楊曉東

（道恩特種彈性體材料有限公司，山東龍口 265700）

原油在加工的每個環(huán)節(jié)中，其輕餾分會逐漸蒸發(fā)，比空氣重，非常容易在油罐的周圍發(fā)生聚集，這不僅會降低原油質(zhì)量，還會留下很大的隱患。對此，分析怎樣減少蒸發(fā)損耗，不管是從環(huán)保的視角出發(fā)，還是從提高效益來看，都有著至關(guān)重要的意義。

1 氯苯的主要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

外觀與性狀：無色透明液體，具有苦杏仁味。熔點（℃）：-45.2相對密度（水=1）：1.10沸點（℃）：132.2相對蒸氣密度（空氣=1）：3.9分子式：C6H5Cl分子量：112.56飽和蒸氣壓（kPa）：1.33（20℃）臨界溫度（℃）：359.2臨界壓力（MPa）：4.52。

氯苯儲罐體積及數(shù)量見表1。

名稱 體積（m3） 材質(zhì) 數(shù)量氯苯儲罐 30 搪瓷 4

表1 裝置內(nèi)的氯苯儲罐體積及數(shù)量

根據(jù)最新的GB 16297—2017《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)版》規(guī)定：氯苯類物質(zhì)在大氣中的最高允許排放濃度為60mg/m3，最高排放速率為0.87kg/h（排放口高度為20m）

氯苯對環(huán)境有較大危害，對水體、土壤和大氣均可造成污染，同時危害人體健康。

氯苯對人體健康的危害包括：對中樞神經(jīng)系統(tǒng)有抑制和麻醉作用，對皮膚和黏膜有刺激作用。氯苯急性中毒表現(xiàn)為：接觸高濃度氯苯可引起麻醉癥狀，嚴(yán)重者可昏迷。脫離現(xiàn)場積極救治后，可較快恢復(fù)，但數(shù)日內(nèi)仍有頭痛、頭暈、渾身無力、食欲減退等癥狀。氯苯對皮膚有輕度刺激作用，反復(fù)接觸可導(dǎo)致皮膚出現(xiàn)紅斑或發(fā)生輕度淺表性壞死。氯苯慢性中毒表現(xiàn)為：眼痛、流淚、結(jié)膜充血，早期有頭痛、失眠、記憶力減退等神經(jīng)衰弱癥狀，嚴(yán)重的可引發(fā)中毒性肝炎，個別的可導(dǎo)致腎臟損害。

2 氯苯揮發(fā)量主要來源

2.1 儲罐進(jìn)料

氯苯進(jìn)入儲罐內(nèi)，罐內(nèi)液位升高，擠壓罐內(nèi)空間，當(dāng)空間壓力超過呼出設(shè)置壓力時，將氯苯氣體排放到廢氣總管。

2.2 熱脹冷縮效應(yīng)

隨著氣溫升高的熱脹冷縮效應(yīng)，罐內(nèi)液體氣體 體積膨脹過程，將空間氯苯氣體排放到廢氣總管。

2.3 儲罐出料

出料過程中，罐內(nèi)空間增大，儲罐內(nèi)部壓力下降，導(dǎo)致氮氣持續(xù)補(bǔ)入，罐內(nèi)空間氣體濃度下降，導(dǎo)致液面蒸發(fā)加劇，再次形成飽和濃度的揮發(fā)氣體。

3 氯苯排放氣量的計算可用下列公式

式中，Gs為有害物質(zhì)的散發(fā)量，g/h；V為車間或室內(nèi)風(fēng)速，m/s；pO為有害物質(zhì)在室溫時的飽和蒸氣壓力，kPa；F為有害物質(zhì)的敞露面積，m2；M為有害物質(zhì)的分子量。

其中：氯苯的飽和蒸汽壓可用Antoine方程求算，即lnpo=A-B/T+C

式中：T為物系溫度，K，pO為飽和蒸汽壓，kPa，A、B、C為Antoine常數(shù)。其值如表2所示。

組分 A B C氯苯 16.067 6 3 295.12 -55.60

表2 氯苯的安托尼參數(shù)

經(jīng)計算常壓下氯苯的蒸汽壓，如表3所示。

表3 氯苯在不同溫度下的飽和蒸汽壓數(shù)據(jù)

排放管風(fēng)管流速為10m/s，氯苯儲罐的溫度取值為40℃

則單臺氯苯儲罐的氯苯氣體排放量Gs=（5.38+ 4.1×10）×26.12×0.1×0.1×1120.5=128g/h。

裝置內(nèi)有氯苯儲罐若干，總排放量Gs總=14 250g/h。

根據(jù)最新的GB 16297—2017《大氣污染物綜合 排放標(biāo)準(zhǔn)版》規(guī)定的最高排放濃度要求，則廢氣處理裝置的回收率需達(dá)到：（14.25-0.87）/14.25 ×100%=94%，目前ACF的吸附回收率能滿足工況要求，但安全裕度不大，故考慮合理有效降低氯苯排放量的措施是有現(xiàn)實必要的。

