刘桂霞　宁淼　王宁　刘伟　安浩

摘要：本文通过实际对比我国与发达国家典型炼厂各源项的排放结构情况，发现我国储罐排放量占比偏大。因此，为了在日常过程中实现减排的目的，从企业管理的角度来看，针对中国储罐，尤其是固定顶罐的无组织排放，需要实施精细化管控。本文选取常压固定顶罐一台，以单参数为变量核算排放量，考察分析这些参数对排放量的影响。结论显示：储存温度、呼吸阀运行状态、罐漆颜色等是影响固定顶罐排放量的主要因素。建议企业从调整储存温度、定期检测呼吸阀运行状态、增设油气回收设施、改变漆况及漆色等方面来制定日常维护管理制度及改造计划，从过程管理的层面来减少固定顶储罐VOCs的排放。

关键词：石化行业;固定顶储罐;挥发性有机物;影响因素;全过程;减排措施

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2020）06-00-03

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.06.015

The management and control countermeasures of the whole process of VOCs emission from fixed roof tank in petrochemical industry

Liu Guixia1，Ning Miao2，Wang Ning2，Liu Wei2 ，An Hao1

（1.Beijing Topoasis Environmental Technology Co.，Ltd.，Beijing 100070，China;2.Chinese Academy For Environmental Planning，Beijing 100012，China）

Abstract：By comparing the sources emissions in typical refinery between China and the developed countries，it is found that the proportion of tank emissions in China is more than other countries.So，in order to achieve the purpose of reduction emissions in the daily work，the Chinese tank，especially fixed roof tanks unorganized emissions need detailed control from the point of view of enterprise management.This paper selected an atmospheric fixed roof tank，according the relevant methods to calculate emissions，which is respectively in a single parameter for variable to analyze the impact of these factors on emissions.The conclusion shows that： the storage temperature，status of the breathing valve，the color of tank are the main factors for affecting the emissions of fixed roof tank.For those factors，we suggested that refinery can make daily maintenance management system and renovation plan by adjusting storage temperature，checking the operating status of the breathing valve regularly， changing of paint and the coat of tank， putting into oil gas recovery to reduce the volatile organic compounds （VOCs） from fixed roof tank emission form the process of management.

Key Words：Petrochemical industry;Fixed roof tank;VOCs;Influence factors;Whole process;Reduction measures

隨着石化行业步入大型化发展，现代石化企业通常建设大量原料储罐、中间产品储罐和成品储罐。由于储运作业及环境温度和压力的改变导致储罐中的轻组分产生蒸发损耗，不仅带来经济损失和安全隐患，而且产生大量挥发性有机物（VOCs）排放，成为石化行业VOCs排放的重要源项之一。欧美等发达国家和地区正实施越来越严格的环保法规，要求石化企业减少由于储罐的蒸发损失而导致的VOCs和温室气体（GHG）的排放。依据美国2010年全国石化行业排放清单，储罐VOCs排放占全行业VOCs排放总量的29.4%，是石化行业VOCs排放第二大源项[1]。欧盟多家大型综合性炼油厂的红外遥感测量结果显示，炼油厂原油及产品罐区VOCs排放占31～61% [2]，储罐VOCs排放位居石化行业首位。

我国虽未有关于VOCs的官方统计数据，依据对东部省份典型石化企业VOCs源排查及相关文献[3]的研究结果，如表1所示，储罐VOCs排放占企业排放总量的24～52%，可见，由于我国石化行业VOCs控制工作起步比较晚，储罐VOCs的排放占比更高。欧盟油气加工污染控制最佳可用技术参考文件建议原油和产品贮罐排放量20～40% [4]。国际石油工业环境保护协会（IPIECA）的最新报告建议，油品装运占炼油厂VOCs排放总量的30～40% [5]。因此，在我国开展储罐VOCs排放的全过程控制至关重要，已成为“十三五”石化行业VOCs减排的重中之重。

固定顶罐施工简单、造价低廉，在国内外很多行业应用都最为广泛。但相比其他类型的储罐，固定顶罐的蒸发损耗十分突出。本文参考EPA发布的“大气污染物源强估算手册（AP-42）”第五版第7章：液体储罐[6]提供的核算方法，选取常压固定顶罐一台，从全生命周期角度，通过调控单变量识别固定顶储罐VOCs排放的主要影响因素，在此基础上提出石化企业全过程VOCs减排措施并估算其减排效益。

