石油工业蒸发损失—产生和控制.doc

石油工业蒸发损失产生和控制蒸发损失是自然的过程,液体变成蒸气排放到大气中.液体可不受约束或密闭在容器中如储油罐里,当然,蒸发损失的产生仅发生在蒸气扩散大气中。 蒸发损失是石油工业的分支。因为油罐在整个工业中都要用到。首次讨论来源于油罐的损失。然后考虑与其他蒸发损失相关的每一个分支的操作特征，为进一步强调损失的真正来源，可能出现错误地指示损失的情况同样被讨论。A 储存损失由于石油储藏发生的六种蒸发损失：呼吸损失，加油损失，排空损失，潮湿损失和沸腾损失。呼吸损失：排出油罐的蒸气是因为蒸气的热膨胀即膨胀产生于气压的改变。即在液面没有变化时，汽化而增大的蒸气量。除了来源于沸腾，被定义为呼吸损失。蒸发的术语被用于表示碳氢化合物的蒸气和空气的混合物。 呼吸损失发生在大多数的类型的油罐里，在压力受限或体积过大发生改变时发生。固定顶部的油罐，通常油罐的设计驻几英寸的水压或真空，有相当大的呼吸损失。避免损失的油罐涂反射层,隐藏,绝缘,或遮蔽具有较少的呼吸损失。油罐压力在2。5磅/平方英寸(表压)或更高的具有相对小的或没有呼吸损失。可变蒸气空气的油罐相对少的或没有呼吸损失。浮顶罐可消除蒸气空间，几乎没有或没有损失发生（past seals）.长期贮藏损失：来源于油罐蒸气的产生，不同于呼吸或液面的改变，定义为贮藏损失。对于浮顶罐，大部分的贮藏损失的来源于不适当的密封和外形的位置。这种情况把一些液面曝露到大气中；风影响了这种损失。同样，少量的蒸气可能渗透介于顶部和外壳的柔性膜。柔性膜的渗透，即液封的吸附可能同样是可变蒸气空间的油罐的损失的来源之一。其他的贮藏损失的来源是蒸气空间是开口，敞开的形式，密封套，阀等装置。加油损失：加油时从油罐排出蒸气，不管产生蒸气的的机构如何精确，被定义为加油损失。这种损失对所有的油罐是常见的，除了浮顶罐和系统密闭的压力贮藏装置。例如，用于天然气。它发生在油罐压力超过释放的压力时。对固定顶部的油罐，释放压力低，因此加油损失相对而言要高，压力和易变蒸气空间油罐的加油损失稍微小，因为这些油罐已经增加了蒸气贮存的能力，加油时，压力油罐同样提升了碳氢化合物蒸气的浓缩的能力。排空损失：在液体已经排出后，从油罐排出的蒸气称为排空损失。因为当撤除后，蒸发落后于蒸气空间的膨胀，碳氢化合物蒸气的实际压力下降。在大气压下，当撤除后足够的空气进入以维持总压。当汽化器进入新的空气达到平衡，蒸气体积超出了蒸汽空间的能力，蒸气体积的增大引起的排气。对各种类型的油罐，排空损失是常见的，除了浮顶罐和密闭系统的压力贮藏箱。压力罐和可变蒸气空间的油罐具有较少的损失但若蒸气贮存的能力超过其允许值时，就会出现。运输装载的过程中，装船排空损失受到了限定：运输装置考虑了排空损失,是唯一蒸发进入到油罐的蒸气空间当实际收回,即敞开的和密封的.浸湿损失:汽化的液体来自于潮湿的罐壁,当浮顶低于液体的衡量,定义为潮湿损失.这种蒸发损失是少的. 沸腾损失:排出油箱的蒸气来自于液体的沸腾定义为沸腾损失.沸腾损失产生于油箱.固定顶部的油罐比压力罐更容易产生这种损失.早期的浮顶罐,盘形,特别易于产生蒸发损失,因为热量直接通过顶部传给液体, 在盘下没有蒸气贮存的空间.B.生产损失生产需要三个步骤,故产生蒸发损失.汽油分配,乳化处理,和油田储罐的操作.