固定顶储罐原油蒸发损耗的计算方法

第３１卷，总第１８１期　《节能技术》　ＥＮＥＲＧＹ　Ｃ０ＮＳＥＲＶＡＴＩＯＮ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　Ｖｏ１．３１，Ｓｕｍ．Ｎｏ．１８１　２０１３年９月，第５期　Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ．２０１３，Ｎｏ．５　固定顶储罐原油蒸发损耗的计算方法　成庆林，邵帅，孙巍，李哲，衣犀　１６３３１８）　（东北石油大学石油工程学院，黑龙江　大庆摘要：为了保障油田安全生产运行，减少油品损失，对固定项储油罐的蒸发损耗量进行计算　具有重要意义。本文总结了固定顸储罐的大、小呼吸损耗及通风损耗的产生机理，以瓦廖夫斯基一　契尔尼金公式为基础，给出了不同类型的蒸发损耗计算方法。对某油田原油处理站的三座储罐进　行应用分析，计算结果与测试结果平均相对误差为１６．６２％。指出可通过溶解气量系数进行修正，　以满足现场对原油蒸发损耗计算的要求，为油田企业掌握固定顶储罐蒸发损耗量提供技术支持。　关键词：固定顶储罐；蒸发损耗；大呼吸损耗；小呼吸损耗；通风损耗　中图分类号：ＴＥ０１：ＴＥ８２１　文献标识码：Ａ文章编号：１００２—６３３９（２０１３）Ｏ５—０４１７—０３　Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　Ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　Ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ　Ｌｏｓｓ　ｏｆ　Ｆｉｘｅｄ——Ｒｏｏｆ　Ｏｉｌ　Ｔａｎｋ　ＣＨＥＮＧ　Ｑｉｎｇ—ｌｉｎ，ＳＨＡＯ　Ｓｈｕａｉ，ＳＵＮ　Ｗｅｉ，ＬＩ　Ｚｈｅ，ＹＩ　Ｘｉ　（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ　Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｄａｑｉｎｇ　１　６３０００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｅｎｓｕｒｅ　ｓａｆｅｔｙ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｏｉｌｉｅｌｆｄ　ａｎｄ　ｒｅｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ｌｏｓｓ　ｏｆ　ｏｉｌ，ｔｈｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｅ—　ｖａｐｏｒａｔｉｏｎ　ｌｏｓｓ　ｏｆ　ｆｉｘｅｄ—ｒｏｏｆ　ｏｉｌ　ｔａｎｋ　ｉｓ　ｈｉｇｈｌｙ　ｓｉｇｎｉｉｃａｎｔ．Ｉｎ　ｔｆｈｉｓ　ｗｏｒｋ，ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ　ｌｏｓｓ，ｓｔａｎｄｉｎｇ　ｌｏｓｓ　ａｎｄ　ｂｒｅａｔｈｉｎｇ　ｌｏｓｓ　ｏｆ　ｆｉｘｅｄ——ｒｏｏｆ　ｏｉｌ　ｔａｎｋ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ａｒｅ　ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ　ａｎｄ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈ・－　ｏｄｓ　ｆｏｒ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ　ｌｏｓｓｅｓ　ａｒｅ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｓ　ｏｆ　Ｖａｒｅｖｓｋｉｉ—Ｃｈｅｒｎｉｋｉｎ　Ｆｏｒｍｕｌａ．