杨光;黄维秋;吴宏章;蔡道飞;王英霞
【摘 要】拱顶油罐是石化企业无组织捧放源之一.拱顶罐的无组织捧放主要是由于油品“大呼吸”损耗和“小呼吸”损耗所引起的.API公式是一种基于实测及理论研究相结合的油品蒸发损耗计算公式,相较于纯理论公式更贴近实际情况,更加准确.因而选取API经验公式作为源强计算公式,计算结果显示“大呼吸”损耗量远远大于“小呼吸”损耗量.以高斯扩散模型为基础,分析了拱顶油罐无组织捧放对区域大气环境的影响,提出拱顶罐与油气收集回收工艺以降低油气的无组织排放. 风流组织部长【期刊名称】《常州大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2014(026)003
维思通
【总页数】4页(P43-46)
现代智力七巧板【关键词】拱顶油罐;无组织排放;环境影响
【作 者】杨光;黄维秋;吴宏章;蔡道飞;王英霞
【作者单位】常州大学江苏省油气储运重点实验室,江苏常州213016;常州大学江苏省油气储运重点实验室,江苏常州213016;常州大学江苏省油气储运重点实验室,江苏常州213016;常州大学江苏省油气储运重点实验室,江苏常州213016;常州大学江苏省油气储运重点实验室,江苏常州213016
【正文语种】中 文
【中图分类】TE991.1
2013年9月12日，国务院颁布了 《大气污染防治行动计划》，在国十条中明确提出要在石化行业积极推进挥发性有机物污染的综合治理。石油化工企业的气体污染物有相当一部分来源于无组织排放［1］。储罐区作为无组织排放源之一，大约占石化企业无组织排放总量的1／3［2］。因为排放源高度较低，污染物不易于充分稀释，造成周边环境污染的风险较大。为了更好的减少罐区无组织气体污染物排放，对拱顶油罐无组织排放气体污染物的规律及环境影响进行研究，并提出拱顶罐与油气收集回收集成工艺。
1 无组织排放源强的计算
大气污染物的源强是指单个大气污染源，在一段时间内向大气环境中排放某种气体污染物的量［3］。拱顶油罐的无组织排放，主要来自油品的蒸发损耗，即 “大呼吸”损耗和 “小呼吸”损耗［4］。
美国石油学会在256个独立油罐上进行油品蒸发损耗的研究，认为油品的蒸气压、油罐直径、油面上方气体空间高度、大气环境温度、油罐涂漆状况等因素对气体污染物的排放量有重要影响。在20年的实测数据的基础上，回归出拱顶油罐的 “大、小呼吸”损耗量经验公式，即API公式［5－6］。API公式相较于纯理论公式，更贴近实际情况，也更加准确［7］。
拱顶油罐 “大呼吸”损耗的计算公式见式 （1）：
式中：LDW－拱顶油罐一年 “大呼吸”损耗量，kg／a；Q－油罐年周转量，m3；ρy－储存油品的平均密度，kg／m3；Py－油品平均温度下饱和蒸气压，kPa；μy－油气的摩尔质量，kg／kmol；V－油罐容积，m3；N－油罐年周转次数；K－单位换算常数，K取51.6；KT－周转系数；K1－油品系数，汽油K1取1，原油K1取0.75。
拱顶油罐 “小呼吸”损耗的计算公式如式 （2）所示：
式中：LDS－油罐年静止储存损耗量，kg／a；ρy－储存油品的平均密度，kg／m3；P－油罐内油品平均温度下的蒸汽压，kPa；H－油罐空间高度，m；L－油罐液位高度，m；ΔT－大气温度的平均日温差，℃；ρy－石油产品的密度，kg／m3；D－油罐直径，m；Pa－当地大气压，101.325kPa；FP－涂料系数，取1；K2－单位换算系数，采用国际单位制单位时K2取3.05；C1－小直径油罐修正系数，一般C1取1；K3－油品系数，汽油K3取1，原油K3取0.58。
那么，拱顶罐的总损耗量可由公式 （3）得到：
式中：LD－拱顶油罐年无组织排放量，kg／a。
通过对南方某石化企业的储油区现场调查，拱顶罐区一共有4个3 000m3拱顶油罐，罐的参数见表1。单罐年周转量为72 000m3，则油罐年周转24次，周转系数取1。利用公式 （3），可以计算出存储汽油时，该罐区的无组织气体污染物排放量是650.55t／a （20.63g／s），其中 “大呼吸”损耗量为482.12t／a，“小呼吸”损耗量为168.43t／a。可见，
对于算例中的拱顶油罐来说，“大呼吸”损耗量大约是 “小呼吸”损耗量的3倍，占全年蒸发损耗量的74.11%。
表1 拱顶罐主要参数Table 1 Parameters for the dome roof tank存储介质 罐体高度／m 油罐直径／m 安全高度／m 罐顶颜 罐外颜 涂料状况 储罐加热 储存温度／℃ 周转周期／d汽油 12.232 18.487 10.5 白 白 好 否 常温15
