油库VOCs治理设计计算书

油库VOCs治理设计计算书——油气回收处理系统工程设计——项目名称XX石油库VOCs综合治理工程文件编号VOCS-SJ-2026-001设计阶段初步设计阶段文件类型设计计算书编制单位XX环境工程设计研究院版本Rev.A/0编制审核批准日期：2026.09.25日期：2026.09.25日期：2026.09.25

目录TOC\o"1-2"\h\z\u1概述 概述1.1项目概况本计算书针对XX石油库汽油储罐区及汽车装车区挥发性有机物（VOCs）排放治理工程进行系统设计计算。该油库现有汽油储罐5座，单罐容量5000m³，设计周转量约20万吨/年，公路装车鹤位8个。根据《储油库大气污染物排放标准》（GB20950—2020）要求，需建设油气回收处理设施，对储罐呼吸损耗及装车作业排放的油气进行收集与处理，确保达标排放。1.2设计依据本设计计算书编制主要依据以下标准规范及文件：序号标准规范名称标准编号1储油库大气污染物排放标准GB20950—20202油气回收处理设施技术标准GB/T50759—20223挥发性有机物无组织排放控制标准GB37822—20194石油炼制工业废气治理工程技术规范HJ1094—20205油品运输大气污染物排放标准GB20951—20206石油化工企业设计防火标准（2018年版）GB50160—20087爆炸危险环境电力装置设计规范GB50058—20148大气污染物综合排放标准GB16297—19961.3设计范围本设计范围包括：汽油储罐区油气收集系统、汽车装车油气收集系统、油气处理装置主体工艺设备设计计算、风机与管路系统设计计算、安全设施设计核验及排放达标分析。不包括储罐本体改造、装车鹤管本体改造及电气自控系统详细设计。1.4设计原则（1）严格遵守国家及地方现行环境保护法规、标准和规范，确保VOCs达标排放；（2）采用技术成熟、运行可靠、经济合理的油气回收工艺路线；（3）充分考虑油库现有工况，减少对正常生产作业的影响；（4）优先回收利用，兼顾环境效益与经济效益；（5）确保装置运行安全可靠，满足防爆、防火、防静电等安全要求。

2污染源强计算2.1储罐呼吸损耗计算储罐呼吸损耗分为大呼吸损耗（收发作业引起的呼吸）和小呼吸损耗（静止储存期间温度变化引起的呼吸）。本设计采用美国环保署（EPA）AP-42推荐公式及《石油库节能设计导则》相关方法进行计算。2.1.1小呼吸损耗固定顶罐小呼吸损耗按以下公式计算：L_w=4.188×10⁻⁴×M×P_V×K_N×P_T（2-1）式中：L_w——固定顶罐小呼吸损耗，t/a；M——油气摩尔质量，汽油取M=58kg/kmol；P_V——油气压力，kPa（绝对压力），汽油夏季取P_V=55kPa；K_N——周转因子，取K_N=1.0；P_T——热压力因子，根据储罐温度循环取值，取P_T=1.0。代入计算：单罐小呼吸损耗=4.188×10⁻⁴×58×55×1.0×1.0=1.33t/(a·罐)5座储罐小呼吸损耗合计：L_w总=5×1.33=6.65t/a2.1.2大呼吸损耗固定顶罐大呼吸损耗按以下公式计算：L_s=1.27×10⁻³×(P_A−P_B)×K_C×K_D×V_N（2-2）式中：L_s——大呼吸损耗，t/a；P_A——油罐平均油气压力，kPa；P_B——油罐入口压力，kPa；K_C——产品因子，汽油取K_C=1.0；K_D——罐型因子，固定顶罐取K_D=1.0；V_N——年周转量，m³/a。代入计算：年周转量200,000m³，汽油密度ρ=0.73t/m³，L_s=1.27×10⁻³×(55−101.3)×1.0×1.0×200000×0.73×10⁻³=8.45t/a2.2装车作业损耗计算公路装车油气排放损耗按以下公式计算：L_L=C_L×Q×Y（2-3）式中：L_L——装车损耗，t/a；C_L——装车损耗因子，液下装车取0.12kg/m³；Q——年装车量，m³/a，取200,000m³/a；Y——油品密度修正系数，汽油取Y=0.73。代入计算：L_L=0.12×200000×0.73×10⁻³=17.52t/a2.3管线与阀门泄漏损耗（LDAR）根据《挥发性有机物无组织排放控制标准》（GB37822—2019）要求，载有油品的设备与管线组件应开展泄漏检测与修复（LDAR）工作。参考同类油库LDAR实测数据，管线与阀门泄漏排放系数按0.5kg/(组件·a)估算，本项目预计密封点约800个，则：L_LDAR=800×0.5×10⁻³=0.40t/a2.4总VOCs排放量汇总排放源计算公式排放量（t/a）占比（%）治理方式储罐小呼吸损耗式(2-1)6.6519.7密闭收集+处理储罐大呼吸损耗式(2-2)8.4525.0密闭收集+处理装车作业损耗式(2-3)17.5251.9密闭收集+处理管线阀门泄漏LDAR估算0.401.2LDAR管控其他无组织排放经验估算0.752.2管理控制合计—33.77100.0—由上表可知，本项目VOCs排放主要来自装车作业损耗（占51.9%）和储罐呼吸损耗（占44.7%），二者合计占总排放量的96.6%，为本次治理的重点对象。