Ｂｙ　ｄｏｉｎｇ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｒｅｅ　ｏｉｌ　ｔａｎｋｓ　ｉｎ　ｓｏｍｅ　ｏｉｌｆｉｅｌｄ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｓｔａｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ａｖｅｒａｇｅ　ｒｅｌａｔｉｖｅ　ｅｒｒｏｒ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔ　ａｎｄ　ｔｅｓｔ　ｒｅｓｕｌｔ　ｉｓ　１６．６２％．Ｕｓｉｎｇ　ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ　ｇａｓ　ｃｏｅｆｉｃｉｅｎｔｆ　ｔｏ　ｒｅｖｉｓｅ，ｔｈｉｓ　ｂａｓｉｃａｌｌｙ　ｓａｔｉｓ—　ｉｅｓ　ｔｈｅ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｔ　ｆｏｒ　ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ　ｌｏｓｓ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ａｔ　ｓｐｏｔ，ｔｈｕｓ　ｉｔ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ｆｏｒ　ｐｅｔ．ｒｏｌｅ—　ｕｍ　ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ，ＳＯ　ａｓ　ｔｏ　ｇｒａｓｐ　ｔｈｅ　ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ　ｌｏｓｓ　ａｍｏｕｎｔ　ｏｆ　ｆｉｘｅｄ—ｒｏｏｆ　ｏｉｌ　ｔａｎｋ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｉｆｘｅｄ—ｒｏｏｆ　ｏｉｌ　ｔａｎｋ；ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ　ｌｏｓｓ；ｂｒｅａｔｈｉｎｇ　ｌｏｓｓ；ｓｔａｎｄｉｎｇ　ｌｏｓｓ；ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ　ｌｏｓｓ　０　引言　在石油的开采、炼制、储运及销售过程中，由于　工艺技术和设备等方面的问题，石油一部分较轻的　组分会逸人大气，造成损失，这种现象称为油品的蒸　发损耗¨　Ｊ。油品蒸发损耗会引起油品品质的降　低、造成环境污染，并给油田安全生产带来隐患　Ｊ。　储罐的蒸发损耗量占油田总损耗的２０％一３０％，以　固定拱顶罐为例，虽然可以应对恶劣环境下油品的　储存，并具有节省钢材、投资小、配件少、费用低等优　点＿４　Ｊ，在油田上游开采和加工过程中得到广泛应　用，但是这种储罐的蒸发损耗量要比其他类型储罐　收稿日期２０１３—０５—０６　修订稿日期２０１３—０６—２７　基金项目：黑龙江省普通高等学校青年学术骨干计划支持项目　（Ｎｏ．１２５２Ｇｏ０５）　大的多　Ｊ。