浮顶罐大呼吸损耗公式的探讨

谢跃群，罗金莲

（1.化集团公司长岭分公司储运作业部，湖南岳阳 414012；2.岭炼化岳阳工程设计有限公司，湖南岳阳 414007）

浮顶罐大呼吸损耗公式的探讨

谢跃群1，罗金莲2

（1.化集团公司长岭分公司储运作业部，湖南岳阳 414012；2.岭炼化岳阳工程设计有限公司，湖南岳阳 414007）

分析《石油库节能设计导则》推荐的储罐大呼吸损耗公式，只包含粘附损耗，忽略了密封损耗。指出《石油库节能设计导则》粘附系数表中数据顺序应进行调整、提出大呼吸损耗公式应从油品的挥发性能和储罐的密闭性能两方面进行考察、建议适时对《石油库节能设计导则》进行修订。

储罐；VOC；环评；大呼吸；粘附系数

0 前 言

在储罐大小呼吸VOC排放量评价方法中，《石油库节能设计导则（SH／T3002－2000）》附录A中（以下简称《导则》），分别为拱顶罐、浮顶罐和内浮顶罐的大小呼吸损耗的计算提供了6个公式，适用于拱顶罐、浮顶罐和内浮顶罐储存的原油、汽油及其他轻质油品大小呼吸蒸发损耗量的估算。在我国，特别是石化行业得到广泛应用；其计算结果作为环评或VOC治理的重要依据。

储罐大呼吸是储罐蒸发损耗的主要形式。大呼吸损耗是指储罐在收发油品过程中向外界排出的油品蒸汽。根据《导则》公式计算出来的大呼吸损耗与生产实践中统计的损耗量之间存在较大差异，因此，笔者对《导则》浮顶罐大呼吸损耗计算公式进行了推导，并提出了本人对此的理解与构想。

1 浮顶罐大呼吸损耗公式的分析及推导

1.1 浮顶罐大呼吸损耗公式的分析

《导则》浮顶罐大呼吸损耗公式为［1］

式中：LW是损耗量，单位kg／a；Q是油罐周转量，单位103m3／a；C是罐壁粘附系数，单位m3／1000m2；PY为油品密度，单位kg／m3；D为储罐直径，单位m。

浮顶罐和内浮顶罐计算公式一致，后者只是在前者的基础上增加一个修正系数，当支撑罐顶柱为0时，两者完全一样。下面仅以浮顶罐为例展开讨论。

1.2 浮顶罐大呼吸损耗公式的推导

公式（1）中密度PY把体积转换成重量，与呼吸量大小无关。C是罐壁粘附系数，代表单位面积上粘附的油品量；余下的4Q／D变换一下表达形式即可得出为液体粘附罐壁的面积。设：D为储罐的直径，则：储罐底面积＝πD2／4：

装入体积为Q的液体后，液位高＝Q／（πD2／4）＝4Q／（πD2）

所以：液体粘附罐壁的面积＝π×D×（4Q／（πD2））＝4Q／D。

至此，公式可以变换为：LW＝（4Q／D）×C× PY＝液体粘附罐壁的面积×粘附系数×密度；

液体粘附罐壁的面积×粘附系数，表示粘附在罐壁上的油品量；这部分油品会在储罐放空后蒸发，在储罐再次进油时全部排入大气。

如果把粘附在罐壁上损耗的油品量称为粘附损耗，由上述推导结果可以看出：《导则》浮顶罐大呼吸损耗公式实际上是储罐粘附损耗的计算公式，把粘附损耗当成了大呼吸损耗的全部，笔者认为《导则》是在认可储罐封性能完好、不会造成密封损耗的前提下才能成立。

1.3 大小呼吸公式可互为印证

《导则》同时推荐了浮顶罐小呼吸损耗公式：

式中：Ls为浮顶罐年小呼吸损耗量（kg／a）；K4、K5为单位换算系数；Kc为油品系数；Fr为密封损耗系数；D为储罐直径（m）；Ff为浮盘附件总损耗系数；P*为蒸汽压函数；Mv为油气摩尔质量（kg／kmol）；其中蒸汽压函数为油品蒸汽压和当地大气压两个变量决定。

