关于加油站密闭性检测最小剩余压力限制的分析

霍东阳，刘红旗，隰永才

（机械科学研究总院，北京 100044）

0 引言

汽油作为与我们日常生活最息息相关的石油资源，其重要性是不言而喻的。汽油的轻质组分具有较强挥发性，使汽油在装、卸和运的过程中易挥发到大气中形成挥发性有机物VOC（VolatileOrganicCompound，又称油气）。油气本身就是一次污染物，是光化学烟雾的主因之一，油气内的烃类化合物对人体健康也会造成损害，同时若不对油气进行回收利用，也是对汽油资源的巨大浪费。加油站是汽油使用的流转过程中一个非常重要的环节，同时也是人们在提供客户燃料的一个重要场所，从业人员需要长期工作在加油站。有资料显示，在加油站排放的油气量占整个汽油流转过程中油气产生量的比例最高（近70%），因此对加油站油气进行重点研究，意义重大。

1 加油站油气回收工作开展的目的

国标GB20952-2007《加油站大气污染物排放标准》是我国对加油站油气控制的最主要手段。而标准实施至今已有若干年，本文就GB20952-2007表2《加油站油气回收系统密闭性检测最小剩余压力限值》入手，对该标准的密闭性做理论分析。

无论是密闭性，液阻，气液比的控制，只是一种手段，其根本目的是为了控制油气排放，采用了二次油气回收系统后，其产生油气主要有5处。而国标GB20952-2007主要是针对监测点5做的油气排放控制。美国的TP201针对这5处油气泄漏已经做出了限定，其泄漏量小于0.38pound/1000gal[1]。

图1 TP201.2检测点

2 中美两国密闭性的理论对比

任何一个储罐都无法做到完全密封，那么必然有泄漏的存在，表现在当加入一定量的气体时，地下储罐压力会随着时间而降低，其实质为储存在罐内的气体损失，这种由于泄漏造成的排放因子在美国称之为Pressure-Related Fugitives。故美国是通过对储罐内压力的控制，从而限定储罐的泄漏，进而控制该因子。

按照美国CARB的计算，推导我国的标准，数值可采用表1中公式计算。

表1 中美两国对密闭性试验最小剩余压力值计算公式对比[2]

1896.058 ,2012.372,2129.118,2246.302,2363.918–5分钟压力试验衰减常数；V—罐空（L）；Pf—最小剩余压力（Pa）；e—2.718。

表2 中美两国真空辅助系统压力衰减标准对比（最小压力英寸水柱）[3]

对二次油气回收系统做密闭性检测时，系统所允许的最大泄漏率按照CARB TP-201.2f 1-A式以及TABLE 1-A，得出最大泄漏公式以及最大泄漏率Qmax[3]：

换算成我国常用单位计算公式如下：

式中：P1—5分钟泄漏试验的初始压力值（500Pa）；t—密 闭性试 验进行时 间 （5min）；P0—标准大 气压（101325Pa）。

3 地下储罐密闭性的理论分析

系统是允许一定泄漏存在的，根据克拉柏龙方程：PV=nRT，经过时间t，泄漏掉的油气的摩尔数Nloss=Qt·P0/RT，则剩余的油气摩尔数：

由于密闭性试验过程为等温过程，则储罐内的压力：

则密闭性试验的平均泄漏率：

既然系统允许一定的泄漏存在，那么可将存在泄漏的储罐模拟成含有一定面积泄漏小孔的储罐，则其压力损失可模拟为由于泄漏小孔的存在所造成的压力损失。

根据可压缩气体通过节流小孔的流量模型，由于我国以及美国方式中罐内压力略大于外界压力，流速在亚声速区，其体积流量为：

由于式（2）为一个瞬时量，对式（1）进行微分，则有：

式中：S—泄漏孔的面积（m2）；T—储罐内油气的温度（取273K）；P—泄漏压力,相对压力（Pa）。其下边界条件：P=PfPa；上边界条件：P=500Pa，解微分方程得出：

根据式（1）和式（2）计算，得出泄漏孔面积S如表3所示。

表3 我国不同体积的泄漏小孔的面积（mm2）

根据表3，将单位转化为美制的单位为表4，泄漏小孔的面积为0.002平方英寸。所以，美国的泄漏率是根据0.002英寸泄漏小孔所产生的泄漏作为基准所得出的。这与文献[6]得到的结论是一致的。根据式（2）和式（3）可以计算出储罐的泄漏率，进而计算出某一特定储罐在一定时间段内的气体排放量。举例说明：取13～18把枪内的数据，5分钟泄漏试验中，试验初始时间P1=500Pa,剩余时间Pf=162Pa，V=1892L，时间t=5min，大气压P0=101325Pa，温度T=273K，则根据式（3）计算出泄漏小孔面积S=0.96mm2。

表4 美制不同体积的泄漏小孔的面积(英寸，inch2)

将S=0.96mm2以及Pf=162Pa代入式（3）中，计算得出其泄漏率Q=0.92L/min。

TP201.2f Table 9.1也给出了泄漏率的算法，见表5。

表5 Q与P方程[5]

根据TP201.2f的算法，取上述例子中的计算数据，计算出的泄漏率为Q′=0.881 L/min。

考虑到我国标准在单位换算时的近似取值，两种算法仅有4%的差异。故基本可以解释出美国算法的来源。

式（2）、式（3）的组合，可以很好的计算出CARB标准中TP201所提到的关于地下储罐压力相关的逃逸损失，再根据储罐内油气的浓度以及油气的体积含量，就可以计算出该储罐因密闭性所导致的油气排放量。

4 结论

我国 GB20952-2007在实施颁布时，主要参考了CARB TP201的内容，然而其内部诸多细节并未在标准中体现，通过中美两国标准的解读和细化，可以进一步加深对我国二次油气回收工作的理解。TP201对于地下储罐泄漏所产生的油气排放，是以0.002英寸小孔所产生的泄漏量作为基本依据的，由于其标准中并未解释其计算方法的来源，故本文采用克拉柏龙方程以及小孔泄漏原理，从理论上很好的解释了TP201中关于地下储罐密闭性的最小剩余压力以及所产生的排放。从而为我国进一步细化以及完善标准，提供了一种可行的方法。

[1]TP-201.2,Efficiency and Emission Factor for Phase II Systems[S].

[2]TP-201.3,Determination of 2 Inch WC Static Pressure Performance of Vapor Recovery Systems of Dispensing Facilities[S].

[3]TP-201.2f,Pressure Related Fugitive Emissions[S].

[4]GB20952-2007,加油站大气污染物排放标准[S].

[5]徐灏，邱宣怀.机械设计手册[M].北京：机械工业出版社，1992.

[6]Stephen F.Majkowski,Kenneth M.Simpson and Michael J.Steckler.Development and Validation of a 0.020”Evaporative Leak Diagnostic System Utilizing Vacuum Decay Methods[Z].International Congress and Exposition Detroit,Michigan March,1999.