石化企業(yè)儲罐區(qū)無組織排放分析

石化企業(yè)儲罐區(qū)無組織排放分析

石化公司的儲層區(qū)域主要由儲層的大和小氣候組成。大量原料油品及產(chǎn)品的逸散,不僅造成物料的損失,更帶來嚴(yán)重的大氣污染。如原油蒸發(fā)損耗達1%時,相對密度即增加0.002,且1m3的油品蒸氣可使周圍2000m3的大氣受到污染。此外,儲罐區(qū)的無組織排放問題突出,在整個石化企業(yè)無組織排放總量中可占到很大比例。據(jù)2003年美國對其石油企業(yè)VOC進行的一次排放量調(diào)查,在各污染源中,儲罐區(qū)的排放量最大,達到了29%。而Rao等學(xué)者在2003年對印度某千萬噸煉油廠進行了VOC監(jiān)測及無組織排放量的估算,發(fā)現(xiàn)儲罐區(qū)的VOC排放量達到了1680t/a,占所有無組織排放VOC的29.32%,同樣位列所有無組織排放源的第一位。而據(jù)我國《石油化工企業(yè)衛(wèi)生防護距離》(SH3093-1999)對典型煉廠的無組織排放源強統(tǒng)計,儲運過程的排放量可占總排放量的60%?？梢钥闯?石化企業(yè)儲罐區(qū)的無組織排放情況不容忽視。此外無組織排放量的核算也是設(shè)置大氣環(huán)境防護距離和衛(wèi)生防護距離的前提,如何準(zhǔn)確核算出源強就變得十分重要。本文的目的在于以實際石化項目罐區(qū)為目標(biāo)區(qū)域通過多種方法核算出無組織排放源強,對各方法的應(yīng)用性進行一定研究,為無組織排放的大氣環(huán)境影響評價提供一定參考。1計算儲層區(qū)無組織排放的一般方法1.1浮頂罐、浮頂罐、a該方法利用了《石油庫節(jié)能設(shè)計導(dǎo)則》(SH/T3002-2000)附錄A推薦的的計算公式,它適用于拱頂罐、浮頂罐、內(nèi)浮頂罐儲存原油、汽油和其他輕質(zhì)油品時的年大、小呼吸蒸發(fā)損耗量的估算。1.1.1呼吸損失(2)浮頂(3)內(nèi)浮頂1.1.2浮盤片段損耗系數(shù)式(1)~(6)中,LDW為拱頂罐年大呼吸蒸發(fā)損耗量,m3/a;KT為周轉(zhuǎn)系數(shù);Kc為油品系數(shù);V1為泵送液體如入罐量,m3;Mr為油蒸汽摩爾質(zhì)量,kg/kmol;Lw為浮頂罐年大呼吸蒸發(fā)損耗量,kg/a;Q1為油罐年周轉(zhuǎn)量,103m3/a;C為油罐壁的粘附系數(shù),m3/(1000m2);G為油品的密度,kg/m3;D為油罐直徑,m;NC為支柱個數(shù);FC為支柱有效直徑,m;LDS為拱頂罐年小呼吸損耗量,m3/a;P為油罐內(nèi)油品本體溫度下的蒸汽壓,kPa;Pa為當(dāng)?shù)卮髿鈮?kPa;H為油罐內(nèi)氣體空間高度,m;T為大氣溫度的平均溫差,℃;FP為涂料系數(shù);C1為小直徑油罐修正系數(shù);Fr為密封損耗系數(shù);Ff為浮盤附件總損耗系數(shù);P*為蒸汽壓函數(shù);Mv為油氣摩爾質(zhì)量,kg/kmol;Ke為邊圈密封損耗系數(shù);Fd為頂板接縫長度系數(shù);Kd為頂板接縫損耗系數(shù);1.2中國石油氣表cppc的估計方法中國石油化工系統(tǒng)經(jīng)驗公式適用于固定頂罐和浮頂罐,可計算原油、汽油和揮發(fā)性有機溶劑的年大、小呼吸損耗。1.2.1呼吸損失(2)浮頂(3)拱頂1.2.2罐外總蒸汽用量ldw(2)浮頂(3)拱頂Lds(28)12.751uf0b410-3KED.173H.051T5.0FPC2V[P/(7)100910-P(8)].068(12)式(7)~(12)中,Lw1為固定罐大呼吸損耗量,m3/a;Lw2為浮頂罐大呼吸損耗量,kg/a;LDW為拱頂罐大呼吸損耗量,kg/a;Ly為固定頂罐小呼吸損耗量,m3/a;Ls為浮頂罐小呼吸損耗量,kg/a;Lds為拱頂罐小呼吸損耗量,kg/a;M為儲罐內(nèi)物料蒸汽分子量;P為大量物料狀態(tài)下真實的蒸汽壓力,Pa;Q為物料年泵送入罐量,m3/a;KN為周轉(zhuǎn)因子;KC為油品系數(shù);KS為密封系數(shù);K為系數(shù),浮頂K=3.1,內(nèi)浮頂K=2.05;EF為二次密封系數(shù),單層密封EF=1,二次密封EF=0.25;KE為系數(shù);C1為罐壁粘附系數(shù);C2為用于小直徑罐的調(diào)節(jié)因子;D為儲罐直徑,m;V為油品平均重度t/m3;H為平均蒸汽空間高度;T為每日大氣溫度變化的年平均值;FP為涂層系數(shù)1~1.5;Pr蒸汽壓函數(shù);S為罐外平均風(fēng)速,m/s;n為與密封有關(guān)的風(fēng)速指數(shù)。1.3美國石油公司api推薦方法美國石油學(xué)會API推薦的經(jīng)驗計算公式適用于固定頂罐、浮頂罐儲存原油、汽油及揮發(fā)性有機溶劑時的年大、小呼吸蒸發(fā)損耗的估算。