储油罐油气损耗的理论计算方法

2016-05-31赵立新杨光权马中山葛永广刘剑飞中国石油天然气集团公司西北油田节能监测中心新疆油田公司准东采油厂

石油石化节能 2016年1期

关键词：储油罐

赵立新　杨光权　马中山　葛永广　刘剑飞（.中国石油天然气集团公司西北油田节能监测中心；.新疆油田公司准东采油厂）

储油罐油气损耗的理论计算方法

赵立新1杨光权1马中山1葛永广1刘剑飞2
（1.中国石油天然气集团公司西北油田节能监测中心；2.新疆油田公司准东采油厂）

摘要：实际测试储油罐油气损耗存在耗时长、投入人力、物力大的问题。通过利用瓦廖夫斯基-契尔尼金公式的平衡理论计算得出储油罐油气损耗，可以辅助验证实测结果的准确性，为生产管理部门及时提供决策依据，有利于储油罐呼吸气回收项目效益的准确评价。

关键词：储油罐；油气损耗；瓦廖夫斯基-契尔尼金公式

石油及其产品是多种碳氢化合物的混合物，其中的轻组分具有很强的挥发性。在石油的储运过程中，无法避免储油罐中部分较轻的组分气化，溢入大气，造成不可回收的油气损耗。影响储油罐油气损耗的主要参数包括呼吸气体流量、温度、压力、组分以及环境温度和大气压力等[1]。

目前国际国内通过分析大量实验数据，普遍认为实测法得到的结果更接近现场实际，但受储油罐的气体泄漏点较多、低流速测量误差较大等原因影响，储罐油气损耗的测试结果存在一定误差。储罐油气损耗理论计算的结果虽然受到环境条件、生产过程、物性参数等因素的影响，但通过控制设备运行状态，在保证一定运行条件的情况下，理论计算可以做为实测结果的辅助验证。

1　理论计算油气损耗量方法

理论计算公式选取瓦廖夫斯基-契尔尼金公式，该公式适用于各种呼吸损耗的通用公式，是油罐蒸发损耗的基本方程式[2]。

在2次吸气过程之间，如果以吸气过程刚刚结束时为第1状态，此时罐内空气的质量为Mk1，空气的状态参数为Pk1、V1、T1；以呼气过程刚刚结束为第2状态，此时罐内空气的质量为Mk2，罐内空气的状态参数为Pk2、V2、T2。则呼气过程中从油罐逸入大气的空气量为

式中：ΔMk——1次小呼吸油罐呼出的空气质量，kg；

Mk1——状态1罐内空气的质量，kg；

Mk2——状态2罐内空气的质量，kg。

根据克拉伯龙公式，状态1时空气的状态方程为

式中：Pk1——状态1时空气的分压力，kPa；

V1——状态1罐内混合气体的体积，m3；

T1——状态1油罐气体空间的绝对温度，K；

μk——空气的摩尔质量，kg/kmol；

R——通用气体常数，取8.314 kJ/（kmol·K）。

根据道尔顿分压定律，状态1时空气的分压力Pk1与油品蒸气的分压力Py1有如下关系：

式中：P1——状态1时混合气的总压力，kPa；

Py1——状态1时油品蒸气的分压力，kPa;

Cy1——状态1时混合气中油蒸气的体积浓度，%。

将式（4）代入式（2）得

同理，状态2时，罐内空气的状态方程为

式中：P2——状态2时混合气的总压力，kPa；

Py2——状态2时油品蒸气的分压力，kPa;

Cy2——状态2时混合气中油蒸气的体积浓度，%；

V2——状态2罐内混合气体的体积，m3；

T2——状态2油罐气体空间的绝对温度，K。

将式（5）、（6）代入式（1），则

从状态1到状态2，油罐逸出的空气必然成比例地带走一定数量的油蒸气，逸出的油蒸气和空气的质量分别为

式中：ΔMy——1次小呼吸油罐呼出的油蒸气质量，kg；

ΔVy——1次小呼吸油罐呼出油蒸气的体积，m3；

ρy——油罐呼出油蒸气的密度，kg/m3。

式中：ΔVk——1次小呼吸油罐呼出空气的体积，m3；

ρk——油罐呼出空气的密度，kg/m3。

由式（8）、（9）得

式中：Cˉy——油罐呼出混合气的平均油气浓度，近似地取Cˉy=()

Cy1+ Cy2/2，%；

μy——油蒸气摩尔质量，kg/kmol。

将式（7）代入（11）中，得到从状态1到状态2油罐呼出的油蒸气质量：

或

式中：-P——油罐内混合气的平均压力，kPa；-

Py——油品蒸气的平均分压力，kPa。利用式（12）、（13）可以计算任何作业和设备条件下固定顶油罐的油品蒸发损耗。因此，上两式又称为固定顶油罐蒸发损耗基本方程式。

计算油品蒸发损耗的各种公式中都要用到油气摩尔质量μy，它取决于油气的摩尔组成，可按下式计算：

式中：μi——油气中i组分的摩尔质量，kg/kmol；

i——油气中i组分的分子分数，%。

综合以上分析得到储油罐日损耗油蒸气质量的理论计算公式：

式中：ΔM——储油罐日损耗油蒸气质量，kg/d；

K——密封系数，取0.95；

V——油罐内气体空间的体积，m3；

T1——气体空间的日最低温度，K；

T2——气体空间的日最高温度，K；

Py1——气体空间日最低油面温度下油品的

饱和蒸汽压，kPa；

Py2——气体空间日最高油面温度下油品的

饱和蒸汽压，kPa；

P1——日最低温度时气体空间绝对压力，

P1≈Pa+ Pz，kPa；

P2——日最高温度时气体空间绝对压力，

P2≈Pa+ Pz，kPa。

在实际应用中，一般取气体空间昼夜最低温度时作为第1状态，昼夜温度最高时作为第2状态。这样，不仅状态参数容易确定，且两区间既包含了油罐呼气的全过程，又避开了吸气后罐内油气浓度最不稳定的阶段。在饱和蒸汽压定性温度的选取上，考虑到油品分子能否气化由液相进入气相取决于油温，气化的油分子能否维持在气相而不凝结取决于气体空间的温度，因而不论哪个状态均近似地以油面温度和气体空间温度中的较低值作为饱和蒸汽压的定性温度。