根據(jù)道爾頓分壓定理：氣相氯苯含量=氯苯飽和蒸汽壓/總壓，溫度不變，氯苯飽和蒸汽壓不變，加入氮氣后，總壓上升，導(dǎo)致液面增發(fā)下降，所以氣相氯苯含量下降。

充入氮氣不可能改變氯苯的飽和蒸汽壓，但由于增加了氮氣使儲罐氣樣中的氯苯分壓下降，對減少氯苯的排放損失是有作用的。同時氮氣含量越高，氯苯的蒸發(fā)率越低，可以有效地降低蒸發(fā)率。

氣相氯苯含量算可用下列公式：

（1）氮封后的氯苯散發(fā)量計算

氯苯排放量計算公式：

1）Gs=（5.38+4.1V）pO·F·（M）0.5

2）M=n1×M1+n2×M2

式中，Gs為有害物質(zhì)的散發(fā)量，g/h；n1為氣相氮氣含量百分比，%；n2為氣相氯苯含量百分比，%；V為車間或室內(nèi)風(fēng)速，m/s；pO為氯苯飽和蒸氣壓力，kPa；F為有害物質(zhì)的敞露面積，m2；M1為氮氣分子量；M2為氯苯分子量；M為混合氣平均分子量

氯苯儲罐氮封壓力控制：101.325kPa，根據(jù)道爾頓分壓定律：其中氯苯氣相分壓為：3.482kPa，氮氣氣相分壓為：97.843kPa，則：

3）氣相氮氣含量百分比，%：n1=（760-26.12）/760=96.5%

4）氣相氮氣含量百分比，%：n2=26.12/760=3.5 %，則混合氣體的平均分子量為：M=112.56×3.5%+28×96.5%=3.94+27.02=30.96，氮 封 后 單 臺氯苯儲罐的氯苯氣體排放量Gs=（5.38+4.1×10）×26.12×0.1×0.1×30.960.5=67.31g/h，單罐排放量由Gs=128.00g/h降低至：Gs=67.31g/h，總排放量由Gs總=14 250g/h降低至：Gs總=7 493g/h，計算結(jié)果表明：增加氮氣氣相分壓可以降低氯苯氣的排放損失量則廢氣處理裝置的回收率需達(dá)到：(7.49–0.87)/7.49×100%=88%，大大增加了達(dá)標(biāo)排放的概率，降低了造成環(huán)境事故的風(fēng)險。

另外降低氯苯排放量的措施還有：①對一體化呼吸閥參數(shù)進(jìn)行合理選型，確認(rèn)呼吸閥“開啟壓力”（“呼出”或“吸入”狀態(tài)時的壓力）參數(shù)是否合理。②減少熱脹冷縮效應(yīng)，合理控制溫度，物料溫度每上升10℃，經(jīng)理論計算，氯苯的排放量損失將增加60%。③合理設(shè)置廢氣處理裝置的吸附、再生、冷卻時間（根據(jù)物料的工況變化）。

4 降低儲罐油品蒸發(fā)損耗的方式

4.1 降耗的技術(shù)方式

消除油面以上的氣體空間，就是消除蒸發(fā)現(xiàn)象存在的自由表面，這不但能夠消除小呼吸損耗，還能夠消除大呼吸損耗。

4.1.1 應(yīng)用浮頂罐

由于浮頂和液面兩者之間并不存在氣體，致使油品難以揮發(fā)，因此，就可以有效消除大小的呼吸損耗。就現(xiàn)階段發(fā)展而言，這在國外已經(jīng)得到了大量的應(yīng)用。據(jù)相關(guān)人員調(diào)查研究顯示，浮頂罐的蒸發(fā)損耗僅僅是普通固定頂油損耗的5%左右，所以，非常適用于收發(fā)油作業(yè)較頻繁的油庫中。

浮頂罐可劃分為外浮和內(nèi)浮。結(jié)合浮頂罐的結(jié)構(gòu)可以看到，內(nèi)浮要比外浮的結(jié)構(gòu)更加簡單，可以有效避免風(fēng)沙等，對油品造成的污染；灌頂與浮盤之間的空氣層，能夠起到良好的隔熱效果，這對于維持油品的溫度來說，有著極大的幫助；方便將固定頂油罐，轉(zhuǎn)化成內(nèi)浮頂油罐；受到外界風(fēng)力的影響比較小，在相同密封裝置的情況下，靜止儲存損耗會更小，這些都是它的優(yōu)勢。所以，外浮頂罐適用于儲存原油，而內(nèi)浮頂罐經(jīng)常被用在儲存汽油等輕質(zhì)成品油。

