張志鵬

摘要：儲運罐區(qū)各類儲罐VOCs的排放量在整個石化行業(yè)VOCs排放量中占據(jù)較大的比例，在環(huán)保形勢日益嚴峻的情況下，儲罐的VOCs治理迫在眉睫。本文以常見的汽油內(nèi)浮頂儲罐為例，采用公式法計算儲罐全年VOCs的排放量，結合排放量中的邊緣密封損失、掛壁損失、浮盤附件損失、浮盤縫隙損失共計四種損失，對影響排放量的因素進行了分析，提出了減少儲罐VOCs排放的建議措施，以便在后期的治理過程中采取針對性措施。

關鍵詞：內(nèi)浮頂;儲罐;VOCs;減排

0.引言

隨著煉油原油加工量的不斷增加，儲運罐區(qū)作為企業(yè)物料輸轉(zhuǎn)的重要環(huán)節(jié)，每年的物料周轉(zhuǎn)量也明顯增加，再加上設備老化等原因，由此帶來的儲罐VOCs的排放量也逐年升高，既增加了物料的儲運損失，也造成了一定的環(huán)境污染。隨著環(huán)保形勢的日益嚴峻，環(huán)保排放指標的日益嚴格，儲罐VOCs的減排也勢在必行。

VOCs（Volatile Organic Compounds），是指參與大氣光化學反應的有機化合物，或者根據(jù)規(guī)定的方法測量或核算確定的有機化合物。石化行業(yè)的VOCs排放源分為：設備動靜密封點泄漏;有機液體儲存與調(diào)和揮發(fā)損失;有機液體裝卸揮發(fā)損失;廢水集輸、儲存、處理處置過程逸散;燃燒煙氣排放;工藝有組織排放;工藝無組織排放等12類源項，其中，有機液體儲存與調(diào)和揮發(fā)損失在12類源中占有較大的比重。

1.計算儲罐總損失

本計算以汽油內(nèi)浮頂儲罐為例，采用公式法，計算全年的VOCs排放量。儲罐公稱容積為10000m，直徑為30m，浮盤結構為浮筒式鋁浮盤。儲存介質(zhì)為92#車用乙醇汽油調(diào)合組分油。

浮頂罐總損失，計算公式如下：

（公式1）

式中：

E―浮頂罐總損失，磅/年;

E―邊緣密封損失，磅/年;

E―掛壁損失，磅/年;

E―浮盤附件損失，磅/年;

E―浮盤縫隙損失（只限螺栓連接式的浮盤或浮頂），磅/年。

1.1計算邊緣密封損失E

內(nèi)浮頂罐邊緣密封損失計算公式如下：

（公式2）

式中：

E―邊緣密封損失，磅/年;

K―零風速邊緣密封損失因子，磅-摩爾/英尺·年;

K―有風時邊緣密封損失因子，磅-摩爾/（邁·英尺·年）;

v―罐點平均環(huán)境風速，邁;儲罐為內(nèi)浮頂結構，V取0;

n―密封相關風速指數(shù)，無量綱量;

P―蒸氣壓函數(shù)，無量綱量;

D―罐體直徑，英尺;該罐直徑30米，98.424英尺;

M―氣相分子質(zhì)量，磅/磅-摩爾;68（g/g-mol）

K―產(chǎn)品因子，原油0.4，其它揮發(fā)性有機液體1。

1.1.1計算蒸氣壓函數(shù) P

（公式3）

式中：

P―日平均液體表面蒸氣壓，磅/平方英寸（絕壓）;

P―大氣壓，磅/平方英寸（絕壓）;取101.31kPa，14.693psi;

對于石油液體儲料的日平均液體表面蒸氣壓，計算公式如下：

（公式4）

式中：

A―蒸氣壓公式中的常數(shù)，無量綱量;

B―蒸氣壓公式中的常數(shù)，蘭氏度;

T―日平均液體表面溫度，蘭氏度;取17.5℃，523.17°R;

P―日平均液體表面蒸氣壓，磅/平方英寸（絕壓）。

對于油品：

（公式5）

（公式6）

式中：

RVP―雷德蒸氣壓，磅/平方英寸;

S―10%蒸發(fā)量下ASTM蒸餾曲線斜率，°F /vol%。

（公式7）

該罐儲存介質(zhì)為92#車用乙醇汽油調(diào)合組分油，5%餾出溫度取46.1℃，15%餾出溫度取56.7℃，雷德蒸氣壓RVP取53.09kPa，7.7psi。