在汽油的分发,在燃油里轻组分是富裕的,随后在固定顶油田储罐中损失掉。在回收系统里，丁烷和正戊烷不可能完全从汽体中蒸馏出来，而可能挥发掉。真正的蒸发损失发生在汽油被加热（还是燃烧）或排出的时候。除了原油体积的损失，API重力在下降。在乳化处理，运用加热及释放的蒸气被排出。同样，在油田储罐的原油的温度的升高归因于蒸发损失。在油田储罐，当燃油进入时，飞溅可能发生；这样蒸发和蒸发损失会加速。黑色的油箱更加速蒸发。c.炼油损失炼油涉及三种操作：是蒸发损失的来源：自由地排出容器的处理和混合，例如，搅拌器；压力系统可能泄漏；和排泄孔，池，和敞开的分离器。在未完全封闭的容器中，空气的进入和振荡可能导致高蒸发损失。在搅拌器中石油脱硫和混合易变组分在半开口槽的容器中是这种蒸发损失的潜在的例子。压力系统，通常对提炼厂和天然汽油精炼厂，可能由于交换装置，密封盖，阀和组件的泄漏，发生蒸发损失。含有碳氢化合物的蒸气可能直接排放到大气中。同样，如果操作温度不稳定，液体可能泄漏和迅速蒸发。除了向外泄漏，还有进入空气，例如泵吸，是损失的来源，因为空气在排出前至少部分饱和。如果易挥发的液体被允许到达他们，池，其他敞开的分离器是蒸发损失的来源。这样液体常常遇到较大的扰动在排泄沟和在薄层中采集，因曝露而蒸发，从池里表面上撇取石油回收并且分离需要反乳化作用涉及加热和由回收装置构成其他来源损失。D运输和市场损失运输包括输油管和装油和装载，迁移，从容器中卸载，这都会产生蒸发损失。输油管由于在测量系统使用空气消除器和由于泄漏的密封盖、阀，装置和腐蚀的管等而遭受损失。 非压力油轮，驳船，油罐车，和卡车以同样的方式发生加油和排空损失。如果油罐车和卡车用短的加油管加油，过渡的飞溅不仅加速蒸发，由于而且产生小液滴引发损失。当装载时进入的空气可能增加了蒸发损失，因为这样空气至少部分与碳氢化合物饱和，在它被排出前。松的连接，加油时大量涌出激发了这种损失。在迁移损失中因运输容器是主要是呼吸损失。迁移时原油在海船上加热是这种损失的来源之一。市场运作伴有以前讨论的各种损失，特别是讨论的贮藏损失。E不真实的指示损失在下面的情况下似乎已经发生但实际上没有。明白这些情况和能够辨别在实际和不真实的损失是重要的。否则校正作用朝着不能真正改善可能导致这些情况的发生。相反地，这些情况可能抵消和掩盖实际的损失。由于这结果必要的调节得认真瞧。有五个这种情况：不精确的测量，重力介于油箱，供应线上的不精确的测量，计量器不精确的校定，在体积上的物理变化。不精确的测量：明显的获取或损失可能源于不精确的测量，平均的液体温度，液体的高度，或不准确的容器的校定。错误的其他来源可能不能校正通常的温度的所有体积通过未简化的表6，到60F体积的减少在API重力下的重力。石油测量表（1953）。在油箱间的重力：任何泄漏在一个阀后，相信去关闭介于两个油箱间的一条线，导致重力。一个油箱中的生产损失在其他油箱中不可能观察到。不精确的体积供应线：如果供应线的体积不能准确地已知，即如果线不能在满或空的情况下，可能会出现不真实的损失或数据。体积上的物理变化：一定过程的操作，例如轻和重的原油的破裂，聚合，混合，分离，导致体积上的物理改变，甚至当温度变化时作完全的修正。例如，当破裂过程，当小分子由大分子得来，生成更大的体积比原来的。在聚合过程，大的分子由小的分子生成，生成体积收缩。