呼吸损耗量确定及降耗措施

1、重庆科技学院油库设计与管理课程设计重庆科技学院油气储存技术课程设计报告 学 院:石油与天然气工程学院 专业班级:油气储运工程设计地点（单位） 重庆科技学院石油科技大楼K802 设计题目: 某中转原油库工艺设计 呼吸损耗量的确定及降耗措施 指导教师评语: _ 成绩（五级记分制）: 指导教师（签字） : 摘要石油是国家的重要战略物资，它产量的增减关系到国民经济的增减，但在原油的储存中存在损耗，同样给经济带来了损耗。本文通过了对某中转原油库的油品呼吸损耗带来的严重后果及危害进行了阐述,分析了其产生原因及各种影响因素,，并对自然通风损耗、大呼吸损耗、小呼吸损耗所造成的油品损耗进行了分析，采用了两种罐的

2、呼吸损耗量计算方法，计算了油品呼吸损耗量，并进行了对比，根据其经济性选择了浮顶油罐储存原油产品，最后提出了相应的降低油品蒸发损耗的措施。关键词: 呼吸损耗 浮顶油罐 计算损耗量 措施 目录1 引言22设计说明书32.1设计目的32.2设计依据（任务书所给基础数据）43油品呼吸损耗概述43.1油品呼吸损耗带来的危害43.2引起油品呼吸损耗的原因54油罐类型的选择及数量的确定65油库呼吸损耗计算方法85.1 固定罐蒸发损耗计算方法95.1.1 固定顶油罐的“小呼吸”蒸发损耗95.1.2 固定顶油罐的大呼吸损耗135.2浮顶罐呼吸损耗的计算方法155.2.1浮顶罐的静止储存损耗155.2.2浮顶罐的

3、发油损耗176损耗量计算186.1固定顶罐呼吸损耗量计算186.1.1固定顶小呼吸损耗186.1.2固定顶罐的大呼吸损耗计算206.2浮顶罐呼吸损耗量的计算206.2.1 浮顶罐的静止储存损耗216.2.2浮顶油罐的发油损耗216.3固定顶罐与浮顶罐呼吸损耗比较227降低油品蒸发损失的措施227.1降低油罐内外温差的措施237.2提高油罐的承压能力237.3 消除液面上的气体空间247.4 设置呼吸阀挡板247.5收集和回收油蒸气247.6 加强管理改进操作措施258 结论259 参考文献27附图1 罐区工艺流程图1 引言石油及其产品一般都具有挥发性，使一部分物料散逸到油品上方的气体空间中造成

4、损失。油品的成分越轻挥发性越强，如汽油的挥发性就较强。而温度越高通风情况越好也会加剧挥发，因而在油品仓储过程中，蒸发损耗是一直在发生的。油品蒸发损耗是油品仓储过程中最主要的损失，一般占到油品仓储损耗的70%以上。有数据显示，全世界每年因为油品蒸发损耗而散失于大气中的数量约有1亿吨。石油及其产品主要由碳、氢两种元素组成,是由多种碳氢化合物组成的混合物,其中不乏含有C5以下的轻组分,且这些轻组分具有很强的挥发性。由于受到工艺技术及设备的限制，不可避免地会有一部分较轻的液态组分汽化，造成不可回收的损失，这种现象称为油品的蒸发损耗。 根据有关数据表明,油品从井场到炼制加工、储运然后到销售的全部过程中,

5、油品损失的数量约占到原油的23%,而其中损失的70%来自于原油罐、调和罐、成品油罐的自然损耗、大呼吸损耗、小呼吸损耗,以上这些数据表明,油品蒸发损失的数量确实是相当可观的,对于当前世界范围内存在的能源危机来衡量,愈加显的问题严重,长期以来,任何更有效的降低油品损耗,一直是石油储运专业人员急需研究和解决的一个重要课题。尽管国内外对油品的蒸发损耗进行了长时间的研究，但迄今为止尚未形成系统而完善的理论和精确的计算方法；有关自然环境因素和操作条件对油罐气体空间混合气体状态参数影响的定量分析还有待深入研究；对于降低油品蒸发损耗的措施，特别是对于原有固定顶油罐的降耗改造措施尚有待进一步发掘和发展。本课题只

