基于蒸发损耗的降耗技术研究

王兆瑞

(江苏自动化研究所，江苏 连云港 222000)

0 引言

石油及其多种附属产品是数种有机化合物的混合产物，在生产制备中，由于受到技术条件和生产设备等多种因素影响，导致石油中有些液态烃物质汽化蒸发，从而造成油品损耗。油品损耗会造成油品大量挥发，大大降低了油品的品质，同时石油中极易挥发的轻烃组分挥发后会在罐区、压力泵房等区域大量积聚，造成环境污染且极易引起爆炸，对安全生产造成极大威胁。因此降低成品油在储存过程中的蒸发损耗不仅是安全生产的需要，也是节能降耗与环保的一个重要问题[1]。

1 蒸发损耗的分类

油品蒸发损耗原因有油品的成分组成、油品的温度、油罐内空隙空间体积的大小、油罐的密闭程度、油罐的不同呼吸消耗等。依据不同呼吸消耗原因，主要可分为大呼吸损耗和小呼吸损耗。大呼吸损耗是由油罐内油面高度的变化造成的；小呼吸损耗主要是由于外部环境因素的干扰，诸如温度的变化、压力的改变等。

1.1 油品组成

油品中不同组分的沸点不同，沸点越低的组分越容易蒸发，容易造成损耗。

1.2 温度变化

由于绝大部分储油装置为露天存放，白天会吸收大量热量，热量通过罐体不断传导给油品，导致油品温度上升，油品中沸点较低的组分受热气化形成油气从罐中溢出，造成蒸发损失。

日间由于太阳光照，大量的热量通过罐体传入罐内，导致罐内油品温度上升，加剧油气蒸发，提高了油气温度和罐内的压力，加速了油气从油罐中排除。所以外界温度越高，蒸发损耗的量就越大。

1.3 空隙空间体积的大小

油罐内空隙空间体积越大，油品中液态烃物质越容易汽化蒸发充满罐体中空隙空间，在日常罐体操作中会大量挥发损耗，造成油品浪费。

1.4 油罐的密封程度

油罐的密封程度对油品蒸发损耗有极大的影响，密封差的油罐极易导致油气泄露，降低罐压，加速蒸发损耗。

1.5 小呼吸损耗

所谓小呼吸损耗是因为储油设备在储油过程中，受到外部环境因素的干扰，诸如温度的变化、压力的改变等，导致罐体内储存的油品蒸发的损耗，又称为静态损耗。特别在轻质油拱顶罐中最为明显：在日照辐射较强的白天，罐内温度升高，使沸点较低的轻馏分油品气化充满罐体内气体空间。当气体压力达到呼吸阀正阀值时，处于安全考虑，呼吸阀会马上打开释放罐体内压力，将油气混合气体排出，从而导致油气挥发消耗。影响小呼吸损耗的主要因素有：（1）昼夜温差。昼夜温差越大，罐内油气活动越频繁，小呼吸损耗越大，反之，昼夜温差越小，小呼吸损耗就越小。（2）日照强度。日照强度越强，罐体内温度越高，蒸发越多，小呼吸损耗越多。（3）储罐敞口面积。通常储罐越大，敞口时总面积越大，蒸发面积也越大，“小呼吸”损耗也越大；反之，储罐小，蒸发面积小，“小呼吸”损耗也小[2]。

1.6 大呼吸损耗

大呼吸损耗又叫动态损耗，指的是油罐在储存和释放油品的过程中罐体内部油品液位的上升和下降所造成的油品消耗。影响大呼吸损耗的因素分内因和外因，内因是因为油品的本身的品质，例如蒸发所需压力、密度等。外因是因为油品操作次数和油罐所处的外部环境等，收发次数越多，损耗越大，油罐所处外部环境温度变化越大，损耗越大。

2 油品呼吸损耗计量

2.1 呼吸损耗的测量

依据 SY/T 7502—1999，用二级冷凝分离取样法测量呼吸损耗。第一步将油气置于0 ℃水中，除去杂质，完成一级冷凝，第二步进行二次冷凝，将实验样品通过-75～-78 ℃的干冰-乙醇混合液进行冷凝操作，将油气中蒸发重组部分气体冷凝成液体，第三步用特定采集装置采集仍未冷凝的气体，最后通过对前期冷凝所得的液体样本和收集的气体样本分析和检测后，即可算出油气中的油品总量。

