储罐呼吸排放量计算SH3002(2018)

更新时间:2020-05-28 12:41

  储罐呼吸排放量计算SH3002(2018)_环境科学/食品科学_工程科技_专业资料。储罐区VOCs排放治理需要配置设备,设备的处理能力依据排放量,如何正确计算排放量,当前石油化工煤化工用户和环保人士急需掌握方法。许多计算方法需要引入的因子参数难以查询。本文根据SH3002标准和实践经验,提出较为简单的计算方法。

  储罐呼吸排放量的计算 ----设计 VOCs 治理设备-估算排放量的计算 一、 SH/T3002—2000《石油库节能设计导则》中关于拱顶罐、 内浮顶罐“大呼吸”“小呼吸”排放量计算公式(第 2.2.1) 1,拱顶罐的“大呼吸”“小呼吸”呼吸排放量 “大呼吸”排放量见公式(4)(5)(6)(7)(8) 式中: LDW: 拱顶罐“大呼吸”排放量 m?/a;KT 为周转系数,无量纲; K1 油品系数,汽油=1、原油=0.75,无量纲; PY 为油品平均温度下蒸气压 KPa;μ y 油蒸气相对分子量,无量纲; K 为单位换算常数 51.6,无量纲;V1 为泵送液体输入量 m?; N 油罐周转次数,无量纲;Q 为油罐周转量,m?/a;V 为油罐体积,m?; PY1 为油罐内液面最低温度对应的蒸气压 KPa; PY2 为油罐内液面最高温度对应的蒸气压 KPa “小呼吸”排放量计算公式(9) 式中: LDS: 拱顶罐“小呼吸”排放量 m?/a;K2 为单位换算系数 3.05,无量纲; K3 油品系数,汽油=1、原油=0.58,无量纲; P 为油罐内油品本体温度下蒸气压 KPa;Pa 为当地大气压,KPa; D 为罐直径 m;H 为油罐内气体空间高度 m;Δ T 大气温度的平均日温差,℃; FP 为涂料吸收,无量纲;C1 为小直径修正系数,无量纲。 2 内浮顶油罐的“大呼吸”“小呼吸”呼吸排放量 “大呼吸”排放量见公式(10) 式中: LWF: 为内浮顶罐“大呼吸”排放量 kg/a;Q1 为油罐周转量,103m?/a; C 为油罐壁的黏附系数,10-3m?/㎡;Py 为油品密度,kg/m?; NC 为支柱个数,无量纲;FC 为支柱有效直径。 “小呼吸”排放量见公式(11)(12)(13) 式中: LSF: 内浮顶罐“小呼吸”排放量 kg/a;K8 为单位换算系数 0.45,无量纲; Ke 为边缘密封排放系数,无量纲;FM 为浮盘附件总排放系数,无量纲; Fd 为顶板接缝长度系数,无量纲; Kd 为顶板接缝排放系数,焊接顶板=0、非焊接顶板=3.66,无量纲; P*为蒸气压函数,无量纲;mV 为油气相对分子量,无量纲; Kc 为油品系数,汽油=1、原油=0.4,无量纲; Nmj 为某种附件个数;Kmj 为某种附件排放系数,无量纲。 二、其他的计算方法和设计治理设备处理规模的思考 关于储罐“大呼吸”“小呼吸”排放的计算,国内外都开展了许 多研究工作,其中较为得到公认并适合我国情况的有:美国石油学会 (API)和西方石油学会(WPI)的经验公式、中石化系统(SHJ)也 编制了相应的经验型计算公式、我国环保部有关部门编制的《石油化 工行业 VOCs 排放量计算办法》、美国 EPA 等多个计算方法。这些计算 方法的特点,一是专业性很强,二是公式比较复杂,三是需要引入不 少因子数据很难查找。美国环境保护署(EPA)办公室的大气质量规划 和标准部门(OAQPS)开发了 TANKS 程序旨,用于估算油罐中有机液体 的大气排放。对于我们环保一线工作者,可操作性较低,也难以运用。 环保部有关部门下发的《石油化工行业 VOCs 排放量计算办法》 “二、有机液体储存与调和挥发损失”,有对固定顶罐和浮顶罐的“呼 吸”排放的分别计算方法。固定顶罐“呼吸”损失包括(E 固=ES+EW),ES 即静置过程呼吸损失(“小呼吸”)和 EW 即工作过程呼吸损失(“大呼 吸”)。浮顶罐“呼吸”损失包括(E 浮=ER+EWD+EP+ED), ER 即边缘密封 损失、EWD 即挂壁损失、EP 即浮盘附件损失、ED 即缝隙损失。 