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1、重庆科技学院油气储存技术与管理课程设计报告 学 院: 石油与天然气工程学院 专业班级: _油气储运1 学生姓名: 学 号: 设计地点（单位） 石油科技大楼K802 设计题目:_ 油库浮顶罐油气损耗量编程计算 完成日期： 2014年12月18日指导教师评语: _ _ _ 成绩（五级记分制）:_ _ _ 指导教师（签字） :_ _ _ _ 摘 要 储油库储存及销售的原油和汽油等轻质油品中含有大量的轻烃组分，具有很强的挥发性，因此不可避免地会有一部分液态烃组分汽化，以油气的形式进入大气环境，不仅浪费能源，而且会造成环境污染，影响人体健康。 油品的蒸发损耗是指油品中的部分较轻的组份气化，逸入大气的过程
2、。在当今国际原油资源日渐减少、需求量日益增大、价格持续飙升的环境下，蒸发造成的油品损耗量也逐渐明显.油品储运时的蒸发损耗占到整个储运损耗的65左右，这是石油资源的巨大浪费。因此，努力降低蒸发损耗，是我国能源储备建设中一项具有重要意义的工作。本文研究分析了造成油库油气损耗的原因及影响因素，蒸发损耗的类型，归纳总结了油气损耗中“大小呼吸”的理论计算方法，并编写程序使之能实现智能化计算，在此基础上选择得到了适合本国生产实际的计算方法。关键词：油气损耗 浮顶罐 编程计算 ABSTRACT Oil depots storage and sales of crude oil and gasoline an
3、d other light oil contains a large number of light hydrocarbon components, the highly volatile, so inevitably there will be a part of the vaporization of liquid hydrocarbon component, in the form of oil and gas into the atmosphere environment, not only a waste of energy, but also cause environmental
4、 pollution, affect human body health. Evaporation loss of oil product refers to the component parts of the product is lighter gasification, the process of escape into the atmosphere. In todays international crude oil resources dwindling, growing demand, prices continue to soar, the evaporation of oi
5、l wastage also gradually obvious. When the evaporation loss of oil storage and transportation accounts for 65% of the loss of storage and transportation, this is a huge waste of oil resources. Therefore, efforts to reduce evaporation loss, the construction of Chinas energy reserves is a significant
6、work. This article studied and analyzed the causes of oil depot oil and gas loss and influence factors, the type of evaporation loss, summarizes the theory of breath to the size of the oil and gas loss calculation method, and write a program to realize intelligent calculation, on the basis of the ch