因此，为了衡量油田的生产管理水平，　鉴定节能降耗技术措施的经济效益，判定油气污染　源对周围环境的污染程度等，需要对固定顶储罐蒸　・作者简介：成庆林（１９７２～），女，博士，教授，研究方向为热力学　分析及油气储运系统综合节能的研究。　４１　７・　发损耗的数量进行准确计算。　ｌ　固定顶储罐蒸发损耗的类型　固定顶储罐油品的蒸发损耗主要有以下几　种　川　：　（１）“大呼吸”损耗，油罐收油时，罐内油面上　升，气体空间的混合气受到压缩使压力升高，压力达　到一定值时，呼吸阀打开，油蒸气排放到罐外。当油　罐发油时，罐内油面下降，气体空间压力下降，罐内　压力低至一定真空度时，真空阀打开，将空气吸入罐　内。吸入的空气使罐内的油蒸气浓度减小，加剧了　油品的蒸发，发油结束后，罐内气体空间压力迅速回　升，压力升高至呼吸阀打开，呼出混合气。　（２）“小呼吸”损耗，油品在储罐中处于静止状　态时，油蒸气充满储罐的气体空间，白天由于吸收太　阳光的辐射使储罐内的温度升高，加剧了油面的蒸　发和气体的膨胀，储罐内混合气体的压力升高。压　力达到一定值时，呼吸阀打开，油蒸气排放到罐外。　夜晚温度降低，储罐内温度也随之下降，气体收缩和　油蒸气凝结引起储罐内压力下降，罐内压力低至一　定真空度时，真空阀打开，空气进入罐内。　（３）自然通风损耗，主要是由储罐密封不严造　成。若在罐体上有两个或两个以上的孔洞，因储罐　内外气体密度将会产生流动。油蒸气从下部孔洞逸　出，空气从上部孔洞进入罐体，形成通风损耗。　２不同类型蒸发损耗量的计算公式　计算油罐蒸发损耗是将罐内的混合气体视为理　想气体，利用理想气体的状态方程式或克拉伯龙公　式进行推导，由于简化方式和推导方法不同可表现　不同的形式。选取瓦廖夫斯基一契尔尼金公式作为　固定顶储罐蒸发损耗基本计算公式　１　ＡＭ＝［　（１一Ｃｌ　Ｐｌ—　（１一　）　］‘　‘簧　式中　△　——一次呼吸原油的蒸发损耗量／ｋｇ：　——、　吸气、呼气过程终了时储罐气体空　间的体积／ｍ　；　Ｃ，、Ｃ，——吸气、呼气过程终了时储罐内油蒸　气的体积浓度／［％］；　Ｐ。、Ｐ２——吸气、呼气过程终了时储罐内混合　气体的总压力／ｋＰａ；　——、　吸气、呼气过程终了时储罐气体空　间的绝对温度／￣Ｃ；　仙——油蒸气的摩尔质量／ｋｇ・ｋｍｏｌ～；　Ｒ——理想气体常数，Ｒ＝８．３１４　Ｊ／（ｍｏ１　．４１　８．　。Ｌ℃）；　ｃ——油蒸气的平均油气浓度，Ｃ＝（Ｃ　＋　Ｃ２）／２。　（１）固定顶储罐“大呼吸”损耗　计算固定顶储罐“大呼吸”损耗时，可以不考虑　收发油期间温度和浓度的变化，瓦廖夫斯基一契尔　尼金公式变化　ＡＭＤ＝３Ｃ　ＡＶ　式中ｃ　——油气饱和浓度［％］；　△　储罐进（出）油量／ｍ　。　（２）固定顶储罐“小呼吸”损耗　计算“小呼吸”损耗时，近似认为　＝　＝Ｖ　Ｐ１＝Ｐ２＝Ｐ　将此关系代入瓦廖夫斯基一契尔尼金公式得到　拱顶罐小呼吸损耗计算公式　一ｐ【　一　］．　铬　式中　储罐内气体空间的体积／ｍ。；　ｐ——当地的大气压力／ｋＰａ。　（３）储罐通风损耗　储罐通风损耗通常用下式计算ｌ３　ＡＭ　＿３６ｏ０×２４Ｑ－ｃ篱　－．其中储罐呼吸气体流量Ｑ计算如下　Ｑ：一‘　．／√　卜　厂／２ｇｈ（１一　）　式中△　——通风损耗量／ｋｇ・ｄ一；　９——储罐呼吸气体流量／ｍ　・Ｓ一；　ｃ——储罐内油蒸气的体积浓度／［％］；　——测试地点大气压／ｋＰａ；　——油蒸气的摩尔质量／ｋｇ・ｋｍｏｌ～；　——储罐气体空间的绝对温度／￣Ｃ。　——通风孔气体流量校正系数，取０．４７；　厂一通风孔总面积／ｍ　；　——两孑Ｌ间的垂直高度／ｍ；　Ｐ０——空气的密度／ｋｇ・ｍ。　３　固定顶储罐蒸发损耗计算实例　（１）原油处理站储罐蒸发损耗的计算　以我国西部某油田原油处理站的三座储罐（净　化罐、沉降罐、缓冲罐）为例，储罐基本结构参数见　表１。　