計算真實蒸氣壓：

計算蒸氣壓函數(shù)：

0.075909

1.1.2邊緣密封損失因子

零風速邊緣密封損失因子K，有風時邊緣密封損失因子K，各類密封形式對應數(shù)值如下表所示：

儲罐為內(nèi)浮頂儲罐，罐體采用焊接結構，浮盤與罐壁之間設有一級舌形密封，根據(jù)上表數(shù)據(jù)，K取6.7，K取0.2，n取3.0

計算邊緣密封損失E：

=1.545t/y

1.2計算掛壁損失E

內(nèi)浮頂罐掛壁損失計算公式如下：

（公式8）

式中：

E―掛壁損失，磅/年;

Q―年周轉(zhuǎn)量，桶/年，根據(jù)全年物料統(tǒng)計，該罐全年周轉(zhuǎn)量為256830t/y，2150523.2桶/年;

W―有機液體密度，磅/加侖，汽油密度取0.75t/m，6.255lb/gal;

D―罐體直徑，英尺;

0.943―常數(shù)，1000立方英尺·加侖/桶;

N―固定頂支撐柱數(shù)量（對于自支撐固定浮頂或外浮頂罐：N=0），無量綱量;該罐采用自支撐固定頂結構，因此取0

F―有效柱直徑，取值1。

C―罐體油垢因子，見表2;

汽油罐雖然每6年全面檢驗一次，但從歷次檢驗情況來看，罐壁腐蝕情況并不嚴重，在此按照中銹取值，取0.0075

計算掛壁損失E：

1.3計算浮盤附件損失E

（公式9）

式中：

E―浮盤附件損失，磅/年;

F―總浮盤附件損失因子，磅-摩爾/年;

P―蒸氣壓函數(shù)，無量綱量;

M―氣相分子質(zhì)量，磅/磅-摩爾;68（g/g-mol）

K―產(chǎn)品因子，原油0.4，其它揮發(fā)性有機液體1。

（公式10）

式中：

N―某類浮盤附件數(shù)，無量綱量;

K―某類附件損失因子，磅-摩爾/年;

n―某類的附件總數(shù)，無量綱量;

對于浮盤附件，K可由公式計算：

（公式11）

式中：

K―浮盤附件損失因子，磅-摩爾/年;

K―無風情況下浮盤附件損失因子，磅-摩爾/年， 見表3;

K―有風情況下浮盤附件損失因子，磅-摩爾/（邁·年），見表3;

m―某類浮盤損失因子，無量綱量，見表;

K―附件風速修正因子，無量綱量（外浮頂罐，K=0.7;內(nèi)浮頂罐和穹頂外浮頂罐，K=0）;

v―平均氣壓平均風速，邁。

根據(jù)上表所列內(nèi)容，結合本儲罐實際附件情況，附件明細及各附件損失因子如下表所示：

計算總浮盤附件損失因子F：

計算浮盤附件損失E：

1.4計算浮盤縫隙損失E

（公式12）

式中：

P―蒸氣壓函數(shù)，無量綱量;

D―罐體直徑，英尺;該罐直徑30米，98.424英尺;

M―氣相分子質(zhì)量，磅/磅-摩爾;68（g/g-mol）

K―產(chǎn)品因子，原油0.4，其它揮發(fā)性有機液體1。

K―盤縫損耗單位縫長因子，0.14 磅-摩爾/（英尺·年）;

S―盤縫長度因子，英尺/平方英尺，為浮盤縫隙長度與浮盤面積的比值，無縫隙長度時，可參考下表取值;

該罐浮盤采用浮筒結構，上部采用鋁制蒙皮進行覆蓋，根據(jù)計算并結合浮盤廠家提供的數(shù)據(jù)，各蒙皮之間縫隙長度約1020米，浮盤直徑按30米計算。

計算浮盤縫隙損失E：

計算浮頂罐總損失E：

根據(jù)上述計算，該罐全年的VOCs揮發(fā)量為3.752t。其中，邊緣密封損失占41%，掛壁損失占12%，浮盤附件損失占10%，浮盤縫隙損失占37%。

2.影響因素分析及建議

2.1油罐儲存溫度

儲罐溫度對邊緣密封損失、浮盤附件損失、浮盤縫隙損失均有直接影響。物料的儲存溫度在滿足日常生產(chǎn)工藝指標的情況下，盡可能保持較低的儲存溫度。對采用常溫儲存的輕質(zhì)油罐，罐外壁盡可能選用淺色。油罐表面的涂料顏色對降溫和損耗起著重要的作用，白色或銀色的涂料可以有效地反射太陽的熱輻射，可使罐內(nèi)溫度較低，油罐小呼吸和油品蒸發(fā)量也就比較少。而灰色或深色的涂料，損耗量相對就比較大。車間在近幾年對儲罐進行全面檢驗時，已將罐體顏色由之前的銀灰色逐步更換成白色。不同顏色罐體對太陽的吸收率如下：