3治理工艺选择与对比3.1常用治理工艺技术对比目前国内外油库VOCs治理常用工艺包括：冷凝法、吸收法、吸附法、膜分离法及组合工艺。各工艺技术经济对比如下表所示：工艺类型处理效率优点缺点适用场景冷凝法80%~90%工艺简单、回收油品品质好能耗高、低浓度时效率低高浓度油气预处理吸收法85%~95%处理风量大、运行稳定吸收剂需定期更换、二次污染大风量中低浓度吸附法95%~99%净化效率高、适用范围广吸附剂再生频繁、有安全隐患中低浓度深度处理膜分离法90%~95%流程简单、占地面积小膜组件昂贵、对预处理要求高中高浓度油气回收冷凝+吸附组合≥97%效率高、运行稳定、回收效益好投资略高油库装车油气回收吸收+吸附组合≥95%处理风量大、适应性强流程较长大型油库综合治理3.2推荐工艺路线综合考虑本项目油气排放量、浓度特点、场地条件及经济合理性，推荐采用“冷凝+吸附”组合工艺路线。具体流程为：油气收集→凝液罐气液分离→压缩冷凝（一级冷凝+二级冷凝）→活性炭吸附吸附→达标排放。该工艺路线具有以下优势：（1）处理效率高，总净化效率≥97%，满足GB20950—2020排放限值要求（≤25g/m³）；（2）冷凝段可回收部分液态汽油，具有一定经济效益；（3）吸附段作为末端把关，确保达标排放，运行稳定可靠；（4）技术成熟，国内同类油库已有大量成功运行业绩。

4核心设备设计计算4.1吸附罐设计计算4.1.1设计参数吸附处理设计风量按装车同时作业系数及储罐呼吸气量综合确定，设计参数如下：参数名称符号数值单位备注设计处理风量Q2000m³/h8鹤位同时作业考虑进气VOCs浓度C_in80g/m³装车油气典型值出气VOCs浓度C_out≤20g/m³满足GB20950要求吸附剂填充密度ρ_b500kg/m³柱状活性炭吸附剂动态吸附容量q_e0.25kg/kg25%wt空塔停留时间τ2.0s保证吸附效率吸附罐数量n2台一用一备4.1.2吸附罐截面积计算吸附罐空塔气速一般取v=0.3~0.5m/s，本设计取v=0.4m/s。A=Q/(3600×v)（4-1）代入：A=2000/(3600×0.4)=1.39m²选用圆形吸附罐，直径D=√(4A/π)=√(4×1.39/3.1416)=1.33m，圆整取D=1.4m。实际截面积A_实=π×1.4²/4=1.54m²，实际空塔气速v_实=2000/(3600×1.54)=0.36m/s，在设计范围内。4.1.3吸附剂装填量计算吸附剂床层高度H=v×τ=0.36×2.0=0.72m，圆整取H=0.8m。单罐吸附剂装填体积V=A×H=1.54×0.8=1.23m³单罐吸附剂装填质量m=V×ρ_b=1.23×500=615kg，圆整取650kg。4.2冷凝器设计计算4.2.1冷凝负荷计算冷凝段设计为两级冷凝：一级冷凝温度5℃（预冷除水），二级冷凝温度−35℃（冷凝回收汽油）。油气进口温度t1=25℃，出口温度t2=−35℃，处理风量Q=2000m³/h，空气密度ρ=1.29kg/m³，比热容Cp=1.005kJ/(kg·℃)。显热负荷：Q1=Q×ρ×Cp×(t1−t2)/3600Q1=2000×1.29×1.005×(25−(−35))/3600=43.2kW汽油蒸气冷凝潜热负荷：油气中汽油蒸气质量流量=2000×80g/m³×10⁻³=160kg/h，冷凝率取60%，冷凝量=96kg/h，汽油冷凝潜热r=350kJ/kg。Q2=96×350/3600=9.33kW冷凝总负荷：Q_总=Q1+Q2=43.2+9.33=52.5kW考虑1.2倍安全系数，设计制冷量=52.5×1.2=63.0kW，选用70kW制冷机组。4.3风机选型计算4.3.1系统阻力计算油气收集系统阻力包括：收集管网阻力、凝液罐阻力、冷凝器阻力、吸附罐阻力、消声器阻力及排气筒阻力。各部分阻力估算如下：阻力部件阻力值（Pa）备注收集管网（沿程+局部）800含鹤管、集合管凝液罐200气液分离冷凝器600两级冷凝吸附罐1200活性炭床层消声器300进出口排气筒2004m高度合计3300系统总阻力安全系数（1.2倍）3960风机选型余量4.3.2风机选型参数设计风量：Q_fan=2000×1.1=2200m³/h（10%余量）设计风压：P_fan=3960Pa风机功率估算：N=Q_fan×P_fan/(3600×1000×η)式中：η为风机效率，取η=0.75。N=2200×3960/(3600×1000×0.75)=3.23kW考虑电机安全系数1.2倍，选用YBX3防爆电机，功率4.0kW，防爆等级ExdⅡCT4。4.4吸收塔设计计算（备用工艺校核）考虑到未来可能的气量波动，对吸收塔方案进行校核计算。吸收液选用柴油或专用吸收油，气液比L/G=15L/m³。吸收塔直径：D=√(4Q/(3600×π×v))，空塔气速v=1.0m/sD=√(4×2200/(3600×3.1416×1.0))=0.88m，圆整取D=0.9m。填料层高度：H=3.0m（不锈钢规整填料），塔总高约6.5m。