6、能根据目前的发展水平，简要介绍油品呼吸损耗的原因、危害、计算方法以及降低油品呼吸损耗的措施。 2设计说明书2.1设计目的（1）确定油品呼吸损耗量；（2）降低呼吸损耗的措施；（3）罐区工艺流程图一张（2#图纸）；2.2设计依据（任务书所给基础数据）某油库由管道输进原油30万吨/年，全部由铁路外运； 油库所在区域年平均气温15.4，月最高温度37，月最低温度-27；年平均降雨量280mm，日最大降雨量640mm，年平均降雨天数37天；风向为西北。原油凝固点36，初馏点77，50粘度8.8 mPa.s。密度861kg/m3，粘温指数0.038.3油品呼吸损耗概述3.1油品呼吸损耗带来的危害 油品呼吸

7、损耗会带来以下危害。（1）油品数量的减少，据统计,国内外从油井到炼制加工、到油品储运销售的全过程中,光损耗率就达到全部的23%之多； (2)油品质量降低，由于蒸发损失的大部分是油品中的轻组分,因此油品蒸发损失后严重的影响到油品的性质,更严重者甚至能使合格油品变为不合格油品；(3)经济损失，由于油品的蒸发损失严重,所以造成经济上的损失就比较大,若以总损耗率2.5%,全世界一年加工原油400000万吨计算,则全世界每年散失在大气中的油品就有10000万吨左右,由此造成的经济损失可想而知；(4)环境污染造成影响健康，油品蒸发损耗的轻组分散失到大气中,污染了大气,当人体吸入油蒸气后,就极大的损害了人体

8、的健康； (5)危害安全，当散失到大气中的油品蒸汽超过了一定的浓度,达到了爆炸极限,会给部分地区造成潜在的火灾爆炸危险,再加上蒸发损耗在大气中的油品蒸气大部分就是轻组分,所以就更增大了火灾的危险性。 3.2引起油品呼吸损耗的原因 油品的呼吸损耗都是在储存与输转过程中发生传质，这种传质过程发生在气液两相接触面上，即发生呼吸损耗。引起油品呼吸损失的主要因素有油品温度、外界温度、油罐上方空间大小、油罐的类型以及油罐的大、小呼吸等。 1、温度。油品储存的温度越高,轻组分就越易汽化,则油料蒸发就越严重,例如我厂一个500立方米的汽油储罐,在夏季储存汽油时,每天汽油的蒸发损失就达到80公斤左右。 2、油罐

9、上方空间。油罐中油品的上部空间越大,蒸发损失就越大,据有关数据统计表明在相同温度和密封条件下储存同一种汽油,装油量为油罐20%时的蒸发损失比装油量为油罐95%时的蒸发损失大8倍。 3、油罐的密封程度。油罐的密封程度对蒸发损失也有影响,一具500立方米的油罐因孔盖不严密引起的自然通风,一天内汽油罐可损失汽油160公斤,原油罐损失原油80公斤。 4、油罐的大呼吸 (1)油品性质:油品密度越小,轻质馏分越多,越易汽化为气态,所以损耗就越大;油品蒸汽压越高,越不易由液态汽化为气态,所以损耗就越小;沸点越低,说明油品中轻组分含量越高,所以损失就越大。 (2)收发油速度:进油,出油速度越快,油品上层空间的

10、压力变化就越大,所以损失就越大。 (3)罐内压力等级:常压敞口罐压力等级低,所以遇到油品上层空间压力稍有变化,就有油品蒸汽逸入大气,所以大呼吸损耗就大,如储罐耐压程度增大,所以油品上层空间压力的变化不会使油品蒸发到大气中,所以大呼吸损耗就小,有关资料数据表明,当油罐如果密闭,耐压程度达到5Kpa时,则是一般储罐大呼吸损耗的75%左右,如耐压程度达到26Kpa时,则可基本上消除油罐的小呼吸损耗,并在一定程度上又降低了油罐的大呼吸损耗。 (4)油罐的周转次数:油罐的周转次数越多,即收发油越频繁,则油品上层空间的压力变化就越频繁,所以大呼吸损失就越大。 5、小呼吸损耗 (1)昼夜温差变化:如昼夜温差