由于这样的体积改变，API重力一直变化但总重量是同样的，在体积变化前后。第二章 油罐蒸发损失的影响因素 蒸发损失的总量取决于损失率和涉及的时间周期.影响蒸发损失的主要因素是:液体的真实蒸气压,油罐温度的改变,油罐预留蒸气容积,油罐直径,油箱加油和排空时间表,油罐情况,和油罐的类型,饱和和扩散的影响仅是损失机构的一部分,被分类,即二流的,可变的.尽管定量损失的关系对主要因素不是实际准确的,基于理论和实际的公正理解通过考虑固定顶罐的机构来获得.出于这样理解,浮顶罐的优点,可变蒸气空间,和压力罐系统,将是明显的.A. 液体的真实蒸气压真实蒸气压影响损失率因为它是产生蒸发的基本动力.在贮存的真空蒸气压是重要的.由于碳氢化合物混合物成分的改变,因为蒸发这压力减小.真实蒸气压常常与雷德蒸气压有关(RVP).这种关系用诺谟图在附录5中画出.浮顶罐的真实蒸气压就呼吸损失的影响至少涉及两个内在的因素-饱和浓度和扩散和对流因素。最大的碳氢化合物浓度可能存在于排出蒸气，被称作饱和浓度,增加了真实蒸气压的比率。随后，如果排出的蒸气完全饱和，当真空蒸气压接近油罐释放阀，蒸发损失迅速增加（沸腾情况），然而，另一个机构从液面通过蒸气空间的碳氢化合物的蒸气的扩散和对流，太低以致没有渗透。经验表明当正常呼吸排出蒸气常常是80%或90%的饱和。因此，驱动力克服扩散阻力的因素和通过蒸气空间的对流是控制因素之一。这样驱动力可能被看作液体的真实蒸气压减去在蒸气空间的碳氢化合物的实际蒸气压，当真实蒸气压升高时，这驱动力可能升高比例，如果蒸气空间的饱和度的百分比一直是常数。因此，饱和浓度和扩散和对流考虑因素建议实际损失至少与真实蒸气压的升高成正比的。因为真实蒸气压和饱和浓度和关系，固定顶罐的加油或排空损失直接与增加的真实蒸气压成正比。在沸腾发生，当真实蒸气压超过油罐绝对压力，没有运用这概念，损失可能是大的。因此，主控制因素是加热。根据过去一段时间的总损失，真空蒸气压的影响取决于原料的组分。例如，相同真实蒸气压的两种原油可能以不同的比率风化。一种原油可能包括相当高的百分比的挥发性的丙烷和乙烷,对具体的起动损失比率,蒸气压将迅速下降和损失比率不久随后下降.另一种原油可能因低挥发性的丙烷和乙烷具有相当高的浓度产生蒸气压,对赋闲的起动损失的比率,蒸气压下降不快蛤在长时期内一直很高. 对新生产的原油,这种研究特别有意义,至少和管道储存的终端,在真实蒸气压排放到大气中时,P29页 附录1 -基本术语的定义和意义这一段定义了与蒸发损失涉及到蒸发率的原理相关的术语.A. 液体的蒸气压蒸气压是蒸发任何挥发性的液体的动力的测量.例如石油.液体的分子运动是动力,与液体的组分有关。小的分子更具有积极性，因此，当低沸腾的组分的比例增加时，蒸气压也增加。高温同样激励了分子运动和较高的蒸气压。在蒸发损失的研究中，石油频繁地与蒸气空间接触。在整个蒸气空间这些分子趋于变成更小的分子。同时，一些在蒸气空间的小的分子又变成液体。当分子以相同的比例离开和返回液体时构成平衡。在任何设定的贮存压力下，蒸气空间平衡的碳氢化合物蒸气的百分比，实际上，与液体的蒸气压力成正比。B 液体的真实蒸气压真实蒸气压是液体在规定温度下和在大多数情况下，没有因蒸发发生成分改变的蒸气压力，这种蒸发导致了测量的蒸气压的降低。真实蒸气压不同于确定的蒸气压。碳氢化合物化合物的蒸发降低了蒸气压力，因为轻组分的蒸发更迅速。