综合各种计算方法,考量“大呼吸”排放量,储罐的储存油品(或 化工品)的周转量(吞吐量)、周转次数等参数在计算中是起主要的 影响参数;考量“小呼吸”损失,储罐尺寸、液体所占储罐体积和剩 余空间的比例大小、温度变化等参数在计算中是主要的影响参数。 三、考量储罐“大呼吸”呼出量的相关标准和简化公式 确定 VOCs 治理治理设备的处理能力,主要根据储罐在单位时间 内“大呼吸”“小呼吸”呼出 VOCs 的体最大积量(m?/h)。至于“年 损耗”多少、或是多么大的储罐区等等参数,实际用不上。 SH/T3002—2000《石油库节能设计导则》中关于拱顶罐、浮顶罐 “大呼吸”呼出排放量的计算,以公式(4)为例, V1 前面 KT、K1、PY、μ y、K、PY 等为无量纲类系数,汽油=1、原油=0.75,; 为油品平均温度下蒸气压 KPa;油蒸气相对分子量,无量纲; 为单位换算常数 51.6,无量纲;V1 为泵送液体输入量 m?; N 油罐周转次数,无量纲;Q 为油罐周转量,m?/a;V 为油罐体积,m?; 为油罐内液面最低温度对应的蒸气压 KPa; PY2 为油罐内液面最高温度对应的蒸气压 KPa 国家标准《油品装载系统油气回收设施设计规范》GB50759-2012 规定“油气回收装置的设计规模为最大装车体积流量的1.0~1.1倍”。 石化标准《石油化工储运系统罐区设计规范》SH/T3007—2007, “液体进罐时的最大进液量所造成的罐体内液体蒸气呼出量,当液体 闪点(闭口)高于45℃时,应按最大进液量的1.07倍考虑;当液体闪 点(闭口)低于或等于45℃时,应按最大进液量的2.14倍。 估算储罐“大呼吸”油气排放量:按照统计得到的油罐车灌装汽 油(或其它轻质油品、易挥发化学品)的体积流量,参照相关标准确 定估算蒸发气体体积的量(会大于进入油罐内液体体积的量),确认 一个系数。实际运用中,不同环保科研、设计院、设备供应商对这个 系数的认知有所不同,业内有 1.07、1.1、1.14、1.17、2.14 多个系数 的数据。我们确定 VOCs 治理设备处理能力,也须留有余量(设定一 定操作弹性)。对于做环保装备而言,实际估算储罐呼吸排放量时, 允许有一定误差。我们取 1.2(参阅本文附三) 可以简化排放量和确定油气回收处理装置的处理能力的估算,并以此 作为编制方案时选择油气回收处理规模的依据。因此,我们认为,估 算储罐“大呼吸”的呼出排放量,确定治理设备处理能力的参数,可 以采用较为简化的方法,主要确认储罐“呼出”(体积)量进行估算。 (参阅SH3002公式(4)中进料泵流量V1为主要影响计算结果的数据), 因此,我们简化公式为: LW=V1×1.2 LW—“大呼吸”呼出量(气态)m?/h, V1—见 SH3002 公式(4),V1 为泵送液体输入量 m?;我们定义为储罐单位时间进 料量体积(液态)m?/h 参考:下面为美国 EPA 对固定顶罐大呼吸损耗的计算。(其中,周转量 Q 为动态数据,且是 影响呼吸量的主要因素) 设计 VOCs 治理设备的处理能力,无论储罐体积有多大、无论储罐 区有多少储罐、无论周转次数(及年吞吐量)有多少,我们只考量在 单位时间内其进料作业造成“大呼吸”呼出排放量(m?/h)和气温 温升造成“小呼吸”呼出排放量的最大数据,主要还是储罐进料泵的 流量。 四、储罐“小呼吸”呼出量 储罐“小呼吸”排放是由于温度和大气压力的变化引起蒸气的 膨胀和收缩而产生的蒸气排出,它出现在罐内液面无任何变化的情 况,是非人为干扰的自然排放方式。参照下列公式: LB=0.191×M(P(/ 100910-P))^0.68×D^1.73×H^0.51×△T^0.45×FP×C×KC 式中: LB—固定顶罐的呼吸排放量(Kg/a); M—储罐内蒸气的分子量; P—在大量液体状态下,真实的蒸气压力(Pa); D—罐的直径(m); H—平均蒸气空间高度(m); △ T—一天之内的平均温度差(℃); FP—涂层因子(无量纲),根据油漆状况取值在 1~1.5 之间; C—用于小直径罐的调节因子(无量纲); KC—产品因子(石油原油 KC 取 0.65,其他的有机液体取 1.0)。 以下附一、二、三,分别补充对“小呼吸”计算示例、对 SH/T3007 “热呼出”数据被误用为“小呼吸”呼出的分析、“大呼吸”呼 出计算对取系数 1.2 的思考。