2 无组织排放对大气环境影响预测
拱顶油罐无组织排放的气体污染物主要是由液态油品中轻烃组分蒸发损耗所引起的［8］。某一时间，实测拱顶油罐排出气体中各组分的体积分率见表2，油气中各烃组分的体积分数之和为23.92%，油气中空气的体积分数之和为76.08%。拱顶油罐排出气体的扩散具有影响范围小、低排气速度、纯气体扩散的特点［9］。气体污染物的扩散主要发生在大气的地表层，气象因素的变化与地球活动表面直接相关［10］。将拱顶罐区为作为地面源，拱顶油罐下风向为
表2 拱顶油罐排出油气中各组分的体积分率 %Table 2 Volume fraction of components in g
asoline vapor the dome roof tank %C1 C2 C3 C＝3iC4 nC4 1－iC＝4iC＝4t－2－C＝4 c－2－C＝4iC5 nC5 ∑C＝5 ＞C 50.01 0.16 0.95 2.03 0.83 0.60 0.33 0.50 0.69 0.71 8.69 1.22 4.85 2.35
x轴，y轴位于水平面上且垂直于x轴，z轴垂直于水平面。在环境影响评价中排放源对地面的影响是先增加后减小的。污染气体刚排放时，随下方向距离增加，地面浓度也逐渐增加；而在达到最大地面浓度后，距离越远，污染物逐渐稀释，地面浓度逐渐减小。因而环境影响评价中最关心的是地面污染物浓度，而不是任一点的浓度，那么可以利用高斯扩散模型预测拱顶油罐无组织排放对区域大气环境的影响情况：
式中：σ（x，y，0）－下风向地面 （x，y，0）坐标处空气中污染物的浓度，g／m3；σy、σz－气体污染物在y、z方向分布的标准差，m；u－平均风速，m／s；Q－源强，g／s；H－有效源高，即拱顶罐呼吸阀高度，取12m。根据油罐实际情况，风速可采用距地面12m处的平均风速 （1m／s），稳定度级别为D，扩散参数σy、σz的取值可以利用帕斯奎尔扩散曲线来确定。污染物排放总强度，即为拱顶罐区无组织气体污染物排放量650.55t／a （20.63g／s）。通过计算可知，最大落地浓度达到0.088g／m3，地面最大浓度落地点在下风向的70.7m处。
3 拱顶罐区油气收集及回收
对于拱顶油罐，为了避免油气直接散逸到大气中，可以通过油气收集系统将油库排放出来的油气通过管线收集起来，并与集气罐相连，构成一个密闭的管道网络系统［11］。同时，油气收集系统宜与油气回收装置组成有机的整体，黄维秋等对设置油气回收系统前后油气扩散规律的进行模拟，研究表明回收后油气浓度远小于回收前油气浓度，大气净化率最高能达到95%以上，从而有效的控制油气排放［12－13］。
3.1 拱顶罐区油气收集系统
普乐美铬超标储存油品的拱顶油罐用管线将气体空间连通，并连接到集气罐，构成一个密闭的油气收集系统，用于收集和平衡油罐区油罐的 “大呼吸”和 “小呼吸”所产生的油气。油气收集系统可以将65%～80%的油气平衡回收起来。
为了充分利用集气罐的有效容积，降低系统中的初始空气量，可以选择可变容积的集气罐［14］。可变容积集气罐的工作容量V宜按最大计算值来设计，可按式 （5）来选取。式 （5）中假设拱顶油罐区各油罐的大小及进油流量都一致，同时忽略 “小呼吸”呼气的影响，毕竟 “小呼吸”的呼气流量很小，在整个过程中会有相当部分被抵消。
式中：n、n1分别为油罐区中油罐个数及进油罐个数；k－呼吸阀降耗因子；Q1、Q2分别为油罐进油流量及油气回收装置处理流量，m3／h；V、V0分别为集气罐工作容量及油罐体积，m3；τ－油罐进油时间间隔 （考虑到调度、检尺、切换阀门等的辅助时间），h；η－油罐利用率或装满程度。
假如罐区n个油罐中，已装满 （n－1）油罐，另1个油罐在进油，要想核实油罐区正常运行过程所需要的集气罐工作容积，此时可按式 （6）来选取。空客开发飞行出租
针对调研中石化企业的拱顶罐区4个3 000m3拱顶油罐，正常运行时有3个油罐装满程度η＝90%，另一个空罐在进油，若进油流量 （汽油）Q1＝350m3／h，油气回收装置处理量Q2＝300m3／h，可计算得出该油罐区集气罐的工作容积为800m3。
3.2 拱顶罐区油气回收装置
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