11、变化越大,则罐内气体空间温度、油品蒸发速度、油品浓度和蒸汽压力就变化越大,所以小呼吸损耗越大。 (2)油罐所处地区的日照系数:日照系数越大,小呼吸损耗越大。 (3)储罐大小:储罐越大,截面积越大,油品与外界接触的面积就越大,蒸发面积也就越大,小呼吸损耗越大。 (4)大气压:大气压越低,小呼吸损耗越大。 (5)油罐装满程度:油罐装满,气体空间容积就小,小呼吸损耗越小。 (6)此外还与油品的性质如沸点、蒸气压、组分含量及油品管理水平、油品储存设备等因素有关。 4油罐类型的选择及数量的确定参考油库设计与管理书可知，可根据周转系数法决定油库容量，则各种油品设计容量可由下式求得: （4-1）式中：某种油

12、品的设计容量，；该种油品的年周转额，t；该种油品的密度，t/m3；该种油品的周转系数。对一、二级库采用；三级及其以下油库采用。油罐利用系数。一般，轻油取=0.95；重油取=0.85。说明：根据该油库各种油品年销量，密度等参数，粗约计算可知该油库属于一、二级油库范畴之内，所以可取，同时由于该油库经营的原油全为轻油，则取=0.95。原油设计容量计算如下: 由石油库容量大小分级表如下：表4.1石油库的等级划分等级石油库总容量TV/m3等级石油库总容量TV/m3一级100000TV四级1000TV10000二级30000TV100000五级TV1000三级10000TV30000因为100000TV,

13、该油库为一级油库。根据油库设计实用手册中石油库储存油品的火灾危险性分类表（表格如下）。表4.2 石油库储存油品的火灾危险性分类表规范名称类别油品闪点/油品举例石油库设计规范GB 500742002甲汽油、原油乙A1、2、3号喷气燃料、灯用煤油B轻柴油丙A重柴油、燃料油B润滑油由表中分类可知原油属于甲类，根据油品的设计容量计算结果可知，原油选用6个20000和1个3000固定顶罐，或选用2个50000、1个20000和1个3000的浮顶罐。为了降低呼吸损耗量，要确定选用何种罐，达到最经济效益，分别计算两种罐的呼吸损耗量，并进行比较，最终以确定。 5油库呼吸损耗计算方法油库的呼吸损耗量的确定要依据

14、自然环境条件，选择能最降低油库呼吸损耗的油罐。油库的呼吸损耗的方法包括罐顶罐的呼吸损耗和浮顶罐的呼吸损耗。以下为油罐呼吸损耗的计算方法。5.1 固定罐蒸发损耗计算方法5.1.1 固定顶油罐的“小呼吸”蒸发损耗 油罐的油品蒸发损耗是由于罐内混合气体状态参数（温度、压力、容积）的变化引起的。在压力不高的情况下处于平衡状态的常温气体，并利用理想气体的状态方程式或克拉伯龙公式推导出来的，只是由于简化的方式及推导的方法不同才表现出不同的形式。 （1）瓦廖夫斯基-契尔尼金公式 瓦廖夫斯基-契尔尼金公式适用的三个基本条件： 油罐是严密的，不存在自然通风现象； 油罐蒸气和空气组成的混合气体在储存条件下可以看出

15、是理想气体； 油罐气体空间中混合气的油气浓度是均匀而饱和的。 大气罐的小呼吸损耗可按下式粗略计算： （5-1）式中 小呼吸油罐呼出的空气质量，Kg； V油罐气体空间容积，m3； 相应于油品日平均温度下的油气饱和浓度； 气体空间的昼夜温差，。瓦廖夫斯基-契尔尼金公式是一种适用于各种用于各种呼吸损耗的通用公式，因此又常被人们称为油罐蒸发损耗的基本公式。（2）康士坦丁诺夫公式 康士坦丁诺夫公式是从温度和油气浓度的微量变化所引起的罐内空气质量变化入手，采用积分求和的方法推导出来的。它不仅考虑了一次小呼吸的起始状态和终了状态，而且考虑了整个呼气过程中状态参数变化对损耗量的影响。 (5-2) 式中 气体空