7、oice to get the suitable for their production methods.Keywords:Oil and gas loss;Floating roof tank;The programming calculation目 录1 绪 论11.1常用的计算方法12 油库油气蒸发损耗22.1 引起蒸发损耗的原因22.1.1 温度变化22.1.2 油罐上方空间的影响22.1.3 油罐严密程度22.1.4 大呼吸损耗22.1.5 小呼吸损失32.2 油品蒸发损耗的类型32.3 油气损耗的危害42.3.1 火灾危险性42.3.2 造成能源浪费52.3.3 油蒸气污染环境5
8、3 浮顶油罐的蒸发损耗量的计算方法63.1 浮顶罐“小呼吸”损耗63.2 浮顶罐“大呼吸”损耗94 油气损耗量编程计算114.1 适合我国的油气损耗计算方法12参考文献13附录：程序源代码141 绪 论 在经济快速发展的今天，随着工业化和城镇化进程的加快，中国已成为石油生产和消费的大国。人们对主要用于工业生产、化工原料以及交通工具燃料的石油化工产品的需求也越来越高，石油及其产品在中国的能源结构中占有相当的比重。这也导致了储油库的数量大幅增加。储油库储存及销售的原油和汽油等轻质油品中含有大量的轻烃组分，具有很强的挥发性，因此不可避免地会有一部分液态烃组分汽化，以油气的形式进入大气环境，不仅浪费能
9、源，而且造成环境污染，影响人体健康。 在油品的储运过程中，由于其自身的自然挥发性而造成的各种损耗是十分严重的，而其中一半以上是属于油罐的小呼吸损耗。虽然我们现在还不能完全消除油罐小呼吸作用而带来的油品自然蒸发损耗，但我们可以通过研究和分析造成这种损耗各具体细节的全过程，找出一些行之有效的减少方法并有针对地采用一定的措施，最大限度地减少或限制这种损耗。 因此，对储油库的油气挥发量过程进行分析，选取正确的方法进行精确计算十分必要。1.1常用的计算方法 对于浮顶罐大、小呼吸排放的主要蒸发损失烃类( NMHC) 的排放量计算， 国内外均开展了许多研究工作，其中得到公认的有美国石油学会(API)和美国国
10、家环保局(EPA)以及中国石油化工(CPCC)推荐的经验公式。计算油品蒸发损耗量的方法很多，归纳起来，大致有两类。一类是使用半理论半经验公式。这类公式一般是从理论分析入手，推导出理论方程式，然后借助于实验测定的数据对方程式中的若干参数进行数据处理。这类公式一般是按照一个呼出过程建立的，适用范围广，便于根据具体情况选择参数，进行修正。一类是使用纯经验公式，这类公式是以大量实验数据为基础，经过统计、分析，整理成包括各种主要因素的经验公式或图表。这类公式和图表一般用来计算较长时间范围的损耗，消弱了自然条件及作业条件随机变化的影响，使用比较方便。但是，由于受到测试期间自然条件和当时技术水平的限制，往往
11、具有很大的局限性。2 油库油气蒸发损耗2.1 引起蒸发损耗的原因任何形式的油品蒸发损耗都是在输、储油容器内部传质过程的基础上发生的。这种传质过程发生在气、液接触面的相际传质，即油品的蒸发，以及发生在容器气体空间中烃分子的扩散。通过上述传质过程，容器气体空间原有的空气逐渐变为趋于均匀分布的烃蒸气和空气的混合气体。当外界条件变化引起混合气体状态参数改变时，混合气体从容器排入大气，就造成了油品的蒸发损耗。引起蒸发的内因是油料的馏分组成，馏分组成越轻，沸点越低，蒸气压越大，蒸发越严重，蒸发损失越大，对油品质量影响越严重。引起油气蒸发损耗的主要原因有:油温变化、油罐顶壁同液面间体积大小、油罐罐顶不严密等
12、。2.1.1 温度变化 油气储存过程中，当温度升高时，罐内油气体积膨胀，部分油气蒸发出罐外，当温度降低时，罐内油气减少，罐外部分空气进入罐内。另外，储存温度愈高，油气蒸发愈严重。2.1.2 油罐上方空间的影响 油罐中装油量越少，油气空间越大，相对蒸发损失越大。实验表明，在相同温度和密封条件下，储存同一种汽油，装油量为油罐容积20%时的蒸发损失比装油量为油罐容积95%时大8倍。2.1.3 油罐严密程度 如果罐顶有缝隙或孔眼，且不在同一高度，由于罐内混合气的密度大于空气密度，罐内的混合气体将由下部孔眼逸入大气，空气从上部孔眼进入则罐内，形成自然通风损耗。造成油罐自然通风损耗的原因有:油罐破损;采光
