水运行业原油装卸和储运VOCs大气环境影响探讨

钱利红

摘要：指出了原油装卸和储存过程的蒸发损耗主要是由饱和烃和芳烃的挥发而引起的，两者共含原油组份的17.4%～22.2%。根据公式计算，原油装船损耗介于0.017%～0.032%，由于装船过程需要伴热，因此按0.03%考虑较为合理，原油储运时的挥发损耗为0.078%～0.217%之间，该过程无需伴热，因此，按0.15%考虑较为合理。装船损耗的排放量明显小于储运工程的损耗量，但由于装船损耗在短时间内集中排放，因此，对下风向地面浓度的影响，装船废气明显大于储运废气。

关键词：原油;装卸;储运;VOCs大气环境影响

中图分类号：X820 文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2019）20-0088-03

1引言

光化学烟雾是含有NOx和VOCs的大气在紫外线的照射下发生反应，NOx和VOCs与OH自由基的反应是对流层O2形成的重要前体物，是导致光化学烟雾的根本原因。不同区域大气VOCs化学组成和活性的差异取决于其来源。VOCs自身的反应活性和浓度均会影响光化学反应的速度，而VOCs脂学组成和活性的差异取决其来源。美国CARB（California Air Re-sources Board）已经逐步建立了模型排放数据系统（MEDS），这个源成分谱数据库包括了汽车尾气、汽油挥发、液体汽油、汽油蒸汽、涂料溶剂、天然气、石油液化气、天然源共9类23种VOCs排放源。油品储存、运输环节是工业源VOCs的重要产污环节，根据2009年环保部的统计结果，油品储运VOCs排放量占人为源比重高达7.6%，占工业源的比重高达14%，应予以重点控制。

原油作为最重要的外贸物资，油轮作为海上进口原油的最主要的运输工具，其在长距离运输过程存在着大量的VOCs损耗。国际油轮船东会的一项研究表明，1艘油轮在西非和美洲湾运输过程中因呼吸损失0.28%的原油。近年来，我国大型油港大气环境中烃类指标逐年上升油轮是这些大气污染物的核心源强。

目前，绝大部分的原油货舱未形成封闭管路，没有气体回收接岸管道。根据调查，天津港、厦门港、青岛港、南京港、广州港均有码头安装了油气回收设备，但由于设备选型等各种原因，这些设备均未使用。对于原油装卸VOCs蒸汽的组成、特性、浓度水平方面等的研究较少，因此，本文旨在对原油组分分析及其装卸VOCs蒸汽的排放量和排放方式进行研究，探讨原油储运过程VOCs对周围大气环境的影响。

2原油组份分析

利用气相色谱/质谱法联用技术（GC-MS），于天津港码头采取了3种轻质原油，对其组份进行分析。原油样品信息列于表1中。利用不同有机溶剂对原油中不同族性成分和结构化合物类型进行选择性分离所得到若干物理化学性质相近的混合物，对沥青质、饱和烃、芳烃、胶质等4种原油的主要成份进行分析，结果列于表1中。不同原油各族组分含量不同，原油中沥青质百分含量变化范围是6.8%～25.4%，A2最大，A3最小;饱和烃质量分数变化范围是5。4%～13.4%;芳烃质量分数变化范围是4%～16.8%;胶质质量分数变化范围是3.4%～17%;不同原油各组份含量差异较大，在常温下，沥青烟和胶质均不易挥发，原油装卸和储存过程的蒸发损耗主要是由饱和烃和芳烃的挥发而引起的。因此，通过对原油组份分析可了解各原油的损耗程度，饱和烃和芳烃均属于易挥发成份，两者共含原油组份的17.4%～22.2%，其在装卸和储存中排放的VOCs对大气环境的影响较大。