1 石化行业固定顶储罐VOCs排放影响因素定量化分析

石化行业储罐VOCs排放（LT）通常包含静置状态下的排放（LS）和工作状态下的排放（LW）（公式1）。下面结合AP-42推荐的不同类型储罐VOCs排放计算方法，通过案例分析不同类型储罐VOCs排放对于环境气象、存储物质特性、储罐构造及操作运行等因素变化的敏感程度。

LT=LS+LW （1）

1.1 估算方法

固定顶罐为带拱形顶的密闭罐体，液面上方未安装浮盘，油气聚集在液面和罐顶之间的空间里。本文以较常见的立式固定顶罐为例提出固定顶罐VOCs排放量估算方法（公式2）[3]。

LT = + （2）

式（2）中，VV为气相空间容积（ft3）;KE为气相空间膨胀因子（无量纲）;KS为排放饱和因子（无量纲）;WV为气相密度（lb/ft3）;R为理想气体状态常数（10.741lb/lb-mol·ft·°R）;Q为储罐的年周转量（llb·a-1）;TLA为日平均液体表面温度（°R）;MV为气相分子质量（lb/lb-mol）;PVA为日平均液面温度下的饱和蒸汽压（psia）;KN为工作损耗周转量因子（无量纲），KP为工作损耗产品因子（无量纲），KB为呼吸阀校正因子（无量纲）。在以上参数中，WV是关于储罐储存物料参数，R、KP、KB为默认常数，VV、KE、HVO 、KS、KN、KB需要经过计算获取的变量。总体而言，固定顶罐VOCs排放受控于4方面因素：环境气相因素如太阳辐射、环境温度、环境压力等;存储物质理化参数如储存物料、雷德蒸汽压、密度、年平均储存温度等;储罐构造因素如储罐类型、储罐容积、储罐高度等;储罐操作运行因素如周转量、周转次数、年平均储存高度、呼吸阀压力设定、罐漆颜色、末端治理措施等。

1.2 固定顶罐VOCs排放量的敏感性分析

依据上述估算方法，考虑柴油作为炼化主要产品之一，在储罐中储存比例较高，本文选取东北地区某炼化企业（下同）容积20 000m3、罐高21m、年周转量258 397t·a-1的典型柴油罐，从企业生产运营的可控性入手分别测算在源头、在生产过程中、在末端建设VOCs治理设施，对案例固定顶罐VOCs排放量的影响程度，如图1～3所示，以期识别固定顶罐VOCs减排的最有效措施。

1.2.1 罐漆颜色

储罐颜色主要通过影响储罐的太阳能吸收率，进而影响KE和静置蒸发排放。调研发现，管理较好的企业将储罐刷成白色或银白色;若疏于管理，储罐外涂层由于环境腐蚀变为灰色，甚至裸露底漆变为红色。依据公式（2）计算，在其他变量保持不变情况下，如图1所示，随着储罐颜色的加深，太阳辐射吸收率越大，排放量越大;储罐颜色由白色变为银白色，排放增加18%，由银白色变为灰色，排放量增加了3%，由灰色變为红色，排放量增加了8%。综合计算，固定顶罐VOCs排放相对于储罐颜色变化的敏感度约为10%。

1.2.2 年周转量

依据公式（2）可知，Q为影响LW的关键因子，在其他变量保持不变情况下，如图2所示，随着周转量的增加，周转次数越多，排放量越大;周转量由12万t增加为25万t，排放增加28%，由25万t增加为51万t，排放量增加了35%，由51万t增加为103万t，排放量增加了11%。综合计算，固定顶罐VOCs排放相对于周转量的敏感度约为25%。

1.2.3 年平均储存温度

从图3可以看出，随着年储存温度的升高，储存物料的真实蒸气压增大，影响KE、KS，因此排放量呈升高的趋势。平均储存温度由3.75℃上升至8.75℃，排放量增加9%;由8.75℃上升至13.75℃，排放量增加26%;从13.75℃降至18.75℃，排放量增加17%。综合计算，固定顶罐VOCs排放相对于年平均储存温度的敏感度约为17%。

1.2.4 年平均储存高度

从图4可以看出，随着年储存高度的降低，油气空间增大，排放量呈升高的趋势。平均储存高度由20m下降至18m，排放量增加9%;由18m下降至14m，排放量增加7%;从14m降至10m，排放量增加5%。综合计算，固定顶罐VOCs排放相对于年平均储存高度的敏感度约为7%。