13、孔或量油孔被打开而未及时关上等造成的蒸发损耗严重，不仅使油蒸气大量逸出罐外，而且会加速液面蒸发。2.1.4 大呼吸损耗 大呼吸是指油罐进发油时的呼吸。油罐进油时，由于油面逐渐升高，气体空间逐渐减小，罐内压力增大，当压力超过呼吸阀控制压力时，一定浓度的油蒸气开始从呼吸阀呼出，直到油罐停止收油，所呼出的油蒸气造成油品蒸发的损失。油罐向外发油时，由于油面不断降低，气体空间逐渐减小，罐内压力减小，当压力小于呼吸阀控制真空度时，油罐开始吸入新鲜空气，由于油面上方空间油气没有达到饱和，促使油品蒸发加速，使其重新达到饱和，罐内压力再次上升，造成部分油蒸气从呼吸阀呼出。影响大呼吸的主要因素有: (1)油品性质
14、:油品密度越小，轻质馏分越多，损耗越大； (2)收发油速度:进油、出油速度越快，损耗越大； (3)油罐耐压等级:油罐耐压性能越好，呼吸损耗越小。当油罐耐压达到5kPa时则降耗率为25.1%，若耐压提高到26kPa时，则可基本上消除小呼吸损失，并在一定程度上降低大呼吸损失。 (4)与油罐所处的地理位置、大气温度、风向、风力及管理水平有关。2.1.5 小呼吸损失 油罐在没有收发油作业的情况下，随着外界气温、压力在一天内的升降周期变化，罐内气体空间温度、油品蒸发速度、油气浓度和蒸汽压力也随之变化。这种排出石油蒸气和吸入空气的过程造成的油气损失，叫小呼吸损失。小呼吸损失的影响因素主要有以下几点: (1
15、)昼夜温差变化。昼夜温差变化愈大，小呼吸损失愈大。 (2)油罐所处地区日照强度。日照强度愈大，小呼吸损失愈大。 (3)储罐越大，截面积越大，小呼吸损失越大。 (4)大气压。大气压越低，小呼吸损失越大。 (5)油罐装满程度。油罐满装，气体空间容积小，小呼吸损失小。2.2 油品蒸发损耗的类型油品蒸发损耗的类型，一般是按照造成损耗的原因来划分的。在生产管理单位，为了便于损耗量的统计和油品数量的核算，又常按油品储运过程中的作业性质来划分。对于某些损耗来说，二者并无实质上的区别，只是习惯上的名称不同而已。油品的损耗包括以下几种： （1）自然通风损耗 自然通风损耗是由于罐顶有孔眼或在两个孔眼间存在着高差情
16、况下，因混合气密度比空气密度大，致使罐内混合气从低处孔眼排入大气，外界空气从高处孔眼流入罐内。这种由于孔眼位差和气体密度的不同，引起气体自然对流所造成的损耗叫自然通风损耗。自然通风损耗多发生在罐顶、罐身腐蚀穿孔或焊缝有砂眼，消防系统泡沫室玻璃损坏，呼吸阀阀盘未盖严，液压阀未装油或油封不足，量油孔、透光孔未盖好等情况下。由于自然通风损耗原因既有设备问题，也有管理问题。因此只要加强管理，及时维修好设备，自然通风损耗是可以避免的。 （2）静止储存损耗 罐内油品在没有收发作业静止储存情况下，油品处于静止状态，油品蒸汽充满整个气体空间。日出之后，随着大气温度和太阳辐射强度增加，罐内气体空间和油品温度上升
17、，混合气体体积膨胀并且油品蒸发加剧，使混合气体压力增加，呼吸阀的真空阀盘打开，油蒸气随着混合气体呼出罐外。午后，随着大气温度的降低和太阳辐射的减弱，混合气体收缩，甚至部分油蒸汽冷凝，因此罐内压力减小，吸入空气。由于罐内气体空间温度和油气浓度的昼夜变化而引起的损耗。静止储存损耗又称为“小呼吸”损耗。 （3）动液面损耗 油品在收发作业时，由于液面高度变化而造成的油品损耗。其中油罐收油过程发生的损耗称为收油损耗，发右后由于吸入的空气被饱和而引起的呼出称为回逆呼出。通常，油罐收油作业中产生的损耗又称为油罐的“大呼吸”损耗。2.3 油气损耗的危害 损耗的物质主要是油品中的较轻组分，因而油品蒸发不仅造成数
18、量的损失，还造成质量下降；同时散失在空气中的油蒸气不仅造成大气污染，而且在局部的生产部位构成了潜在的火灾危险。2.3.1 火灾危险性 油蒸气与空气混合， 可形成爆炸混合物， 且易在低洼、不通风的地方积聚。当油气混合物中，油蒸气含量达到爆炸极限浓度时，容易引发爆炸。油品蒸发排放出的高浓度的油气，给企业及社会带来了许多的危害。如汽油的爆炸极限（体积分数)为1%到6%，汽油的蒸汽密度约为3.0到3.1kg/m3，而空气的密度为1.1kg/m3。当严重超过火灾爆炸极限时，密度比空气大的高浓度的油气大量蒸发排放扩散，并主要漂浮聚集在地面空间，从而，从而带来了很大的安全隐患。因此，炼厂、油库、加油站等领域
