中美储罐呼吸排放量计算方法对比

林 立，鲁 君，何校初，邬坚平，伏晴艳

（1. 上海市环境科学研究院，上海 200233；2. 上海市环境监测中心，上海 200030）

中美储罐呼吸排放量计算方法对比

林 立1，鲁 君1，何校初1，邬坚平1，伏晴艳2

（1. 上海市环境科学研究院，上海 200233；2. 上海市环境监测中心，上海 200030）

论述了我国和美国几种常见储罐的呼吸排放量计算方法，应用SH/T3002—2000《石油库节能设计导则》和美国TANK4.0.9模型对拱顶罐和内浮顶油罐的“大呼吸”和“小呼吸”排放量进行实例计算，具体分析了我国和美国在储罐呼吸排放量计算方法上的异同，提出了我国储罐呼吸排放量计算模式改进的方向。

储罐；拱顶罐；内浮顶罐；呼吸排放量；石油库

石油化工生产过程中的无组织排放日益受到人们关注，主要排放源包括原油、馏分油、成品油的储罐，废水集中输送系统中的地漏、池、连接井、观察井， 废水处理系统中的废水储罐、池、废水处理设施，设备、阀门、法兰泄漏等［1］。以油品为例，我国每年蒸发排放的轻质油为4.7×105t［2］。石油化工无组织排放过程主要产生挥发性有机物（VOCs）。VOCs种类繁多，包括各种烃类、醇类、酮类、醛类、醚类、酸类和胺类等，多数会危害人类健康，污染环境［3-4］。储罐无组织排放中产生的VOCs不仅浪费了资源，而且严重污染环境，因此越来越受到人们的关注［5-6］。

储罐的排放主要来自工作排放（装卸过程）、呼吸排放（存储排放）、闪蒸、密封系统气体去除过程、储罐清洗等。其中，最为常见的是储罐的工作排放和呼吸排放。加强对于储罐呼吸排放的控制，可较为有效地改善石油化工区无组织排放的现状。因此，准确计算储罐呼吸排放量显得尤为重要，它能够为相关管理部门控制储罐无组织排放提供重要依据。

本文对石油化工企业无组织排放中的有机液体储罐排放量的计算方法进行了研究。

1 储罐分类及其排放源

1.1 储罐分类

美国将储罐分为七大类，即固定顶罐、外浮顶罐、内浮顶罐、圆形外浮顶罐、卧式罐（地上、地下）、压力罐、蒸气空间可变罐（圆柱体或球体）。我国SH/T3002—2000《石油库节能设计导则》（简称《导则》）中主要包括拱顶罐、浮顶油罐和内浮顶油罐三大类储罐［7-8］。

1.2 储罐排放源

当油品静止存于储罐中时，油品蒸气充满储罐气体空间，由于储罐内温度和压力的昼夜变化而引起的蒸发损失称为储罐的“小呼吸”排放。储罐的“大呼吸”排放是指液体储罐接收液体时，由于液面不断上升，罐内混合气体被压缩，导致压力不断升高，当气体空间的压力大于压力阀的控制值时，压力阀开启，混合气体溢出罐外，从而产生蒸发损失［9-10］。

2 中美储罐呼吸排放量计算方法

基于美国环保署（EPA）的排放因子文件AP-42第七章中的理论，美国开发了TANK4.0.9模型，主要用于计算固定顶罐、外浮顶罐、圆形外浮顶罐、卧式罐以及内浮顶罐五大类储罐的呼吸排放量。我国在《导则》的基础上开发了一款“环评助手小软件”（试用版）用于计算拱顶罐、浮顶罐、内浮顶罐的“大、小呼吸”排放量。

2.1 美国EPA中的储罐呼吸排放量计算公式

2.1.1 固定顶罐的呼吸排放量

固定顶罐的“小呼吸”排放量和“大呼吸”排放量计算公式分别见式（1）和式（2）。

式中：LS为固定顶罐的“小呼吸”排放量，lb/a（1 lb/a= 453.6 g/a，下同）；DS为罐直径，ft（1 ft= 304.8 mm，下同）；Hvo为蒸气空间高度，ft；Wv为存储液体的蒸气密度，l b/ft3（1 lb/ft3=16.02 kg/m3）；KE为蒸气膨胀系数，无量纲；Ks为蒸气饱和系数，无量纲；Lw为固定顶罐的“大呼吸”排放量，lb/a；Mv为存储液体的相对分子质量，无量纲；PVA为日均液体表面温度所对应的蒸气压，psi（1 psi=6.895 kPa）；Q为液体储存体积，bbl/a （1 bbl/a=0.159 m3/a）；KN为周转量系数，无量纲；KP为排放系数，Kp（原油）=0.75，Kp（其他有机液体）=1，无量纲。

2.1.2 浮顶罐的呼吸排放量

浮顶罐 （包括外浮顶罐、内浮顶罐和圆形外浮顶罐） 的总呼吸排放量计算公式见式（3）。

式中：LT为浮顶罐总呼吸排放量，lb/a；LR为边缘密封排放量，lb/a；LWD为黏滞排放量，lb/a；LF为附件类型排放量，lb/a；LD为夹层密封排放量，lb/a。