供参考。抛砖引玉,期望得到同行 经验指导。请赐给 。 附一:案例(计算储罐“小呼吸”排放量的示例) 以四个规格甲醇储罐(10000、5000、3000、1000m?)为例,估算“小呼吸”量: 标称容积 m? D 直径 m H 高度 m 实际容积 m? 备注 10000 30 16 11300 5000 24 12.5 5600 3000 19 11.5 3200 1000 11.5 11 1100 LB=0.191×M(P/(100910-P))^0.68×D^1.73×H^0.51×△T^0.45×FP×C×KC M—储罐内蒸气的分子量;甲醇取 32 P—在大量液体状态下,真实的蒸气压力(Pa);用 30℃状态下饱和蒸汽压 22kpa D—罐的直径(m);按照上表 H—平均蒸气空间高度(m);取罐高度 1/2 △T—一天之内的平均温度差(℃);假设平均 15℃ FP—涂层因子(无量纲),根据油漆状况取值在 1~1.5 之间; C— 用 于 小 直 径 罐 的 调 节 因 子 ( 无 量 纲 ) ; 直 径 在 0~9m 之 间 的 罐 体 , C=1-0.0123(D-9)^2 ; 罐径大于 9m 的 C=1; KC—产品因子(石油原油 KC 取 0.65,其他的有机液体取 1.0) 计算取值: LB MP D H △T FP C KC 10000 18434.14 32 22kpa 30 16 15 1.5 1 1 5000 11521.34 32 22kpa 24 12.5 15 1.5 1 1 3000 7370.771 32 22kpa 19 11.5 15 1.5 1 1 1000 3022.949 32 22kpa 11.5 11 15 1.5 1 1 计算结果: 【10000m?储罐】 LB=0.191×32(22000/(100910-22000))^0.68×30^1.73×16^0.51×15^0.45×1.5×1×1 =6.112×0.27879863^0.68×24^1.73×12.5^0.51×15^0.45×1.5×1×1=18434.14 =18434kg(23042.68L/a) (注,这是年排放量,若按照 360 天、每天 10 小时温升阶段时间考虑,则有: 3.2kg/h 的排放量,以密度 0.8 考虑,排放量为 6.4L/h) 【5000m?储罐】 LB=0.191×32(22000/(100910-22000))^0.68×24^1.73×12.5^0.51×15^0.45×1.5×1×1 =6.112×0.27879863^0.68×24^1.73×12.5^0.51×15^0.45×1.5×1×1=11521.34 =11521kg(14401L/a) (注,这是年排放量,若按照 360 天、每天 10 小时温升阶段时间考虑,则有: 3.2kg/h 的排放量,以密度 0.8 考虑,排放量为 4L/h) 【3000m?储罐】 LB=0.191×32(22000/(100910-22000))^0.68×19^1.73×11.5^0.51×15^0.45×1.5×1×1 =6.112×0.27879863^0.68×19^1.73×11.5^0.51×15^0.45×1.5×1×1=7370.771 =7371kg(9213.75L/a) (注,这是年排放量,若按照 360 天、每天 10 小时温升阶段时间考虑,则有: 2.04kg/h 的排放量,以密度 0.8 考虑,排放量为 2.56L/h) 【1000m?储罐】 LB=0.191×32(22000(/ 100910-22000))^0.68×11.5^1.73×11.^0.51×15^0.45×1.5×1×1 =6.112×0.27879863^0.68×11.5^1.73×11^0.51×15^0.45×1.5×1×1=3022.949 =3023kg(3778.75L/a) (注,这是每年排放量,若按照 360 天、每天 10 小时温升阶段时间考虑,则 有:0.839kg/h 的排放量,以密度 0.8 考虑,排放量为 1.05L/h) 甲醇密度 0.7913,取 0.8 罐容积 10000 5000 3000 1000 LB(t/a) 11.83414 11.52134 7.370771 3.022949 排放量 m?