19、，防止油气、油品失控而形成爆炸性混合气体，是预防着火爆炸事故的主要环节。2.3.2 造成能源浪费蒸发的都是油料中的最轻组分油气蒸发还会严重影响成品油质量，甚至使合格油料变成不合格。如汽油蒸发损失，造成起动性能变差，抗爆性下降。此外， 还将加速汽油氧化，增加胶质，降低辛烷值，而辛烷值的降低会使燃料在发动机中燃烧时抗爆性能变差。油品蒸发损耗属于自然损耗，一定数量范围内的损耗具有天然的合理性，得到各种油品蒸发损耗定额的认可。而且这种损耗是以缓慢的形势持续发生的，损耗量的大小常常被产品计量误差所掩盖。因而不引起人们的注意。但是典型调查资料表明，油品蒸发损耗的累计数量是十分惊人的。油气损耗不仅造成油气资
20、源浪费，而且降低了油品品质，造成严重的环境污染，同是给油田安全生产造成了极大的隐患。从近年来国内发生的数起由于静电所引发罐区挥发的油气火灾和爆炸故事看，油气火灾导致了大量的人员伤亡和经济财产损失，罐区油气回收已成为燃眉之际。2.3.3 油蒸气污染环境 油蒸气是气相烃类，属有毒物品，因其密度大于空气而漂浮于地面之上，易致窒息。另外，油蒸气还容易形成更大危害的光化学烟雾的二次污染物 氮氧化物。这种情况，随着环境保护要求的提高，所引起对大气的污染越来越受到人们的重视。油气密度大于空气而漂浮于地面上，从而加剧对人及周围环境的影响。一般裂化汽油比直馏汽油毒性大，但同碳数的烯烃比烷轻的毒性弱些。人吸入不同
21、浓度的油气，会引起慢性中毒或急性中毒，其中呼吸系统、神经中枢系统受破坏较大。据调查，石化企业环境污染已经对周围儿童健康产生影响，显示出非特异性免疫功能呈下降趋势。不同浓度的烃蒸汽对人的危害程度不同。又如，芳香烃含量大还会影响造血系统，长期接触芳香烃的苯、甲苯和二甲苯等蒸汽，可以诱发白血病、染色体失常等症状。多环芳香烃对人体有害，有些甚至是致癌的。油气不仅作为一次污染物而对环境产生直接危害，还是产生光学烟雾的主要反应物。光化学烟雾是一种具有强烈刺激性的浅蓝色烟雾，其有害影响主要表现在以下几个方面：1）损害人和动物的健康。2）影响植物生长。3）影响材料质量。4）降低大气能见度。3 浮顶油罐的蒸发损
22、耗量的计算方法对于浮顶罐大、小呼吸排放的主要蒸发损失烃类( NMHC)的排放量计算， 国内外均开展了许多研究工作， 其中得到公认的有美国石油学会(API)和美国国家环保局(EPA)以及中国石油化工(CPCC)推荐的经验公式。3.1 浮顶罐“小呼吸”损耗（1） 外浮顶罐静止储存损耗 (3-1)式中： 外浮顶罐静止储存损耗量，kg/a或1b/a； 密封系数，见表3-2； 油罐所在地平均风速，m/s或mil/h； n与密封有关的风速指数； 蒸气压函数，无量纲， 油品平均温度下的真实蒸气压，kPa或1bf/in2； 油罐所在地的平均大气压力，kPa或1bf/in2； D油罐直径，m或ft； 油蒸气摩尔
23、质量，kg/kmol或1b/1bmol； 密封系数，汽油 ，原油； 二次密封系数，石油及石油产品，其它挥发性有机液体。 单位换算系数，式中参数采用国际单位制单位， ；采用英制单位时，。表3-1 密封系数与风速指数n油罐类型密封装置类型n外浮顶罐金属滑履密封单层带鞋托装二次密封带边圈托装二次密封1.20.80.21.51.21.0液托弹性填料密封单层带风雨挡带边圈托装二次密封1.10.80.71.00.90.4气托弹性填料密封单层带风雨挡带边圈托装二次密封1.20.90.22.32.22.6（2）内浮顶罐静止储存损耗 (3-2)式中 内浮顶罐静止储存损耗量，kg/a或1b/a； 边圈密封系数；
24、D油罐直径，m或ft； 顶板接缝长度系数，系指顶板接缝长度与顶板面积的比值； 顶板接缝损耗系数，焊接顶板，；非焊接顶板，采用国际单位制时，采用英制单位制时； 单位换算系数，采用国际单位制时，采用英制单位制时； 总浮顶附件损耗系数， 某种附件的数量； 某种附件的损耗系数； 油蒸气摩尔质量，kg/ kmol或1b/1bmol； 密封系数，汽油 ，原油；蒸气压函数，无量纲， 表3-2 边圈密封系数密封装置类型采用国际单位制单位采用英制单位气托单密封液托单密封气托单密封加二次密封液托单密封加二次密封22.09.88.25.26.73.02.51.6(3)API小呼吸推荐公式美国石油学会蒸发损耗小呼吸推