基于浮頂和內(nèi)浮頂?shù)挠凸拊靸r都很高，并且要是操作不當(dāng)?shù)脑?，還會造成浮頂被卡住等情況。隨著近些年的不斷發(fā)展，使得國外出現(xiàn)了新型材料——凝膠浮頂。其成本不僅低，而且在操作方面還非常便捷，屬于一種發(fā)展空間大的降低損耗材質(zhì)。

4.1.2 提高油罐的承壓能力

加強(qiáng)油罐的承壓能力，不但可以全部消除掉小呼吸損耗，還能夠在很大程度上減少大呼吸損耗。若是想增強(qiáng)油罐的承壓能力，正常改善油罐的設(shè)計結(jié)構(gòu)，可把油罐設(shè)計成扁球形頂立式圓柱形油罐、拱頂油罐等。但是除了拱頂油罐，其他類型的油罐因結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜、容量小等，現(xiàn)在應(yīng)用的并不是很多。

球形油罐是承受內(nèi)壓能力最高的壓力油罐，主要作用于儲存低沸點的液化石油等，正常來說，很少在油庫內(nèi)使用。

就現(xiàn)階段發(fā)展而言，應(yīng)用最多的是拱頂油罐，承受內(nèi)壓的能力為2.0kPa。只要加以改善，就能夠在最大程度上增強(qiáng)承壓能力，起到良好的降耗效果。

4.1.3 降溫和應(yīng)用絕熱方式

小呼吸損耗是因為太陽的輻射，以及大氣溫度晝夜變化而出現(xiàn)的。所以，如對地面的油罐進(jìn)行淋水降溫，正確篩選油罐外壁的涂料等，對降低小呼吸損耗來說，可起到非常好的效果。應(yīng)結(jié)合油庫的具體狀況，實際問題進(jìn)行分析。

4.1.4 借助附屬設(shè)備

對于比較大的油庫來說，可選用管線，將部分承壓相同、儲存一樣油品油罐的氣體空間連接在一起，從而使排氣油罐所排出的油氣，通過管線進(jìn)入壓力降低需要吸氣的油罐，不斷減少油蒸汽排入大氣。條件情況允許的油庫，還可以創(chuàng)設(shè)集氣罐，讓油氣完全不排向大氣，真正降低呼吸損耗。并且安裝呼吸閥擋板，也是一種非常有效的降耗方式，適用于儲存原油等一切裝有呼吸閥的固定油罐。

不管是應(yīng)用集氣系統(tǒng)，還是連通系統(tǒng)，為避免某一油罐發(fā)生火災(zāi)后，而涉及所有被連通的油罐，甚至說是整個油庫，都需要在油罐附近的氣體連通管上安裝防火器。

4.2 提高管理，改善操作方法

（1）適時篩選收發(fā)油時機(jī)，有利于降低大呼吸損耗：據(jù)相關(guān)人員調(diào)查研究顯示，在傍晚到午夜溫度下降較快的時間內(nèi)收油，就會使油罐的大呼吸損耗變小。若是收油過程中，正是溫度上升的時候，那么罐內(nèi)的氣體就會不斷膨脹，油面蒸發(fā)的速度也會加快，小呼吸損耗和大呼吸損耗同時發(fā)生，從罐內(nèi)溢出的氣體量，將會高于同一時間的進(jìn)油量，從而加大蒸發(fā)損耗。反之，若是在降溫的時候收油，氣體就會因降溫，而發(fā)生收縮，再加上蒸汽分子凝結(jié)加快，使得罐內(nèi)排出的氣體量少于進(jìn)油量，進(jìn)而使損耗減少。

（2）收油時，要加大泵的排量：此方法不但可以增強(qiáng)工作效率，減少操作所需要的時間，還會因油品在收油過程中來不及大量蒸發(fā)，而降低呼吸損耗。反之，發(fā)油作業(yè)應(yīng)該慢一些開展，讓油面蒸發(fā)的時間久一些，這樣就可使氣體空間的油品蒸汽濃度下降慢，以此防止發(fā)油結(jié)束時，出現(xiàn)回逆呼出損耗。

（3）若是有條件的話，可以在發(fā)油之后的一會，就進(jìn)行收油，這樣就會減少油品蒸汽的濃度，降低大呼吸損耗。在進(jìn)行收油的時候，需盡可能地一次連續(xù)收油，不能間斷地分好幾次收油。

（4）在開展發(fā)油作業(yè)時，為降低因回逆呼出造成的損耗，可在呼吸閥的下方，安裝一塊擋板，可有效防止油面上的蒸氣大濃度層被沖散，而降低回逆呼出損耗。

（5）在油庫內(nèi)同時擁有浮頂罐和固定頂油罐時，應(yīng)該優(yōu)先應(yīng)用浮頂油罐來開展收發(fā)油作業(yè)。

5 結(jié)束語

估算氯苯儲罐的呼吸排放量，并采取合理有效的減排措施，正確選型儲罐呼吸閥、合理設(shè)置氮封壓力和排放氣體的流速及管徑，對環(huán)境保護(hù)和人體健康均具有極其重要的意義。