1.3.1呼吸損失拱頂:浮頂:1.3.2儲罐見表1拱頂:浮頂:式(13)~(16)中W為浮頂罐大呼吸損耗量,m3/a;F為拱頂罐大呼吸損耗量,m3/a;Ly為浮頂罐小呼吸損耗量,m3/a;Ly為拱頂罐小呼吸損耗量,m3/a;Q為泵送液體入罐量,m3/a;D為儲罐直徑,m;H為儲罐內(nèi)油品高度,m;T為每日最高與最低溫度變化的年平均值;P為大量物料狀態(tài)下的平均蒸汽壓力,Pa;V為液體年泵送入罐量,m3/a;KT為周轉(zhuǎn)系數(shù);Kf為儲罐結(jié)構(gòu)系數(shù)(焊接取0.045);VW為平均風(fēng)速,m/s;KS為密封系數(shù);KC為儲存物料系數(shù);Ke為油品揮發(fā)校正系數(shù);FP為涂層系數(shù)。1.4排放源強的確定該方法以高斯擴散模式為理論基礎(chǔ),認(rèn)為排放源下風(fēng)方向地面大氣中有害物質(zhì)濃度與源的排放量成正比。因此可通過下風(fēng)向測得的污染物質(zhì)濃度并結(jié)合相應(yīng)的面源、氣象資料即可反推出排放源強。其計算式見式(17)。式(17)中,QC為無組織排放源強,kg/h;C(x,y,0)為無組織排放源強的地面濃度,mg/m3;u10為距地面10m處的10分鐘平均風(fēng)速,m/s;σz為鉛直擴散參數(shù),m;σy為水平橫向擴散參數(shù),m;σy0為初始擴散參數(shù),m;H為無組織排放源的平均排放高度,m。2案例研究2.1烴無組織排放計算以某石化項目儲罐區(qū)為研究目標(biāo),對其總烴無組織排放源強進行核算。該原油儲罐區(qū)主要儲存稀油和低凝稠油兩種油品,其儲罐設(shè)置情況及其基本性質(zhì)如表1、2所示。2.2源強迫的計算2.2.1計算源強核算公式分別利用《石油庫節(jié)能設(shè)計導(dǎo)則》推薦公式、美國石油學(xué)會(API)推薦公式和中國石油化工(CPCC)推薦公式進行源強核算,計算結(jié)果如表3所示。2.2.2采樣時間和總烴氣樣為利用地面濃度反推法,需對儲罐區(qū)進行無組織排放總烴的監(jiān)測。結(jié)合廠區(qū)的布置和人員、設(shè)備情況,在儲罐區(qū)上風(fēng)向設(shè)參照點1處、下風(fēng)向設(shè)監(jiān)控點3處。其中參照點位于面源上風(fēng)向2m處,監(jiān)控點位于面源下風(fēng)向10m處,如圖1所示。采樣時間分別為10:00、17:00和20:00,每天3次,連續(xù)7天采樣。并同時記錄采樣時對應(yīng)的氣象條件,如溫度、風(fēng)向、近地面風(fēng)速、大氣壓、總云量、低云量等。總烴氣樣采用氣象色譜法(HJ604-2011)進行分析測定,其監(jiān)測濃度如表3所示。由表4的源強計算結(jié)果可作源強分布圖,如圖2所示。由圖2可以看出,源強反推的結(jié)果較為集中,絕大部分穩(wěn)定在35kg/h以下。僅有4個異常高點明顯突出,其值分別為89.97、90.94、105.22和94.44kg/h。建議取除這4個點之外的26個計算源強的平均值11.31kg/h為最終源強,即94.92t/a。上述四種方法的計算結(jié)果如圖3所示。2.3罐區(qū)總烴無組織排放源強的確定由圖3可知,API推薦公式計算結(jié)果最大,達到201.30t/a。往下依次為《石油庫節(jié)能設(shè)計導(dǎo)則》95.50t/a、地面濃度反推法94.92t/a以及中國石油化工公式86.73t/a?？梢钥闯?較之API計算結(jié)果,后三種方法的計算結(jié)果更為接近。分析其原因:對《石油庫節(jié)能設(shè)計導(dǎo)則》和中國石油化工公式來說,其源強結(jié)果十分相近。兩種經(jīng)驗公式均為中石化系統(tǒng)主編,屬半經(jīng)驗半理論公式。是基于中國自身情況,以理想氣體狀態(tài)方程為基礎(chǔ),通過理論分析而提出的經(jīng)驗計算公式,且公式中很多參數(shù)借助了實驗數(shù)據(jù)或經(jīng)驗參數(shù),推導(dǎo)過程嚴(yán)謹(jǐn),可信度較高。從前文也可看出,這兩種經(jīng)驗公式有很多相似的地方,參數(shù)也多有相同。在一定程度上促使了計算結(jié)果的相近。美國石油協(xié)會(API)的計算結(jié)果最大,其原因可能在于該方法屬純經(jīng)驗方法,是通過對大量實驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析而得出的公式。且在此過程中均以美國自身情況為基礎(chǔ),其氣候條件、地理環(huán)境、罐體特性、操作、管理水平、控制技術(shù)等均可能與我國有一定差異。因此,即使該公式在美國使用情況良好,在我國的適用情況也可能較差。地面濃度反推法的計算結(jié)果與《石油庫節(jié)能設(shè)計導(dǎo)則》和中國石油化工公式極為相近。結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù),雖然有4個異常高點,但總的源強反推結(jié)果較為穩(wěn)定,計算結(jié)果可靠。綜上所示,建議罐區(qū)的總