在小呼吸公式中，参数油品性质（Kc）、油品蒸汽压和当地大气压（P）考察的是油品的挥发性能；密封损耗系数（Fr）和浮盘附件总损耗系数（Ff）考察的是储罐的密闭性能；

小呼吸损耗公式分别从油品的挥发性能和储罐的密封性能两方面对密封损耗进行了考察，油品性质、油品蒸汽压、当地大气压、浮盘密封装置和浮盘附件的密封水平等影响因素都包含在公式里，说明这些因素对损耗的影响是明显的。如果说油品静止小呼吸时上述因素的影响是重要的，那么油品搅动时这些因素的影响将会更加明显，造成的损耗也会更大。因此，在研究大呼吸损耗时，忽略这些因素或者假定它们的影响不存在都会影响公式的准确性。

1.4 密封损耗是大呼吸的重要部分

粘附损耗只是大呼吸损耗的一部分，大呼吸损耗还应包括密封损耗。

浮顶罐在油品液面覆盖浮盘，浮盘随液位升降而上下移动；油品受浮盘压力，气化过程受到抑制而减少挥发。但是，有些浮盘底部（如铝浮盘）存在油气空间，浮盘的密封装置和储罐附件不可能是完全密闭的；储罐进油时，油品处于运动之中，分子运动加速，导致气化速度加快，部分油品蒸汽从缝隙中逃逸出来，这一部分损耗可称之为密封损耗。密封损耗是大呼吸的重要组成部分。粘附损耗能够代替大呼吸损耗的前提是密封损耗为零。但是，实际上这个前提是不存在的。

在生产过程中，也能确认密封损耗的存在；新罐投用前，粘附损耗还不存在，但只要进油，就能明显感到油气味道。无论如何改进密封技术，油气的泄漏总是存在的，在现有工艺条件下，密封损耗是不可忽视的。

美国国家环保署（EPA）推荐的大呼吸计算公式：LT1＝LW＋LR＋LF＋LD＋LX中，大呼吸损耗细分为五个部分，分别是LW工作损耗量；LR板层边缘密封损耗量；LF板层附属配件损耗量；LD板层接缝损耗量；LX倒灌损耗量［2］。公式中包括了密封损耗，还把密封损耗细分为板层边缘密封损耗、板层附属配件损耗、板层接缝损耗三个部分，分别指向浮盘密封装置、油罐附件和浮盘结构三方面形成的损耗。储罐的密封性能取决于储罐浮盘的类型、浮盘的密封装置和储罐附件的密闭水平。

密封性能的缺陷只是为损耗提供了外在条件，损耗的发生还取决于油品挥发性能这个内因。不易挥发的油品是不需要密封的。油品的性质、温度、蒸汽压、当地的大气压等因素决定油品的挥发性。密封损耗的大小是油品的挥发性能和储罐的密封性能共同决定的。密封损耗应该在公式中得到体现。

2 罐壁粘附系数

2.1 关键因素

石油库节能设计导则（SH／T3002－2000）》附录A中，与大呼吸公式配套，提供了一个罐壁粘附系数表，见表1；大呼吸公式中，面积由周转量和直径确定以后，粘附系数就成为决定大呼吸大小的关键因素。从低到高，汽油粘附系数由0.00257到0.256 7相差100倍。引用不同的粘附系数计算出的粘附损耗相差很大。

表1 罐壁粘附系数表

2.2 系数与现实的矛盾

从表1可以看出，粘附系数从低到高分别是轻锈、重锈和喷涂内衬；喷涂内衬的粘附系数是轻锈的100倍。在企业，浮顶罐大都喷涂内衬，内浮顶罐几乎全部喷涂内衬。如果系数表正确，企业花费大量的资金、时间，为储罐内壁喷涂内衬，竟然会使大呼吸损耗增加100倍。企业行为与《导则》系数表之间发生了矛盾，使企业在选择油品储罐内表面处理方式时感到困惑。