16、间的日最低温度，K； 气体空间的日最高温度，K； 气体空间日最低温度下油品的饱和蒸气压，kPa； 气体空间日最高温度下的油品饱和蒸气压，kPa； V油罐气体空间的体积，； 空气的摩尔质量，kg/kmol； 状态1时混合气的油气饱和浓度，； 状态2时混合气的油气饱和浓度， 状态1时气体空间绝对压力 状态2时气体空间绝对压力（3）API理论公式 美国石油学会（API）推荐的固定顶油罐小呼吸损耗公式同样是由混合气中的空气入手，建立理想气体状态方程，导出由于温度和油气浓度变化所引起的混合气体积增量，然后引入浓度系数概念计算一次小呼吸的油品体积。 （5-3）式中 V油罐气体空间的体积，； K系数，； 空

17、气的摩尔质量，kg/kmol； K单位换算常数，K=51.6； 气体空间日最低温度下油品的饱和蒸气压，kPa； 气体空间日最高温度下的油品饱和蒸气压，kPa； 气体空间的日最低温度，K； 气体空间的日最高温度，K； 当地大气压力，kPa； 真空阀的控制压力，kPa； 压力阀的控制压力，kPa；（4）API经验公式 (5-4)式中 拱顶罐的年小呼吸损耗量，； 单位换算系数； 油品系数；汽油取，原油取， 当地大气压，； 油品本体温度下的真实蒸气压，； 储罐直径，； 储罐内气相空间的高度， 包括罐顶部分的相当高度，； 每日大气温度变化的年平均值， ； 涂层因子或涂料系数；见表2-3； 小罐修正系数；

18、D9.14（30ft）时，C=1；6ftD30ft时，亦可按C=a+bD+eD2+fD3计算，其中，； 此式仅适用于较长时期的小呼吸损耗计算，计算周期为年。必要时，也可以季或月为计算周期，但不适宜再短。此时，用以确定油品的真实蒸气压的油品本体温度及气体空间昼夜温度等的参数取季或月的平均值，求得的损耗值除以4或12为该季或月的小呼吸损耗量。表5.1 涂漆系数涂漆颜色涂漆系数罐顶罐壁状况良好状况较差白铝粉白铝粉白铝粉白浅灰中灰白白铝粉铝粉铝粉铝粉灰浅灰中灰 1.001.041.161.201.301.391.301.331.461.151.181.241.291.381.461.38（5）美国环保

19、局经验公式 (5-5)式中 固定顶油罐年小呼吸损耗油品量，或； 单位换算系数； 油品系数；汽油取，原油取 油蒸气摩尔质量，kg/kmol； 当地大气压，； 油品本体温度下的真实蒸气压，； 储罐直径，； 储罐内气相空间的高度， 包括罐顶部分的相当高度，； 每日大气温度变化的年平均值，； 涂层因子或涂料系数； 小罐修正系数；（6）日本资源能源厅公式 (5-6) 式中 F1油罐小呼吸损耗量，； 油罐容积，； T大气日平均温度，； 油蒸气摩尔质量，汽油，原油； 排气温度，； 、油品系数，汽油，；原油，； 其中 即油气浓度。 （7）CPCC公式 （5-7)式中 固定罐的年小呼吸损耗量，； 储存油品的平均

20、密度，； 油品系数，汽油取24，原油取14； 油品本体温度下的真实蒸气压； 大地大气压，； 储罐直径，； 储罐内气相空间的高度，包括罐顶部分的相当高度，； 每日大气温度变化的年平均值，； 涂层因子或涂料系数； 小罐修正系数；5.1.2 固定顶油罐的大呼吸损耗（1) 瓦廖夫斯基-契尔尼金公式油罐收发作业时，除了由于油面高度变化引起的呼吸损耗外，还必然伴随有由于温度和油气浓度变化引起的呼吸损耗。温升阶段收油时，温度变化将使实际呼出量增加；温降阶段收油时将使实际呼出量减少。在长期的频繁作业中，二者相互抵消，因而可以不考虑收发作业期间温度和浓度的变化。 (5-8)式中 Pa当地大气压，； Pz真空阀的