/a 14.79 14.56 9.315 3.82 每小时排放 L/h 6.4 4 2.56 1.05 储罐发生温升时的呼吸排放量: 若按照年 360 天、每天 10 小时温升阶段时间考虑,“小呼吸”排放量 10000m?罐为 6.4L/h、5000m?罐为 4L/h、3000m?罐为 2.56L/h、ks凯时官方娱乐,1000m?罐为 1.05L/h, 与“大呼吸”排放量相比较,“小呼吸”排放量很小。考量回收处理装置处 理能力设计时,适度考虑“小呼吸”排放量,比较切合实际。 附二:关于 SH3007—2014《石油化工储运系统罐区设计规范》 5.1.6 条款相关内容的理解和运用,(别误用“热呼吸”) 关于如何考量储罐“大呼吸”“小呼吸”排放量,一段时间,我们在与设计 院或用户交流中,遇到一些将 SH3007—2014《石油化工储运系统罐区设计规范》 5.1.6 条款作为估算排放量,因而给出“小呼吸”(热呼吸)排放数据超大的情况。 该条款规定: 5.1.6 通气管或呼吸阀的通气量,不得小于下列各项的呼出量之和或吸入量之和: A)液体出罐时的最大出液量所造成的空气吸入量,应按液体最大出液量考虑; B)“液体进入固定顶储罐时所造成的罐内液体气体呼出量,当液体闪点(闭口)高于 45℃ 时,应按最大进液量的 1.07 倍考虑;当液体闪点(闭口)低于或等于 45℃时,应按最大进 液量的 2.14 倍考虑。液体进入采用氮气或其他惰性气体密封保护系统的内浮顶储罐时所造 成的罐体内气体呼出量,应按最大进液量考虑; C)因大气最大温降导致罐内气体收缩所造成储罐吸入的空气量和因大气最大温升导致罐内 气体膨胀而呼出的气体,宜按表 5.1.6 确定。 A) 吸入量,按液体最大出液量(体积)考虑; B) 呼出量,根据闪点温度,按最大进液量(体积)考虑; C) 因温降收缩造成吸入量和温升膨胀造成呼出量,即“热呼吸通气量”,按上表。(因有温 度变化的“小呼吸”特征,被当成小呼吸排 从表 5.1.6 看,热呼吸通气量较大,如 10000m?储罐,吸入量和闪点<37.8℃的呼出 量高达 1210m?/h,有的设计院和用户将此数据当成“小呼吸”排放量的依据,这是不确切 的。该表实际是 呼吸阀通气管规格选取的规范(依据极限通气量,这是一个安全的要求), 不能作为估算“小呼吸”排放量的依据。 附三:公式(4)至(8)试算示例 LDW: 拱顶罐“大呼吸”排放量 m?/a;KT 为周转系数,无量纲; K1 油品系数,汽油=1、原油=0.75,无量纲; PY 为油品平均温度下蒸气压 KPa;μ y 油蒸气相对分子量,无量纲; K 为单位换算常数 51.6,无量纲;V1 为泵送液体输入量 m?; N 油罐周转次数,无量纲;Q 为油罐周转量,m?/a;V 为油罐体积,m?; PY1 为油罐内液面最低温度对应的蒸气压 KPa; PY2 为油罐内液面最高温度对应的蒸气压 KPa 以汽油蒸气烃类平均分子量μ y=75、油罐周转量 Q=30 万 m?/a、 油罐体积 V=10000m?、周转次数 N=30 次(30 万/1 万),(N<36)KT=1、 K1=1、平均蒸气压以己烷(碳数 6)低温-50℃时 PY1=186Pa、45℃时 PY2=45178Pa、PY(公式 8)=22682,泵送液体输入量 V1= x m?/h、 最后带入公式(4),计算得到 LDW=1.13 V1 计算结果 1.13×V1,考虑余量,取经验值 1.2,因此,我们简化计 算储罐“大呼吸”呼出量为: LW=V1×1.2 LW—“大呼吸”呼出量(气态)m?/h, V1—见 SH3002 公式(4),V1 为泵送液体输入量 m?;我们定义为储罐单位时间进 料量体积(液态)m?/h 【以上,供参考】(交流:、z)

 
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