2.3 系数表勘误

粘附系数反映了罐壁的粗糙度造成的油品与罐壁之间的附着力；粗糙度大的粘附系数大。喷涂内衬的目的，一为防腐；二为降低粗糙度，减少粘附损耗。同一储罐，内壁处理前后粗糙度差别巨大［3］；根据滤波后的滤波曲线，处理后表面局部凸起高度是处理前的50%；最大波峰数及波峰数大幅度减少；处理后，罐内壁粘油量降低90%。

有文献指出了系数表的错误［4］，《导则》关于内浮顶罐罐壁粘附系数的选取与美国石油学会（API）的测定值存在较大差异。根据API测定数据，原油储存时，重锈时C＝1.0268，轻锈时C＝0.05134，喷涂内衬时C＝0.01027。罐壁粗糙度由轻到重的顺序理应是喷涂内衬、轻锈、重锈，这样调整后即与API测定数据一致，由此推测可能是印刷错误。经勘误后，导则表A.0.2应改为如表2所示。

表2 勘误后的罐壁粘附系数表

勘误以后，企业行为与壁粘附系数表的矛盾不复存在。

3 结束语

大呼吸损耗是储罐区VOC排放的重要组成部分。依据现行《导则》大呼吸损耗公式计算的损耗与生产实际情况存在较大差异，导致评估结果不全面、也不准确，据此对炼化企业的储罐区、油库进行的环评存在缺陷，不利于储罐区VOC排放控制。

在国家和社会对VOC污染越来越重视的今天，迫切需要一个能全面准确衡量储罐大呼吸排放水平的评估方法。影响密封损耗的因素及其相互关系是复杂的，需要相关专家加以重视，开展专项研究。笔者建议中石化组织标准化委员会有关专家对石化生产企业、油品储运企业进行走访并展开专题研究，结合美国国家环保署（EPA）推荐的大呼吸损耗公式和《导则》推荐的小呼吸损耗公式，把密封损耗的影响因素考虑进去，适时对现行《导则》进行修订、形成全面反映大呼吸损耗的新公式，使行业相关技术人员能更好的用法律法规指导生产和管理，解除企业技术人员心中的困惑。

［1］SH／T3002－2000，石油库节能设计导则.

［2］张鹏，赵东风，牛麦针.石化企业无组织排放源强核算方法综述［J］.四川环境，2012，31（6）.

［3］杨占品，鲍善彩，范传宝，等.大型钢质原油浮顶罐内壁处理技术［J］，油气储运，2009，28（4）54～56.

［4］莫志安王蕊.导则勘误及内浮顶罐轻质油挥发损耗计算［J］.广东化工，2013，40（10）：47－48.

Discussion on formula of the big breath evaporation loss of floating roof tank

Xie Yue-qun1,Luo Jin-lian2
（1.Changling branch of China Petrochemical Corporation，Yueyang Huan 414012 China；2.Changling Petro-chemical Engineering Design Co.，ltd，Yueyang Huan 414007 China）

This study analyzes that the formula of the big breath evaporation loss of floating roof tank，recommended by“Design guideline for energy conservation of petroleum depots”，only contains the adhesion loss but ignores the seal losses.It is pointed out that the data order in sticking coefficient table in“Design guideline for energy conservation of petroleum depots”should be adjusted，and breathing loss formula should contain both volatile properties of oil in the tank and airtight properties of the tank.It is recommended that“Design guideline for energy conservation of petroleum depots”should be revised timely.

Floating roof tank Volatile organic compounds Environmental assessment Big breath Sticking coefficient

TE821

A

1003-6490（2015）04-0053-03

2015－07－18

谢跃群（1962－），男，湖南省双峰县人，1985年毕业于兰州大学经济系，工程师，从事安全与环保管理，邮箱：xieyueq.clsh＠sinopec.com