2.2 我国《导则》中的储罐呼吸排放量计算公式

2.2.1 拱顶罐的呼吸排放量

拱顶罐的“大呼吸”排放量计算公式见式（4）～式（8）。

式中：LDW为拱顶罐“大呼吸”排放量，m3/a；KT为周转系数，无量纲；K1为油品系数，K1（汽油）=1，K1（原油）=0.75，无量纲；Py为油品平均温度下的蒸气压，kPa；μy为油蒸气相对分子质量，无量纲；K为单位换算常数，K=51.6，无量纲；V1为泵送液体入罐量，m3；N为油罐周转次数，无量纲；Q为油罐周转量，m3/a；V为油罐体积，m3；Py1为油罐内液面最低温度对应的蒸气压，kPa；Py2为油罐内液面最高温度对应的蒸气压，kPa。

拱顶罐的“小呼吸”排放量计算公式见式（9）。

式中：LDS为拱顶罐“小呼吸”排放量，m3/a；K2为单位换算系数，K2=3.05，无量纲；K3为油品系数， K3（汽油）=1，K3（原油）=0.58，无量纲；P为油罐内油品本体温度下的蒸气压，kPa；Pa为当地大气压，kPa；D为罐直径，m；H为油罐内气体空间高度，m；ΔT为大气温度的平均日温差，℃；Fp为涂料系数，无量纲；C1为小直径油罐修正系数，无量纲。

2.2.2 内浮顶油罐的呼吸排放量

内浮顶油罐的“大呼吸”排放量计算公式见式（10）。

式中：LWF为内浮顶油罐“大呼吸”排放量，kg/a；Q1为油罐周转量，103m3/a；C为油罐壁的黏附系数，10-3m3/m2；ρy为油品的密度，kg/m3；NC为支柱个数， 无量纲；FC为支柱有效直径，m。

内浮顶油罐的“小呼吸”排放量计算公式见式（11）～式（13）。

式中：LSF为内浮顶油罐“小呼吸”排放量，kg/a；K8为单位换算系数，K8=0.45，无量纲；Ke为边缘密封排放系数，无量纲；Fm为浮盘附件总排放系数，无量纲；Fd为顶板接缝长度系数，无量纲；Kd为顶板接缝排放系数，Kd（焊接顶板）=0，Kd（非焊接顶板）=3.66，无量纲；P*为蒸气压函数，无量纲；mv为油气相对分子质量，无量纲；Kc为油品系数，Kc（原油）=0.4，Kc（汽油）=1，无量纲；Nmj为某种附件个数，无量纲；Kmj为某种附件的排放系数，无量纲。

2.3 中美储罐呼吸排放量计算公式对比

美国EPA中的储罐呼吸排放量计算方法考虑因素全面，包括储罐的地理位置、气象条件、罐体（类型、构造、边缘密封、夹层等）以及存储化学品的物理化学性质等，可用现有的排放因子、系数（默认值）代替无法获得的数据。但TANK4.0.9模型中的现有数据库仅适合美国储罐和常见化学品的特点。

我国的《导则》对美国EPA中的固定顶罐和浮顶罐的“大、小呼吸”排放量计算公式进行了修正，可较为方便地直接应用于我国常见拱顶罐和内、外浮顶油罐的“大、小呼吸”排放量的计算。但《导则》中储罐存储液体的排放因子只包括了汽油和原油两类，无其他原油副产品及有机化学物的相关系数。因此，应用《导则》计算汽油和原油的“大、小呼吸”排放量较为准确，但若用《导则》计算存储其他有机液体的拱顶罐和浮顶油罐的“大、小呼吸”排放量时，会产生较大误差，计算值只能作为参考使用。

3 储罐呼吸排放量计算实例

3.1 参数设置

分别按照《导则》和美国TANK4.0.9模型对某真实储罐的呼吸排放量进行计算。本文中的部分参数由工程师的经验获得，可能存在一定误差。拱顶罐的计算参数和储存液体参数分别见表1和表2；内浮顶油罐的计算参数和储存液体参数分别见表3和表4。

表1 拱顶罐计算参数

表2 拱顶罐储存液体参数

表3 内浮顶油罐的计算参数

表4 内浮顶油罐储存液体参数

3.2 《导则》计算结果

拱顶罐的“大呼吸”排放量为256.75 kg/a，“小呼吸”排放量为116.86 kg/a，总呼吸排放量为373.61 kg/a。

内浮顶油罐的“大呼吸”排放量为58.8 kg/a，“小呼吸”排放量为266.30 kg/a，总呼吸排放量为325.10 kg/a。

3.3 TANK 4.0.9模型计算结果

拱顶罐的“大呼吸”排放量为134.76 kg/a，“小呼吸”排放量为9.27 kg/a，总呼吸排放量为144.02 kg/a。

内浮顶油罐的“大呼吸”排放量即浮盘着落排放量为61.02 kg/a，“小呼吸”排放量为边缘密封排放量（164.67 kg/a）与夹层排放量（302.89 kg/a）之和，总呼吸排放量为528.58 kg/a。