1.2.5 呼吸阀运行状态

在其他变量保持不变情况下，如图5所示，呼吸阀的运行状态对排放量有一定的影响;当呼吸阀失效时，容易造成油品蒸汽向外大量逸散。综合计算，固定顶罐VOCs排放相对于呼吸阀运行状态的敏感度约为11%。

1.2.6 油气回收设施

根据《储油库大气污染物排放标准》GB 20950-2007中对石化企业油气处理效率的规定，即油气处理效率≥95%，取理论上控制效率低限95%。从6可以看出，固定顶罐增加油气回收设施后，排放量大幅度减少。

综上，固定顶储罐储存物料、罐漆颜色、增加油气回收等因素中，影响排放量计算的敏感因素由大到小的排序为：增加油气回收>周转量>年平均储存温度>呼吸阀运行状态>罐漆颜色>年平均储存高度。

2 固定顶罐VOCs排放的减排措施

随着《石油炼制工业污染物排放标准》和《石油化工工业污染物排放标准》的正式实施，国内对储罐的排放提出了更高的要求，要求企业必须采取控制措施减少VOCs排放。通过以上分析可知，对于固定顶储罐VOCs全过程控制，从源头控制、过程管理及末端治理的角度企业可采取以下措施，如表2所示。

3 结论及建议

我国“十三五”环保规划对VOCs管控要求迈向了新高度，重点行业VOCs排放应实行全过程精细化管理[7]。储罐作为石化行业VOCs排放占比最重要的污染源项之一，更应该将全过程管理渗入到日常管理中。综上，从企业管理控制角度来讲，影响固定顶罐VOCs排放敏感因素主要有增加油气回收、周转量、年平均储存温度、呼吸阀运行状态、罐漆颜色及年平均储存高度等，可通过增加油气回收设施、减少不必要的周转次数、定期检查呼吸阀运行状态、改变罐漆颜色及适度降低储存温度来减少排放量。基于以上研究结论，特提出以下建议：

（1）对于挥发性强的物料，尽量避免使用固定顶罐，而调整为应用浮顶罐进行承载。（2）对于有条件进行末端治理的企业，储罐排放的油气可使用焚烧设施或者油气回收设施进行回收处理。（3）呼吸阀的运行状态是影响固定顶排放的重要因素，目前我国尚未将呼吸阀有效性检测纳入相关的法规标准当中，因此对储罐呼吸阀的例行管理尚属空白，存在由于配件的损坏或堵塞所致的失效而造成油气泄漏的增加及严重的安全隐患。因此建议监管部门健全相应的法律法规文件体系，企业能按要求定期进行呼吸阀有效性评定，实现储罐运行过程的减排管理。

（4）重污染天气预警下，应加强储罐排放量主要影响因素的排查及管理，停止一切不必要的油品存储、调和过程排放。

参考文献

[1]US EPA. Comprehensive Data Collected from the Petroleum Refining Sector [EB/OL] .2016-07-13.https：//www.epa.gov/stationary-sources-air-pollution/comprehensive-data-collected-petroleum-refining-sector#Component2，2016-07-13.

[2]Montcrieff J.Reflections on 20 Years of DIAL VOC Measurements in the Oil and Gas Industries[C]，Second International Workshop on Remote Sensing of Emissions：New Technologies and Recent Work.North Carolina，2008.

[3]鲁君.典型石化企业挥发性有机物排放测算及本地化排放系数研究[J].环境污染与防治，2017，39（6）：604-609.

[4]Joint Research Centre，Institute for Prospective Technological Studies（IPTS），European IPPC Bureau.Best available Techniques（BAT）Reference Document for the Refining of Mineral Oil and Gas[Z]，Final Draft.2013.

[5]The Global Oil and Gas Industry Association for Environmental and Social Issues（IPIECA）.Refinery Air Emissions Management—Guidance Document for the Oil and Gas Industry[Z]，Revised Edition.2012.

[6]US EPA. AP-42 Compilation of Air Pollutant Emission Factors，Volume1：Stationary Point and Area Sources（Fifth Edition）[EB/OL].http：//www.epa.gov/ttn/chief/ap42/，2016-07-20.

[7]周學双，崔书红，童莉，等.石化化工企业挥发性有机污染物污染源排查及估算方法研究与实践[M].北京：中国环境出版社，2015.

收稿日期：2020-03-31

基金项目：国家自然科学基金重点项目“区域空气质量管理机制创新研究”（批准号：71433007）

作者简介：刘桂霞（1986-），女，硕士，主要研究方向为石化行业挥发性有机物排放排查与治理。

通讯作者：宁淼，女，研究员，博士。