以国内常见的20万吨级原油船为例，其装船效率一般为4000 m³/h，原油储运过程照90%的满载考虑，原油的密度考虑为850 kg/m³，储运时间为半年，根据上述公式的计算结果列于表2中，当温度介于40 oF～100°F之间时，原油的装船损耗一般为0.017%～0.032%，原油储运时的挥发损耗为0.078%～0.217%之间，可以看出，原油的装船损耗明显小于储运过程的损耗，由于原油在装船过程一般需要伴热到35℃左右，因此，原油装船损耗照0.03%考虑较为合理，而原油储运过程一般无需伴热，因此，储运损耗年损耗量照0.30%考虑较为合理。

原油装船损耗，主要发生在码头装船作业的时间内，发生时间短，污染源呈现短时间内集中排放的特征。而储运损耗，贯穿于整个储运环节，主要是由于昼夜温差导致的昼间温度升高油气挥发性增强，排出油罐气体空间部分的油气而排放的VOCs。原油储运过程的损耗，与储存时间、储罐直径、罐内空间部分的平均高度、原油的挥发性、以及日均温差等因素有关。根据现有的原油储运过程的损耗分析，原油装船损耗率为0.01%，原油年储存挥发损耗约为0.2%，这与本次计算的结果较为类似。

4原油装船废气排放参数及大气环境影响

当船舶装载原油时，随着原油的填充和液位的升高，舱内的气体被排出，原油船舶透气系统分为独立式、分组式和共管式三种。独立式是每个油舱顶部最高处设置一根透气管，其高度为高出甲板2.5 m左右。共管式是全船的所有各油舱的透气管都与透气总管相边，透气总管高度一般为甲板以上9～12 m，这样可以防止排出的气体在甲板上滞留，有利于在高空中有效地扩散。现代大型油船的透气方式一般为共管式透气系统。一般而言，油轮的货油舱壁和甲板只能承受不高于大气压0.25×10⁵Pa的压力，而负压更低，由于原油是挥发性油，热胀冷缩，会不断蒸发增压。

因此，一般在透气系统顶部设置呼吸阀，油船呼吸阀的设定压力0.14×10⁶Pa，负压-0.07×10⁵Pa。目前，原油装船油气为点源排放，以20万t级船型为例，透气总管高度为10m，油气呼吸阀内径约为1 m，以此作为原油装船废气的排放参数，预测20万吨原油装船对环境的影响。D类稳定度5 m/s气象条件下SCREEN3的预测结果绘于图1中，从预测结果可以看出，下风向最大浓度出现在300 m处，装船废气最大地面浓度为23.74 mg/m³，储运废气最大地面浓度为1.24mg/m³，可以看出，由于装船废气存在着集中排放的特点，其对下风向的浓度明显大于储运废气，船舶储运废气集中发生在海上，对100 m范围内的影响较小，影响较大的为下向风300 m的范围，在该范围内为大海，因此，船舶储运废气对船舶工作人员以及周围环境的影响较小。而码头装卸废气集中在码头排放，周边工作人员集中，离居住区也较近，因此，码头装卸废气对周围环境的影响较大。

总体而言，储运废气的排放總量远大于装船废气的排放总量，但考虑到污染源的排放特点，装船废气对周边环境的影响较大，因此，需加强对装船废气的管控，以减少从周边环境的影响。

5结论

本文就水运行业原油储运VOCs排放的源强估算方法、源强排放参数、预测情景假设进行了探讨，具体结论如下。

（1）对国内外的数据进行收集比较后，认为原油装船VOCs排放量为0.030%，原油储运的VOCs排放量为0.15%，储运过程的VOCs排放量远大于原油装船。

（2）原油装卸和储存过程的蒸发损耗主要是由饱和烃和芳烃的挥发而引起的，两者共含原油组份的17.4%～22.2%。

（3）采用SCREEN3对原油装卸和储运VOCs的大气环境影响进行预测，下风向最大浓度出现在300 m处，装船废气最大地面浓度为23.74 mg/m³，储运废气最大地面浓度为1.24 mg/m³，由于装船废气的集中排放及周边环境的特点，装船废气对大气环境的影响较大。