21、控制压力，； Py油品本体体温度下的真实蒸气压，或； 状态1时油罐气体空间容积，； 压力阀控制压力，； V2状态2时油罐气体空间容积， 油蒸气摩尔质量； 通用气体常数， 气体空间温度， (2)API公式1 API油罐“大呼吸”蒸发损耗公式是基于油罐毎进一定体积油必然排出同体积混合气的假设导出的，并且再次引入混合气浓度系数1/Z这一概念。混合气浓度系数1/Z指在饱和状态下单位体积混合气中所含油品的体积。 (5-9)式中 油罐收油作业的油品损耗量，或 操作系数，取决于油罐周转系数N，N914m,所以C=1.大气温度的平均日温差=3-(-27)=64()。20000的拱顶油罐气体空间V20000的拱

22、顶油罐的气体空间高度H=20.91(m)3000油罐的气体空间V=3435.40（）3000油罐的气体空间高度H表6.1计算参数：参数(kpa)D（m)H(m)()C20000的油罐4839.9920.91641.3913.050.583000的油罐481813.00641.3913.050.5820000拱顶油罐的小呼吸损耗 =1195.313000油罐的小呼吸损耗=406.88固定顶罐的总小呼吸损耗6.1.2固定顶罐的大呼吸损耗计算大呼吸损耗量计算方法采用的是美国环保局公式(5-5)。20000固定顶油罐的大呼吸损耗量：3000固定顶油罐的大呼吸损耗：固定顶罐总的大呼吸损耗6.1.3固定顶

23、油罐总呼吸损耗量固定顶油罐总呼吸损耗量为小呼吸损耗量与大呼吸损耗量之和。 6.2浮顶罐呼吸损耗量的计算6.2.1 浮顶罐的静止储存损耗 选用浮顶罐，选用2个50000m3 公称容积的油罐和1个20000公称容积的油罐和1个3000公称容积的油罐，油罐都为外浮顶油罐。采用CPCC方法（5-14)。原油混合气的蒸气压单位换算系数计算中所需数据，见下表；物质名称罐型 K V(m/s)P* D(m) y(Kg/kmol)KsKcEf原油外浮顶2.051.60.1660/40.5/16.5 491.10.41 表6.3 计算中所需参数（1）50000m3浮顶罐小呼吸损耗量： （2）20000m3浮顶罐小

24、呼吸损耗量： （3）3000m3浮顶罐小呼吸损耗量： （4）.浮顶油罐的总静止呼吸损耗 6.2.2浮顶油罐的发油损耗选用浮顶罐，选用2个50000m3 公称容积的油罐和1个20000公称容积的油罐和1个3000公称容积的油罐，油罐都为外浮顶油罐。计算浮顶罐的发油损耗。采用公式(5-16)。（1）50000m3浮顶罐大呼吸损耗量 = （2）20000m3浮顶罐大呼吸损耗量 （3）3000m3浮顶罐大呼吸损耗量 = （4）浮顶油罐的发油损耗 6.2.3浮顶罐呼吸损耗量L 6.3固定顶罐与浮顶罐呼吸损耗比较固定罐的呼吸损耗量为6536310.20(kg/a),浮顶罐的呼吸损耗量为37330.68（k

25、g/a),由此可见，固定顶油罐呼吸损耗量明显比浮顶罐呼吸损耗量大的多，浮顶罐是为减少油品蒸发损耗而设计的一种油罐，所以采用浮顶油罐更为经济。本课题中应采用2个50000、1个20000、1个3000的浮顶油罐。7降低油品蒸发损失的措施 油品蒸发损耗多少,取决于油蒸气的浓度、排出气体的体积及油气的密度。油品蒸发的损失量与前三者之间的关系可用以下计算公式来表示:G=CVP G 表示油品的蒸发损耗量;C 表示混合物中油蒸气的密度; V 表示排出的气体体积;P表示油气的密度; 以上的计算公式中由于油气的密度由油品内在组成而定,无法改变,因此只能设法使油气浓度和排出的气体体积尽量减少,则损耗就会降低。