使液体构成重的低挥发性的组分。结果，对摩托汽油和类似的宽沸腾的混合物，真实蒸气压在100F可能较大地高于RVP，因为当雷德测试时产生某些蒸发，对于纯组分，液体的蒸发不能改变蒸气压和真实蒸气压实际上等于RVP。由RVP和ASTM美国国家标准规定的沸腾特征估计真实蒸气压。附录V的图表画出了汽油和原油在大范围温度下的这样的关系，尽管没有标准化的过程直接确定真实蒸气压。一种研究途径涉及汽油和和无气样品在容器里的测试用无穷小的蒸气空间。在附录V的图表中，对汽油，是由这种研究方法做的真实蒸气压的测量。在蒸发损失的研究中，真实蒸气压贮存温度时，直接影响蒸发损失率，增加蒸气压加速进入油箱蒸气空间蒸发率。同样，当真实蒸气压升高时，在饱和和蒸气空间包含了更多的碳氢化合物的蒸气。加油表和规定的呼吸循环这些因素增加了蒸发损失。C 液体的雷德蒸气压RVP是在100F和V/L=4（蒸气体积与液体体积的比率，如ASTM标识的：D323-56）确定的绝对压力（磅/英寸2）D 实际蒸气压在蒸气空间的碳氢化合物的蒸气局部压力是被碳氢化合物的分子碰撞受限的壁面的动力的影响的测量。空气分子，常常存在蒸发损失的问题。类似于产生局部压力。总的局部压力等于系统的总压，任何蒸气组分的分压与蒸气空间的的体积分数成正比。在蒸发损失的研究中，蒸气空间与液面接触，液体放出碳氢化合物蒸气。当碳氢化合物蒸气的局部分压等于液体的蒸气压，存在平衡，蒸发和冷凝的比率是相等的。E 蒸气空间的饱和度油箱的蒸气空间，关于给定的组分，当介于在空间和液相的组分在给定的温度和压力下，存在平衡时，是饱和的。在整个蒸气空间的组分是均匀一致的。饱和度是关于给定组分在正常平衡条件下在已知时间或位置下的饱和的比率。F 蒸气空间的扩散扩散是分子运动使整个蒸气空间的组分趋于一致。小分子移动速度最快，扩散比率较高。同样，这比率在与其他的分子碰撞被阻挡前,与分子移动的距离成正比。因此，到达平衡的总的时间取决于分子的尺寸，蒸气空间的大小，温度和压力。在蒸发损失的研究中，扩散是唯一的道路通过近期蒸发的碳氢化合物在整个蒸气空间的渗透。在正常贮存和操作温度情况下的汽油组分，扩散过程相当低，就它自己来说，对蒸发损失施加了次要的影响。G 蒸发蒸发是液体改变成气体的过程，有或没有沸腾。H 凝结凝结是气体变成液体的过程。它是蒸发的转换和当局部蒸气压力超过液体的蒸气时发生，因为液体温度下降或蒸气空间体积减少。然而，凝结可能发生当蒸气温度下降由于室内温度下降，在这样的情况下，在蒸气空间的蒸气和液体的液滴的局部压力可能小于主液体界面的蒸气压力。I 传导传导是热量从同一物体的一部分传到另一部分，或从一物体传递到另一物体。附录11 -呼吸和加油损失的推导理论呼吸损失问题的推导可以从理想气体法则和在装有挥发性液体的油罐蒸气空间的压力，温度，体积条件推导得出。加油损失可同样形成。 首先，理想气体法则须定义。对理想气体，压力，体积，温度的关系由下面定义：压力*体积/温度=常数这个方程，基于Boyle和Charle法则，用于分析油箱蒸气空间的条件。A 呼吸损失例如，油箱装有挥发性液体和装有真空呼吸阀。在大多数情况，蒸气空间的体积，总压力，和温度变化，不同的度。