TANKS软件在储罐大小呼吸计算中的应用

尹 柯 周桂青

（湖北君邦环境技术有限责任公司 湖北武汉 430000 武汉中质博测检测技术有限公司 湖北武汉 430000）

引言

石油化工类建设项目的原料或产品一般为油品或其它挥发性有机化合物，在储运过程中会发生不同程度的蒸发损耗，在对此类项目进行环境影响评价时，计算油品和有机化合物在储罐中的呼吸损耗量是工程分析环节的一大重点。

储罐大呼吸损耗是指储罐在进行收发作业时，由于液面的升降变化引起储罐内气体空间变化，进而带来气体压力的升降变化，使混合油气排出或外界空气进入。在收油过程中，随着液面的升高，储罐气体空间体积缩小，压力增大，当压力超过呼吸阀设定的正压时，呼吸阀跳开，储罐向外排放气体，在收油过程中，随着液面的降低，储罐气体空间体积增大，形成负压，当压力低于呼吸阀设定的负压值时，呼吸阀跳开，外界空气被吸入，由于外界空气的补充及由此形成的强制对流，使油品液面蒸汽压降低，从而加速油品的蒸发，使其重新达到饱和，馆内压力再次上升，造成部分油蒸气从呼吸阀呼出。

储罐呼吸损耗指在没有收发油作业的情况下，随着外界气温、压力在一天内的升降周期变化，罐内气体空间温度、油品蒸发速度、油气浓度和蒸汽压力也随之变化。这种排出油品蒸气和吸入空气的过程造成的油气损耗称为小呼吸损耗。

1 储罐大小呼吸损耗量计算方法

工程分析是环境影响评价工作的核心，而源强计算则是工程分析的基础，源强计算的客观性、准确性和科学性直接决定了整个环境影响评价报告的质量和水平。储罐大小呼吸是石油化工行业大气污染物无组织排放的重要来源，对其产生量进行准确的计算十分必要，在目前的环境影响评价工作中，常采用《石油库节能设计导则》（SH/T 3002-2000）推荐的公式[1]和TANKS软件进行计算。见表1。

表1 储罐大小呼吸计算公式

2 TANKS软件计算储罐大小呼吸实例

2.1 应用实例

某化工码头储运有限公司主要储存中转液体化工原料，现有储罐10座，其中立式拱顶罐4座，内浮顶罐4座，外浮顶罐2座。储罐规模及主要技术参数见表2。

表2 储罐规模及主要技术参数

各储罐年呼吸损耗量的计算结果见表3。

表3 储罐年呼吸损耗量计算结果

2.2 影响因素分析

2.2.1 罐型

通过对比可发现无保温措施的拱顶罐（2号罐）的年损耗量最大，为590.9kg/a，而1号拱顶罐由于有保温措施，年损耗量较小，与外浮顶罐接近，结合表中数据可以看出，保温措施能有效减少储罐大呼吸并且几乎杜绝储罐的小呼吸；对比5、6号储罐可发现，自持顶内浮顶罐的年损耗量略小于非自持顶内浮顶罐，这是由于非自持顶罐内需要设置立柱支撑，因此立柱与浮盘之间存在密封损耗。立柱越多，柱径越大，则损耗量越明显；对比三种类型的储罐可以发现，在减少丙烯酸丁酯呼吸损耗量的能力上，内浮顶罐最为显著（其中自持顶罐为31.5 kg/a，非自持顶罐为39.9 kg/a），其次是外浮顶罐和带保温措施的拱顶罐。

2.2.2 罐容与周转量

对比2、3号储罐发现，在周转量相同的情况下，储罐大呼吸相同，而罐容小的3号罐小呼吸较小；而从3、4号储罐可看出在罐容相同的情况下，储罐小呼吸损耗量相同，周转量大的3号罐大呼吸损耗量越大。这说明储罐的周转量决定了大呼吸损耗量，罐容则是影响储罐小呼吸损耗的主要因素。

这是因为储罐大呼吸是储罐在收发料过程中发生的，因此在收发料速率一定的前提下，周转量越大储罐收发料所用时间越长，呼吸量越大。而储罐罐容越小则受热面积越小，同时罐内气体空间越小，从而导致小呼吸损耗量较小。

2.2.3 其它影响因素

对于拱顶罐，内壁的锈蚀程度影响油品或挥发性有机物的挂壁程度，锈蚀越严重则物料挂壁量越大，挥发量越大；罐壁、罐顶涂层颜色影响储罐吸热和放热速度，罐壁、罐顶颜色越深则储罐吸热的速度越快，罐内温度变化越快，小呼吸损耗量越大；拱顶罐呼吸阀正负压设置影响储罐内气体空间压力，储罐呼吸阀正压设置的越高、负压设置的越低，发生小呼吸的概率越小，但呼吸阀的设置还与储罐的材质有关，必须在储罐材质可接受水平之内，以防发生储罐爆裂或瘪罐等危险。

对于浮顶罐，浮盘是焊接还是铆接影响储罐的接缝损耗，若为铆接则浮盘存在接缝损耗，若为焊接则接缝损耗可以忽略。浮盘的密封方式影响储罐的边缘密封损耗、浮盘回收损耗和浮盘附件损耗，浮盘的密封按级别可以分为一级密封和二级密封，其中一级密封必须设置，二级密封可以根据实际需要进行设置；按密封方式可以分为机械密封、气相密封和液相密封。

3 储罐呼吸损耗的控制措施

根据相关资料显示，中国燕山石化公司油品储存过程中蒸发损耗总量约为1581.66t/a[7]。赵连荣等[8]利用经验公式估算大庆石油化工总厂的180个固定储罐每年呼吸损耗量达2.8×104t，储罐的呼吸损耗在对环境造成了严重危害的同时也造成了巨大的浪费，因此，在环评工作中对储罐呼吸损耗除了要进行准确的计算预测外，更应从清洁生产的角度提出有效的污染控制措施。

结合本文计算结果及分析结论可以看出，对于小呼吸损耗的减排措施主要有：

（1）使用浮顶罐或带保温措施的拱顶罐。

（2）重视储罐的维护，保证储罐内壁无锈或少锈，储罐外壁和罐顶涂层采用白色涂料并重视日常清洗防止锈蚀。设置水喷淋，高温季节对储罐适当延长淋水期以减少储罐内温度变化幅度。

（3）在经济效益允许的前提下，通过提高钢材与焊接工艺的强度提高储罐的承压能力，使其能够超过油品在储存温度下的饱和蒸气压，从而达到减少小呼吸损耗的作用。

大呼吸损耗的减排措施主要包括：

（4）使用内浮顶罐，并对浮盘设置二级密封。

（5）在储罐进油操作时，应尽量在降温时作业。

（6）在储罐发油操作时，作业应进行得缓慢些，这样可使罐内气体浓度下降较为迟缓，以避免或减少发油结束后出现回逆呼出损耗。

（7）使用油气回收装置。

结语

（1）TANKS计算储罐大小呼吸充分考虑了储罐、物料、气象等因素的影响，结果科学可信。

（2）内浮顶罐、外浮顶罐、拱顶罐三种罐型中，内浮顶罐在控制物料损耗方面最为有效，而拱顶罐损耗量最大，但如果对拱顶罐设置保温措施则可有效减少其大小呼吸损耗量。

（3）在储罐技术参数相同的前提下，储罐的大呼吸取决于物料年周转量，储罐小呼吸则取决于储罐规模。

（4）锈蚀程度较轻、涂层颜色较浅、呼吸阀设置范围较大的拱顶罐呼吸损耗量较小；浮盘采用焊接方式及二级密封的浮顶罐损耗量较小。