2.2油罐周轉(zhuǎn)量

周轉(zhuǎn)量是影響掛壁損失的重要因素，通過計算公式也表明，周轉(zhuǎn)量與儲罐掛壁損失呈線性關系，在油品運輸中往往多一次輸轉(zhuǎn)就會多一次大呼吸損耗，因此，在滿足正常生產(chǎn)的前提下，盡可能降低儲罐的周轉(zhuǎn)量。油罐區(qū)應加強對油罐的計劃管理，合理使用油罐，盡量減少中間環(huán)節(jié)，盡量避免不必要的倒換油罐，物料具備直供條件的盡可能直供，具備活罐運行的盡可能安排活罐運行，盡量保持儲罐液位的平穩(wěn)，減少儲罐物料大進大出。

2.3邊緣密封

目前車間在用的內(nèi)浮頂儲罐均只有一級“舌形”密封，屬于氣體鑲嵌式結構，密封與液面之間存在較大的氣相空間，密封效果較差，密封損失大。建議對儲罐密封進行升級改造，在內(nèi)浮頂罐的浮盤與罐壁之間采用液體鑲嵌式、機械式鞋形、雙封式等高效密封方式，通過改變密封形式，可大大降低邊緣密封損失。以更換為液體鑲嵌式+邊緣刮板二級密封為例，邊緣密封損失將比目前的“舌形”密封減少95%。

2.4浮盤結構及附件

內(nèi)浮頂儲罐大多采用浮筒式鋁浮盤或箱式浮盤，浮盤的縫隙長度較大，由此產(chǎn)生了浮盤縫隙損失。浮盤附件大多含有采樣口、計量井、導向柱、樓梯井、浮盤支柱等結構，密封效果并不理想。建議采用鋼制浮盤，徹底消除盤縫損失，以本文計算為例，浮頂總損失將減少37%。浮盤附件方面，應采用含有密封件的各種附件，并確保密封良好，在工作狀態(tài)各附件應密閉。

浮盤的縫隙損失、附件損失、邊緣密封損失、掛壁損失，此四項損失歸根結底均是由于油罐及其附屬設備的孔隙處的跑氣和滲漏以及設備狀態(tài)不完好造成的。在日常工作中，應加強對儲罐及其附屬設施的檢查，應該注意油罐設備的密封程度及銹蝕和損壞，經(jīng)常維護保養(yǎng)，保持其技術狀態(tài)完好。經(jīng)常需要檢查的地方包括計量口、呼吸閥、泡沫室、與罐內(nèi)相通的自動化裝置及其他附件等。有清罐機會時，還應檢查底板的情況，及時發(fā)現(xiàn)損壞和滲漏。呼吸閥按時檢查保養(yǎng)，保持正負壓適度，密封良好，閥盤靈活有效。

3.結論

本文以內(nèi)浮頂汽油罐為例，對儲罐的VOCs排放量進行了計算，結合儲罐的掛壁損失、浮盤附件損失、邊緣密封損失、浮盤縫隙損失四項損失，對影響排放量的因素進行了分析，儲罐VOCs的排放量除了受儲存溫度、周轉(zhuǎn)量等生產(chǎn)因素的影響外，很大程度上與儲罐的設備狀態(tài)有關。通過控制周轉(zhuǎn)量來降低掛壁損失，通過將現(xiàn)有儲罐進行升級改造，將鋁浮盤改為鋼制浮盤以消除盤縫損失，將一級舌形密封改為液體鑲嵌式+邊緣刮板兩級密封以降低邊緣密封損失，完善浮盤附件以降低浮盤附件損失。通過控制儲罐運行參數(shù)，保持設備狀態(tài)完好，合理安排儲運作業(yè)等措施，可以在很大程度上實現(xiàn)內(nèi)浮頂儲罐VOCs的減排。

參考文獻：

[1]HJ853-2017，排污許可證申請與核發(fā)技術規(guī)范[S].

[2]財政部，揮發(fā)性有機物排污收費試點辦法[Z]，2015.6.18

[3] GB31570-2015，石油煉制工業(yè)污染物排放標準[S]