26、在生产实践中,降低油品蒸发损耗的措施主要有以下几个途径,归纳如下: 7.1降低油罐内外温差的措施（1） 淋水降温。夏季的白天，不间断地对灌顶淋水，在罐顶形成均匀的流动水膜，沿罐壁留下。流水带走顶板和壁板吸收的太阳辐射热，不仅嫩有效地降低气体空间温度及其昼夜温差，而且能降低油面温度及其昼夜温度变化幅度。图 为淋水罐和不淋水罐气体空间昼夜温差变化曲线。从图中可以看出，油罐淋水后气体空间的昼夜温差将大大减小。图 7.1 淋水罐及不淋水罐气体空间的昼夜温度变化曲线（2） 正确选用油罐涂料油罐涂料不仅起防腐作用，还能影响油罐对太阳辐射热的吸收能力。在油罐使用过程中，油罐涂料对太阳辐射热的吸收系数常因空气

27、的作用而增加，例如铝粉漆刚涂完时，吸收系数为0.33，经过一段时间后则可能达到0.60.7.因而，选用油罐漆涂料时，应注意选用不易由化学变化而降低其反射阳光性能的涂料。油罐涂层应定期重刷，以保护罐体不被腐蚀，并保持良好的反射阳光性能。（3） 安装反射隔热板。 反射隔热板是由隔热材料制成。当反射隔热板被安装在罐顶或悬吊咋罐壁外侧时，在两层石棉水泥之间形成第一空气层，在石棉水泥板与油罐之间形成第二层空气层，由于这些空气夹层的存在以及白色涂料对阳光辐射热的反射作用，这种反射隔热板具有良好的隔热效果，从而降低气体空间的温度及其变化幅度。 7.2提高油罐的承压能力一般从油罐的结构入手,改进油罐的结构设计

28、,以便在提高油罐承受压力的同时,尽量减少钢材耗量,目前广泛采用的是具有加强结构的立式园柱形拱顶罐,据有关数据表明,其承受能力大容积罐可提高10-20KPa,小容积罐可提高30-40 Kpa。另外可以采用球形罐,滴状油罐等特殊形状的油状以提高其承受压力的能力。 7.3 消除液面上的气体空间 油气空间越大，储罐大呼吸和小呼吸排气量增加。外浮顶罐和内浮顶罐采用浮顶与油面直接接触，基本不存在气体空间，大大减小了油罐的大小呼吸损耗。浮顶罐与固定罐相比，油品蒸发损耗减少85%以上，还提高了储罐的防火防爆能力。固定罐采用直接漂浮在液面上的挠性覆盖层能减少固定罐的蒸发损失。能降低固定罐蒸发损失50%80%。另

29、外，在相同的条件下，油罐安装呼吸阀挡板可减少蒸发损耗20%30%。目前，使用效果较好的是采用浮顶和内浮顶油罐。这两类油罐的灌顶(或浮盘)浮在液面上，随油面升降，极大地减少了蒸发自由表面和气体空间体积，因而具有非常好的降低蒸发损耗效果。这不仅可以减小小呼吸损失,还能从基本上消除大呼吸损耗,目前采用最为广泛的是浮顶油罐,这种油罐的罐顶(或浮船)浮在油面上,随液位的变化而升降,从而可以极大地减少蒸发自由表面积和气体空间体积,降低油品的蒸发损耗,但由于浮船和油品直接接触,所以腐蚀比较严重,所以当前研究动向即采用其它覆盖在油品表面来降耗,其目的是寻找一种比重小,流动性好,化学性能安全,不存在腐蚀,使用寿命长的物质,使其覆盖在油品上,隔绝油品和空气的接触,消除蒸发自由表面从而减小小呼吸损耗。7.4 设置呼吸阀挡板在油罐呼吸阀接合下方设置挡板是一种投资少、易安装的简易降耗方法。当罐液位较高时，吸入的空气流有可能直接冲击液面上部的大浓度层，从而削弱大浓度层对油品蒸发的抑制作用，加速油品蒸发。装设呼吸阀挡板可改变吸人空气在气体空间顶部沿径向分散，然后平衡地向下推移这样，不仅可以减少发油的回逆呼出，而且可以降低下次呼气的油气浓度。根据实际测定，装设呼吸阀挡板的油罐比不装设