲罐頂部分呼吸閥被打開，油品的蒸氣可伴隨混合氣體一定排出罐外。固定頂儲罐對空氣的吸入時間在午后，空氣吸入流程為：當溫度處于下降狀態時，固定頂儲罐上方氣體體積處于不斷收縮狀態，氣體體積收縮至一定狀態，儲罐真空閥打開即可吸入空氣，且油品的蒸發速度隨著油氣濃度的降低而加快。

固定頂儲罐在作業收發過程中易造成動液面出現損耗現象。固定頂儲罐對石油進行儲存時，罐內油品液面不斷上升，使油面上方氣體空間逐漸減小、壓力隨之增大。當罐內壓力達到固定頂儲罐承受壓力的最大范圍時，打開呼吸閥呼出氣體;發油時固定頂儲罐內部油面下降，此時罐內壓力逐漸下降，打開真空閥吸入空氣，隨著混合氣體濃度的不斷降低，可使石油的蒸發速度加快，此類油品損耗現象可稱之為“大呼吸”損耗。

2.2 浮頂儲罐及損耗原因

2.2.1 浮頂儲罐結構

浮頂儲罐主要用于對原油進行儲存，包括外浮頂儲罐及內浮頂儲罐兩種類型。外浮頂儲罐的罐體結構一般為鋼，其組成結構為：圓柱形殼體及可浮動浮頂。外浮頂儲罐內部浮頂與石油液面之間存在的氣體空間較小，不會隨著儲存量的變化而變化，可有效降低油面的蒸發損耗現象。但是該儲罐的浮盤與罐壁之間存在較嚴重的密封不嚴現象，可造成石油出現污染。

內浮頂儲罐的構建主要在固定頂儲罐的基礎上增加浮盤，在功能上充分結合固定頂儲罐及外浮頂儲罐的優勢，有利于降低汽油的蒸發損耗現象，并保證儲存液體不被外界環境污染。

2.2.2 浮頂儲罐損耗成因

浮頂儲罐出現石油損耗的根本原因：浮頂儲罐內部包括浮盤結構，隨著浮盤的上下移動，可使浮盤與儲運罐之間形成密閉空間，該空間易出現封閉不嚴現象，從而引發石油的損耗，該損耗現象可稱之為“小呼吸”損耗。當儲罐內部油面處于下降狀態時，部分石油粘附在儲罐的內壁，該損耗現象可稱之為“大呼吸”損耗[8]。

通過上述內容可知，浮頂儲罐的多方面性能均優于固定頂儲罐，可最大限度地降低“大小呼吸”產生的廢氣;且浮頂儲罐的石油蒸發損耗量較小。

3 結語

由于石油在儲存運輸過程中，其內部液體易出現蒸發損耗現象，并且石油易受環境溫度和壓力的影響，從而出現油氣蒸發擴散、油品泄漏等現象。

當油品蒸汽在空氣中與其充分混合后，可發生物理反應，并生成爆炸性混合氣體。該氣體遇到高溫環境即可發生燃燒爆炸，可引發巨大的人員、環境及財產方面的損失。為此，對石油儲運過程中的損耗成因及影響因素進行分析，最終選用性能更具優勢的浮頂罐儲運石油。

本文只研究了飽和蒸氣壓對儲罐蒸發損耗的影響，為更準確的估算石油的蒸發損耗情況，應進一步對石油的多種特性進行分析。

【參考文獻】

[1] 滕培焱.石油儲運工藝中的安全措施研究[J].工程技術研究，2020（11）：279-280.

[2] 鄧雄偉.石油儲運系統應急管理發展研究[J].當代化工研究，2018（6）：77-79.

[3] 馬洪.初探安全管理對石油儲運管理的重要性及防范[J].中國石油和化工，2016（S1）：282-283.