2.2 呼吸损耗量的计算

对于固定顶储罐所引起的呼吸损耗量计算有很多公式方法，例如日本资源能源厅公式、美国API理论公式、API经验公式、瓦廖夫斯基—契尔尼金公式等。在这些计算方法中API经验公式是更为准确且为国际上通用的经验公式。API经验公式是美国石油通过在大量油罐上进行蒸发损耗量的测定取得的数据，通过数据分析、推演后推测出的油气呼吸损耗经验公式。它通过测量罐内气体体积、油蒸气的实际蒸气压等数据来计算出油品蒸发损耗，因此采用 API 经验公式作为呼吸损耗量的计算公式。

（1）固定顶罐“小呼吸”损耗 API 经验公式

式中：ΔV为固定顶油罐年小呼吸损耗油品体积量（m³/a）；Pa为当地大气压力（kPa）；D为油罐直径（m）；C为修正系数；H为气体空间高度（m）；PA为油品本体温度下的蒸气压（kPa）；ΔT为大气温度的平均日温差（℃）；FP为涂漆系数；K1为单位换算系数，国际单位时K1=3.05，英制单位时K1=1；K2为油品系数，汽油K2=1，原油K2=0.58。

（2）固定顶罐“大呼吸”损耗 API 经验公式

式中：ΔV为油罐收油作业的油品损耗量（m³）；KT为操作系数，取决于油罐周转系数 N，当 N＜36 时，；当 N≥36 时，取KT=1；K2为油品系数，汽油K2=1，原油K2=0.75；K为单位换算常数，K= 51.6。

3 呼吸损耗的危害

3.1 油品损耗严重

通常情况下，容积为10 000 m³的储油罐，如果密封不牢固便会引起罐体通风，通风会挥发大量汽油，30天内可造成106 000 kg汽油损耗，由此可见，油品呼吸可造成巨大的油品损耗和经济损失，危害巨大。

3.2 降低油品品位

油品呼吸蒸发过程中主要蒸发的是沸点较低的轻烃，轻烃是油品的重要组成部分，轻烃如蒸发过多严重影响油品下游产物的质量，可导致原本合格的产品变为不合格。拿我们生活中最常用的汽车汽油为例，汽油中轻烃如挥发过多，则汽油的闪点就会变高，直接可导致汽车无法启动、行驶途中发动机抖动严重等诸多问题。

3.3 油气挥发，造成严重污染

油气组成主要是气相烃类有毒物质，密度大，主要浮于地面表层，严重影响周边环境。光化学烟雾的主要反应物就是油蒸气，光化学烟雾中的有毒物质强烈刺激人的眼睛、喉咙, 导致头痛以及使呼吸道疾病患者病情恶化, 严重的会造成死亡。

4 降低蒸发损耗方法

降低油品损耗的主要方法有两种，第一是从外部环境入手，如控制储油罐外部温度变化，减少油罐内上部气体体积，尽量选择敞口面积较小的储油罐从而减小蒸发表面面积，提高罐体的密封度，对罐体进行定期检查维护，尽量减少油品收发次数。第二是加强蒸发油气的回收，可加装油气回收装置，通过油气回收装置将油蒸气冷凝进行回收，避免油气挥发造成损失。实施方法主要有以下四种。

4.1 提高过程管理水平

提高呼吸阀和液压阀的定期维护频率，充分发挥呼吸阀和液压阀减少油品损耗的作用。同时尽量避免在油罐上开过多的量油孔和透光孔等开孔，从而降低因呼吸产生的损耗。

4.2 减少油面上方空间

条件允许可使用浮顶罐，浮顶罐可大大减少罐体内空气的体积，从而减少油料的大小呼吸损耗。同时，在同样的工况下，安装呼吸阀挡板可大大减少油料损耗。

4.3 安装隔热板

在罐体顶部和上半部分安装发射隔热板可有效降低油料损耗。在发射隔热板表面，通常会喷涂白色涂料可反射大部分阳光，降低罐体内温度，减少蒸发损耗，同时发射隔热板与罐体之间可形成空气夹层，亦能很好的降低罐内温度。

4.4 加强油料运输和过程管理

油料运输和储存过程中应尽量保持油品充满罐体，减少罐体内气体体积，可大大降低油气蒸发损耗。如将10 000 m³的汽油，储存于设计能力为12 000 m³的油罐内，蒸发表面积为89 m²，每月蒸发损失为574 kg；假设分别储存于设计能力为400 m³的三个油罐内，蒸发表面积为135 m²每月损失872 kg；蒸发损失为前一种情况的1.52倍。

5 结语

油品在储运过程中存在着大量的损耗，其中大呼吸、小呼吸的损耗量约占整体损耗量的一半以上。综上所述，了解了油品蒸发损耗的原因，因地制宜采取措施，加强统筹管理，可大大降低油品的蒸发损耗，减少资源浪费，提高企业经营效益。