5安全设计核验5.1爆炸极限分析汽油蒸气在空气中的爆炸极限（体积分数）为1.4%~7.6%。为确保装置运行安全，系统内油气浓度必须控制在爆炸下限（LEL）的25%以下，即：C_mix<25%LEL≈0.35%（体积分数）（5-1）本项目设计工况下，油气收集系统内为装车排出的饱和油气，浓度约为30%~50%（体积分数），远高于爆炸上限。根据GB/T50759—2022要求，系统应保持微正压运行，防止空气渗入形成爆炸性混合物。设计采取以下安全措施：（1）系统设置压力控制阀，维持微正压（2~5kPa）；（2）设置LEL在线监测仪，连续监测系统内油气浓度；（3）设置氮气惰性气体保护系统，事故状态下自动充氮置换。5.2阻火与泄压设计安全设施设置位置设计参数规范依据阻火器吸附罐进出口、排气筒出口阻火速度≥1.5m/sGB50160—2008紧急泄压阀吸附罐顶部、储罐气相管线开启压力10kPaGB/T50759—2022爆破片冷凝设备本体爆破压力0.2MPaGB150—2011紧急切断阀收集总管、装车鹤管气动快速切断（≤3s）SH/T3005—2016火焰探测器装置区紫外/红外双波段GB50116—20135.3静电与接地设计油气收集及处理装置所有金属设备、管道均应进行静电接地，接地电阻不大于4Ω。法兰连接处采用金属跨接线，确保电气连续性。管道内油气设计流速控制在≤10m/s，防止静电积聚。根据《石油化工静电接地设计规范》（SH/T3097—2017）要求，装置区设置环形接地干线，所有设备接地端子与接地干线可靠连接，接地电阻测试每年不少于两次。

6排放达标分析6.1排放浓度核算根据设计工艺路线，冷凝段去除效率按60%计，吸附段去除效率按95%计，系统总去除效率：η=1−(1−η_冷凝)×(1−η_吸附)=1−(1−0.60)×(1−0.95)=98.0%（6-1）处理后排放浓度：C_out=C_in×(1−η)=80×(1−0.98)=1.6g/m³6.2达标判定污染物标准限值本设计排放值判定结果依据标准非甲烷总烃排放浓度≤25g/m³1.6g/m³达标GB20950—2020处理效率≥95%98.0%达标GB20950—2020排气筒高度≥4m15m满足GB20950—2020液阻≤600Pa设计值≤400Pa满足GB20950—2020系统密闭性≤500Pa（5min压降）设计值≤300Pa满足GB20950—2020由上表可知，本设计各项排放指标均满足《储油库大气污染物排放标准》（GB20950—2020）的要求，且具有一定的设计余量，可确保长期稳定达标运行。

7结果分析与工程指导意义7.1计算结果汇总分析项目计算结果单位备注VOCs总排放量33.77t/a治理前治理后排放量0.68t/a去除率98%VOCs年削减量33.09t/a环境效益设计处理风量2000m³/h装车+储罐吸附罐直径1.4m2台一用一备吸附剂装填量650kg/台活性炭制冷机组容量70kW两级冷凝风机功率4.0kW防爆型排气筒高度15m高于4m要求7.2工程指导意义本计算书的工程指导意义主要体现在以下几个方面：（1）污染源识别明确：通过定量计算，识别出装车作业损耗（占51.9%）和储罐呼吸损耗（占44.7%）为主要排放源，为治理方案设计提供了明确的靶向目标。（2）工艺选择合理：通过多工艺技术经济对比，推荐“冷凝+吸附”组合工艺，兼顾了回收效益与达标排放要求，技术成熟可靠。（3）