25、荐公式为: (3-3)式中 小呼吸排放量， 为罐型系数( 焊接罐， 铆接罐)； 当地大气压，； 油品本体温度下的真实蒸气压， 储罐直径，； 平均风速，； 密封系数，传统二次密封取0.9； 油品系数( 汽油， 原油) Ef二次密封系数(4) CPCC小呼吸经验公式 中国石油化工系统小呼吸经验公式为: (3-4)式中 外浮顶罐和内浮顶罐年蒸发损耗量，； 系数， 外浮顶油罐K取3.1， 内浮顶油罐K取2.05； 罐外平均风速，； n与密封有关的风速指数； 储罐直径，； 油品蒸发的平均分子量，； 密封系数； 油品系数(原油，除了原油外所有的石油液体 Ef二次密封系数( 单层密封，二次密封)。 Pr蒸气
26、压函数表3-3 密封系数与风速指数n 油罐类型密封装置类型n外浮顶罐金属滑履密封单层带鞋托装二次密封带边圈托装二次密封1.20.80.21.51.21.0液托弹性填料密封单层带风雨挡带边圈托装二次密封1.10.80.71.00.90.4气托弹性填料密封单层带风雨挡带边圈托装二次密封1.20.90.22.32.22.63.2 浮顶罐“大呼吸”损耗 (1)API大呼吸推荐公式内浮顶和外浮顶计算公式相同 (3-5)式中 浮顶罐大呼吸蒸发年损耗量，； 油品泵送入罐量，； 浮顶罐直径，；(2) CPCC大呼吸经验公式 （3-6）式中 浮顶罐发油损耗，； 年周转量，； 油罐壁的粘附系数，； 石油产品的密度
27、，； D油罐直径，m；表3-4 罐壁的粘附系数C，m3/1000m2油 品罐壁状况轻锈重锈喷涂内衬汽油原油0.002570.010270.012840.051340.25671.02684 油气损耗量编程计算 程序计算界面如下：4.1 适合我国的油气损耗计算方法 式(3-3) 和式(3-4) 在有些方面存在共同点: 两者都考虑到了罐型( 罐型系数)、油品种类( 油品系数) 、罐外实际情况(平均风速、蒸发压) 、密封程度( 二次密封)等影响因素。但也存在很多差异: 一是罐型的关注点不同，中石化考虑的是浮顶的密封程度，认为内浮顶相对外浮顶蒸发抑制作用更好；美国石油学会考虑的是油罐本身的密封程度，认
28、为焊接油罐的蒸发抑制作用优于铆接油罐。二是罐外各因素的影响程度不同，中国石油化工认为储存时浮顶罐蒸发损失量与罐外的风速密切相关( 呈指数关系)，与蒸发压为线形关系；美国石油学会认为蒸发损失量与蒸发压呈指数关系，而与罐外风速呈线形关系。三是油品种类的影响程度不同，中国石油化工认为原油与其他油品蒸发损失的数值关系为1：2.5( 原油KC= 0.4，原油以外所有K C= 1)；美国石油学会认为原油与汽油蒸发损失的数值关系为1：1.33( 汽油KC=1.0，原油K C= 0.4)。实际计算中，应视具体情况区别分析。如对于气温较高的地区， 可以认为蒸发压的影响程度较高， 而对于多风的西北地区，则可以更多
29、地考虑罐外风速的影响。 从式中可知，美国石油学会的计算公式相对于中石化的简单，仅考虑了浮顶罐的年泵入量V和浮顶罐容积( 即浮顶罐的直径D)，其他影响因素全部归于一固定系数，即。中国石油化工除了考虑浮顶罐年泵入量和容积外，主要考虑了浮顶罐的罐壁粘附系数C。3种罐壁粘附系数的取值相差较大(原油的取值关系为1:5:103， 汽油的取值关系为1:5:100)，从而影响储罐大呼吸排放量的最终计算结果。这主要是由于储罐内壁的粗糙程度和密封装置对罐壁的压紧程度决定了内壁挂附的油量， 使得当储罐发油时，裸露在空气中的油量相差较大。考虑到我国储罐建设的地域差异( 南北温度之差， 东西内陆、沿海腐蚀之差)，建罐水
30、平差异，以及后期防腐维修差异，罐壁粘附系数必然存在较大差异，因而中国石油化工关于蒸发损耗大呼吸的计算公式更接近于我国实际。 在计算油气损耗的各个方法中，由于考虑的因素各不相同，得出的计算结果有偏差，其次是由于各个国家的实际情况不同，油品和气候条件的差异，在选取上各参数的影响侧重点也不同，所以在计算油库油气的实际损耗量时，考虑造成油气损耗的主要因素来确定选用适当的方法，其他的方法也可作为参考来对比。在我国的实际生产中，选取中国石化的计算方法，计算的油气损耗量比较接近实际，所以建议采用。 参考文献1郭光臣，董文兰，张志廉。油库设计与管理M。山东：石油大学出版社，1991.2苏建海,油品储罐的蒸发损