各种各样的压力，体积，温度术语使用定义为：P1=压力表，在油罐真空阀打开，磅/英寸2（表压）；P2=压力表，在油罐压力通风阀打开，磅/英寸2（表压）；Pa=最低液体表面温度的蒸气压力，磅/英寸2；p1=最小液体界面的蒸气压，磅/英寸2；p2=最大液体界面的蒸气压，磅/英寸2；t1=最小平均蒸气空间温度，F0；t1=最大平均蒸气空间温度，F0；V1=蒸气空间最小体积，英尺3；V1=蒸气空间最大体积，英尺3；Vav=因呼吸损失的蒸气体积，英尺3；I=蒸气空间增加的体积百分比；G=在呼吸循环损失的汽油，加仑；当呼吸时，温度，体积，压力从最小情况下某种组合到最大的情况下某种组合变化。所有的变量假定在最小情况下同时出现，同时改变和达到最大的情况。考虑密闭情况下在蒸气空间的空气加入挥发性的液体。在最小情况下，空气的体积是V1，温度是t1,假定真空阀是快要开启，蒸气空间的总压是Pa+P1,在空间的蒸气压力p1是在液体界面温度下贮存的挥发性的液体的蒸气压力。在蒸气中空气的分压是Pa+P1-p1,同样地，在最大条件下，空气的体积是V2，温度是t2,假定压力释放阀将要开启时,蒸气空间总的绝对压力是Pa+P2,在最大液体界面温度的蒸气压是p2,因此，空气的分压是Pa+P2- p2。然而，理想气体的法则运用于空气，局部压力和空气的体积是常数，被温度分开，即：（Pa+P2- p2）V2/（t2+460）=（Pa+P1- p1）V1/（t1+460） (1)这是贮存的挥发性液体在封闭系统中的蒸气空间蒸气-温度-压力间的关系的公式。贮存-和蒸气系统涉及可变蒸气空间体积，方程1可写作：V2/ V1=（Pa+P2- p2）（t2+460）/（Pa+P1- p1）（t1+460）I定义为：I/100=（V2-V1）/V2=V2/V1-1因此：I=100（Pa+P2- p2）（t2+460）/（Pa+P1- p1）（t1+460）-1 （2）这是为避免由于温度变化引起的呼吸损失构成的膨胀百分比的公式。 然而，如果蒸气空间的容积是常数，在这膨胀中表示的体各是通过油箱排出的损失。这是具有固定顶罐在常液面下，并没连接蒸气贮存系统。然后，因为恒定的蒸气空间体积等于最小蒸气空间体积，V1，由于呼吸造成的蒸气体积的损失是：V2 = V1（Pa+P2- p2）（t2+460）/（Pa+P1- p1）（t1+460）-1当它以饱和蒸气的形式出现时，1加仑的液体占据立方英尺的数量允许这蒸气的体积转换成液体的加仑数。Avogadro法则，一个重要的和有用的概念，逻辑地导致分子的重量和蒸气体积的关系的理解。这法则表明：在一定压力和温度下的所有的理想气体在任何给定的体积下有相同的若干分子。因此，理想气体的密度与分子的重量成比例。当M是分子重量时，理想气体1磅mol或M磅在60F时将占据大约379.5立方尺和大气压力。象其他的气体法则，Avogadro法则适用于真实气体和蒸气。对碳氢化合物蒸气，M磅在60F时约379.5立方尺和14.7psia。C是压缩因子，C=PV/RT，可能与整体相差百分之几，并随蒸气构成和液体的真实蒸气压变化。蒸气对液体的转换因素，每加仑液体，饱和蒸气立方尺的数量，由如下推导：W=1加仑液体的重量。磅。M=碳氢化合物分子的重量，C=压缩因子；Pv=蒸气在饱和状态碳氢化合物的分压.磅/英寸2；Z=饱和蒸气在60F和14.7psia立方英尺的数量；液体每加仑；P=绝对压力；V=蒸气体积；R=气体常数；T=绝对温度。