3.4 中美储罐呼吸排放量计算结果对比

关于拱顶罐的呼吸排放量，《导则》与TANK4.0.9模型均考虑了“大呼吸”和“小呼吸”两部分，并且计算结果在同一个数量级上。关于内浮顶油罐的呼吸排放量，分别按照《导则》与TANK4.0.9模型计算得出的“大呼吸”排放量较为接近；按照《导则》计算得出的总呼吸排放量低于TANK4.0.9模型的计算值。由于未对两国的气象参数进行校准，运用TANK4.0.9模型计算时，气象数据取自与中国上海气象条件较为接近的美国华盛顿，造成计算结果存在一定差异。

4 我国储罐呼吸排放量计算方法的完善方向

（1） 对于内浮顶油罐呼吸排放量的计算方法可参考美国，将呼吸排放分为边缘密封排放、浮盘着落排放、夹层排放和夹层密封排放，这样计算结果更为细化、清晰。

（2） 对国内常见的储罐类型、常用存储物料的物理化学性质、各城市的温度、辐射强度、风速等气象参数进行调研，建立完整的数据库。

（3） 本文中计算案例的罐区没有任何控制措施，对于有控制措施的罐区，需考虑控制措施的控制效率。可考虑建立储罐控制措施信息库，这不仅可以精确计算呼吸排放量，也可用于对储罐排放的实际控制。

（4） 由于《导则》中的储罐存储液体排放因子只包括了汽油和原油两类，无其他原油副产品及有机化学物的相关系数，因此还需进一步研究普遍适用于我国化学品的储罐呼吸排放量计算方法。

5 结语

分别采用我国《导则》和美国EPA中的储罐呼吸排放量计算方法计算拱顶罐和内浮顶罐的呼吸排放量。结果表明，两种方法的计算结果在同一数量级上。但《导则》中的计算公式缺乏物种性质、气象参数等系数，因此还需进一步完善适于我国的储罐呼吸排放量计算方法。

［1］ 袁晓华. 石油化工企业无组织排放气体污染物的探讨［J］. 化工环保，2010，30（2）：130 - 136.

［2］ 张湘平，刘洁波. 吸收法和吸附法油气回收技术的联合应用［J］. 石油化工环境保护，2006，29（3）：57 -62.

［3］ 李婕，羌宁. 活性炭吸附回收挥发性有机物的研究进展［J］. 化工环保，2008，28（1）：24 - 29.

［4］ Hsu D J，Huang H L，Chen C H，et al. Potential exposure to VOCs caused by dry process photocopiers：Results from a chamber study［J］. Environ Contam Toxicol，2005，75（6）：1150 - 1155.

［5］ 李守信，宋剑飞，李立清，等. 挥发性有机化合物处理技术的研究进展［J］. 化工环保，2008，28（1）：1 - 8.

［6］ 王灿，席劲瑛，胡洪营，等. 挥发性有机物控制技术评价指标体系初探［J］. 化工环保，2011，31（1）：73 - 77.

［7］ 中国石化集团北京设计院. SH/T 3002—2000石油库节能设计导则［S］. 北京：中国石化出版社，2000.

［8］ 孙晓春. 塔里木油田固定顶罐油气损耗物点分析［J］.石油规划设计， 2004，15（4）：31 - 33.

［9］ 李瑾. 液体储罐无组织排放估算方法［J］. 石油化工环境保护，2003（26）：51 - 53.

［10］ 卢焕章. 石油化工基础数据手册［M］. 北京：化学工业出版社，1982：138 - 978.

Com parative Study on Tank Breathing Em ission Calculation M ethods in China and US

Lin Li1，Lu Jun1，He Xiaochu1，Wu Jianping1，Fu Qingyan2

（1. Shanghai Academy of Environmental Science，Shanghai 200233，China；2. Shanghai Environmental Monitoring Center，Shanghai 200030，China）

The calculation methods for breathing em issions from several common tanks used in China and US are discussed. The Chinese standard SH/T 3002-2000“Design guideline for energy conservation of petroleum depots”and the US TANK 4.0.9 model are used to calculate the“large”and“small”breathing emissions from domed fixed roof tanks and internal floating roof tanks. The calculation methods in China and US are analyzed and compared with each other，and the direction for improvement of tank breathing em ission calculation method in China is proposed.

storage tank；domed fixed roof tank；internal floating roof tank；breathing em ission；petroleum depot

X511

A

1006 - 1878（2012）02 - 0137 - 04

2011 - 09 - 02；

2011 - 12 - 10。

林立（1985—），女，上海市人，硕士，助理工程师，主要从事大气化学、大气气溶胶、大气污染控制的研究工作。电话 18217416638，电邮 linl@saes.sh.cn。

上海市环境保护局科研项目（ZX30914）。

（编辑 王 馨）