31、耗成因、计算及对策J.广州化工.2009（07）.3曹雪英等,油品储运损耗成因、危害及对策J.青海石油,2008（04）.4孙永泰,油料蒸发损耗的危害J.安全,2009年（05）.5杨宏伟等，浮顶罐呼吸蒸发损耗计算与抑制措施J.油气储运,2010（04）.6 张秀青等，储油库油气挥发过程分析及计算J,科学技术与工程,2011（12）.7 袁小斌. 浅论油品的蒸发损耗及降耗措施J. 石油商技. 2000(03) 8 冯希全. 油品的蒸发损耗及降耗措施J. 山东科学. 2001(02) 9 黄维秋等.车船装油过程油品蒸发损耗影响因素分析J. 油气储运. 2004(08) 10 尹瑞竹. 油品蒸发损
32、耗分析J. 科技资讯. 2006(12) 附录：程序源代码using System;using System.Collections.Generic;using System.Linq;using System.Text;namespace Oil_Project public class Demo public double get1_1(double v, double c, double t) double sum; sum = (v * c * t) / 90; return sum; public double get1_2(double py, double pa, double
33、d, double h, double t, double f, double c, double k1, double k2) double sum; sum = 0.024 * k1 * k2 * Math.Pow(py / (pa - py), 0.68) * Math.Pow(d, 1.73) * Math.Pow(h, 0.51) * Math.Pow(t, 0.5) * f * c; return sum; public double get1_3(double u, double py, double pa, double d, double h, double t, doubl
34、e f, double c, double k1, double k2) double sum; sum = 0.226 * k1 * k2 * u * Math.Pow(py / (pa - py), 0.68) * Math.Pow(d, 1.73) * Math.Pow(h, 0.51) * Math.Pow(t, 0.5) * f * c; return sum; public double get2_1(double t, double pa, double pz, double py, double v1, double pya, double v2, double u, doub
35、le r) double sum; sum = (pa + pz - py) * v1 - (pa + pya - py) * v2) * py * u / (pa + (pz + pya) / 2) - py) * r * t); return sum; public double get2_2(double p, double v, double k) double sum; sum = 5.8 * p * v * k / Math.Pow(10, 6); return sum; public double get3(double u, double py, double pa, double d, double ff, double fd, double kd, double k1, double kr, double kc) double sum; double pp; pp = (py / pa) / Math.Pow(1 + Math.Pow(1 - py / pa), 0.5), 2); sum = k1 * pp * u * kc * (kr * d + ff + fd * kd * Math.Pow(d, 2); return sum;