那么60F时蒸气立方英尺的数量和包含1加仑液体的大气压力是：379。5WC/M。Boyle法则的，蒸气的体积与分压成比例。Pv,因此：Z=（379.5WC/M）（14.7/pv汽油蒸气包含碳氢化合物主要在异丁烷，有少量重的碳氢化合物。是主要的成分。一般来说，汽油或其他已知的挥发性产品的蒸气分子的重量，当考虑了1加仑液体当量重量是同样真的。然而，混合汽油蒸气的Z的值可能近似用这关系：Z=（690-4M）/ pv （4）这关系可适用于60F浓缩的蒸气。在60F时测量蒸气体积，或在那温度下计算。与液体平衡的汽油蒸气分子重量（M）在60F可以近似由：汽油蒸气的分子量随贮存温度而变化，这变化与产品的雷德蒸气压RVP无关，而仅取决于10%的点斜度。贮存温度每一度分子重量的改变，当10%点斜度是：当产品温度下降时分子量减小。反之亦然。运用在方程4中的关系在方程3的条件下，当温度升高的平均分子压力是：（P2+P1）/2，包含1加仑液体的平均蒸气体积是：所排出的汽油蒸气体积用汽油损失加仑的总量成为： 理论上，这种表示可以用估计在任何油箱中固定体积的蒸气空间温度变化时最大呼吸损失。方程5，括号里的质量表示用蒸气空间体积V1表示的蒸气的理论膨胀。在固定罐中，具有安全阀的有低的设置，这个质量的值常不能超过15%，通常更低。可能推导近似方程,假设当与绝对值相比时，t,p和P的变化相当小。用表示这些小的变化和用然后在方程5括号内的质量成为：未项的两个小值可忽略不计。表达式成为：具有较低位数的值，质量可以写作数学精度较小损失来表示。因此具有较小误差的呼吸损失的理论方程表达式为：方程5对自然发生的呼吸损失有一个明确的概念。每个因素和术语都有明确的物理意义。V1是蒸气空间的体积，用立方尺表示。因素是包含在1立方尺内液体碳氢化合物的液体加仑的数量。当蒸气浓度因素与蒸气空间体积相乘时，它给出了包含在蒸气空间的近似的加仑数，依次，当与方程5a括号里的质量相乘时，这给出了理论的损失G，用加仑数表示，对呼吸循环，通常指一天的时间。在近似方程5a,括号中的理论膨胀，分成三部分。第一个术语，是由蒸气空间温度变化产生的膨胀。第二术语，是当液面温度升高时引起真实蒸气压的增加，由附加的碳氢化合物蒸发进入蒸气空间的理论膨胀。第三个术语，是送去第一和第二个术语。它表示总的膨胀由于在真空和呼吸装置间油罐尺的压力的增加，引起压缩。因此呼吸机构是十分简单的，理想地，它应该可能去估计方程5a的几个因素和术语，为了计算在给定组合情况下呼吸损失适当地运用系数。然而，这里极其复杂的问题。观察数据揭示了给定的蒸发损失的个别因素的值是极不相符的。方程5a因素,每立方英尺加仑的近似数，表示蒸气空间完全饱和，同样，在任何时候液面的平衡。它是可能存在的最高的蒸气浓度。基于奥式分析法在80000桶油箱罐，McCullough等人报道：似乎没有分层除了大约一小时的吸入周期。这意指有非常高度的饱和。饱和蒸气可能合理地假设当立式罐或当罐被排空时因为大多数呼吸损失测试将进行。一个油罐当油80000桶油罐排出平均蒸气的饱和度是45%。一个更接近于完全饱和可能存在于，除当液体回收是迅速的和总的处理量是高的，这蒸发损失的减少可认作加油损失的减少。术语和与蒸气的浓度一样有争议的。温度t2和t1,用普通的方法精确测量并不敏感。温度计或其他的温度传感元件围绕蒸气并不一直给出真实的温度指