对于储罐周转速度慢，昼夜温差相对较大的地　区，“小呼吸”导致的油气损耗是固定顶储罐蒸发损　可忽略，三座储罐的蒸发损耗主要由詈　霉　小呼吸损耗和　４结论　一～　通风损耗两部分构成，计算应用参数见表２。　表Ｉ储罐基本结构参数　表２储罐损耗计算应用参数　储…　油　呼　当地大气压为９７．６　ｋＰａ，平均昼夜温差１２％。　利用前文提出的损耗计算公式，得出三座储罐每天　蒸发损耗量，见表３。　表３储罐蒸发损耗量　（２）计算结果与测试结果的对比　按￣ｆｌ（ＳＹ／Ｔ　５２６７—２００９油田原油损耗的测定》　对上述原油处理站三座储罐的呼吸气体组分、气体　流量等一系列参数进行测量，测试选在４月份进行，　为了对比测试结果与计算结果，测试涉及的基本参　数同计算参数大致相同，储罐没有进行收发油作业。　为确保测量结果准确，在一周内分三次对储罐的蒸　发损耗量进行测量，三次结果取平均值得出三座储　罐的油气蒸发损耗量分别为：净化罐０．５２０４　ｋｇ／ｄ；　沉降罐０．７５６７　ｋｇ／ｄ；缓冲罐０．３１５１　ｋｇ／ｄ。计算结　果与测试结果平均相对误差为１６．６２％，考虑测量　中各种参数引起的误差，表明本文的计算方法基本　可行。　从测试与计算的油气蒸发损耗量可以看出，三　座储罐的损耗量计算结果均低于测试结果，原因是　计算时忽略了溶解在原油中的轻组分气体，测试时　这部分气体的挥发使得测试结果偏大，在实际应用　时应选择修正系数进行调整；沉降罐的蒸发损耗量　大于净化罐与缓冲罐，原因是罐体密封不严，通风面　积是其他两个油罐近４倍；净化罐的蒸发损耗量大　于缓冲罐，表明油罐内部装油量越少，蒸发损失也就　越大。　（１）总结了固定顶储油罐蒸发损耗的类型，以　瓦廖夫斯基一契尔尼金公式为基础，分别归纳了适　用于固定顶储罐大呼吸、小呼吸及通风损耗的计算　方法。　（２）以某原油处理站三座储罐为例，其小呼吸　与通风损耗计算结果与测试结果的平均相对误差为　１６．６２％，表明所提出采用的固定顶储罐计算方法基　本可行。　（３）由于忽略了溶解在原油中的轻组分气体，　使得固定顶储油罐蒸发损耗的部分计算结果低于真　实损耗量，为进一步提高计算准确度，可以溶解气量　系数进行修正。　参考文献　［１］苏建海．油品储罐的蒸发损耗成因、计算及对策　［Ｊ］．广州化工．２００９，３７（７）：１６９—１７１．　［２］崔浩，包雪，裴林．降低储罐蒸发损耗的方法［Ｊ］．化　工进展．２０１２，３１（增刊２）：６７—６９．　［３］侯磊，贾玲玲．关于原油储备库若干技术问题的思　考［Ｊ］．节能技术，２０１１，２９（１）：６６—７８．　［４］刘志伟，白明．固定顶油罐大型化的技术经济问题　［Ｊ］．油气储运．１９９８，１７（３）：４２—４４．　［５］梁颖．延长油田油库蒸发损耗数据测量与计算［Ｊ］．　辽宁化工．２０１２，４１（７）：７４５—７４７．　［６］付宏翔，刘国红．内浮顶油罐浅析［Ｊ］．节能技术，　１９９９，１７（１）：２２—２３．　［７］何广湘，杨春育，佟泽民，等．油品蒸发损耗及油气　回收技术［Ｊ］．现代化工，２００１，２１（１）：２１—２５．　［８］王学东．降低储罐油品蒸发损耗的措施［Ｊ］．石油库　与加油站．２０１０，１９（４）：１７—１９．　［９］陆朝荣，于伯俭．立式油罐蒸发损耗的原因和对策　［Ｊ］．节能技术，１９９９，１７（５）：３７—４７．　［１０］ＡＰＩ２５８　１．Ｅｖａｐｏｒａｔｉｖｅ　Ｌｏｓｓ　Ｆｒｏｍ　Ｆｉｘｅｄ—Ｒｏｏｆ　Ｔａｎｋｓ　［Ｓ］．Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，Ｄ．Ｃ．：Ａｍｅｒｉｃａｎ　Ｐｅｔｒｏ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