有机液体储罐-刘洋

7.1有机液体储罐 7.1.1工艺描述 再许多工业中都可以发现盛装有机液体的储罐，包括（1）石油生产与提炼，（2）石油化学品和化工生产，（3）储存库和中转库，和（4）消耗或生产有机液体的其他产业。在石油工业中，有机液体通常被称为石油液体，通常是具有不同真实大气压的碳氢化合物的混合物（例如，汽油和原油）。在化工工业中，有机液体通常被称为挥发性有机液体，它是由具有相同真实大气压的纯化工产品或化工产品的混合物（例如，苯或异丙醇和丁醇的混合物）。 有机液体的储罐有六种基本罐体设计：固定顶罐（立式和卧式）、外浮顶罐、拱顶外（或覆盖的）浮顶罐、内浮顶罐、可变蒸汽空间罐和压力罐（低压和高压）。每一种罐都将在下面部分简短描述。与各种罐相关的损耗机理见7.1.2。 在7.1节提供的排放估算方程式是由美国石油协会(API)开发的。API保留这些方程式的版权。 API已允许非独家,非商业性的分发给政府和监管机构。但是，关于所有的商业复制和发行它的资料API保留一切权利。因此，在7.1节中展现的材料可供公众使用，但如果没有从美国石油学会、美国环境保护署获得书面许可，就不能出售该材料。 7.1.1.1固定顶罐 常见的立式拱顶罐如图7.1-1所示。这种类型的储罐由带有永久性附加罐顶的圆柱形钢壳组成，其罐顶可以有锥形、圆拱顶形到平顶的不同设计。固定顶罐的损耗是由温度、压力和液位的变化造成的。 固定顶罐装有自由排气孔或呼吸阀，后者可以使储罐能在极低内压或真空下操作，以防止在温度、压力或液面微小变化的情况下蒸气释放。对于目前的罐体设计，固定顶罐是造价最低的而且对于储存有机液体是最低可接受的罐体。 卧式固定顶罐可以建造成地上和地下，通常是由钢或钢与玻璃纤维涂层或加固的玻璃纤维聚酯为材料。卧式储罐的容积一般低于40000加仑。建造卧式储罐的长度不大于直径的六倍从而保证结构的稳定性。卧式储罐通常配有呼吸阀、测量口和采样口，还有进入罐体的人孔。此外，地下罐可以被负极保护从而避免罐体的腐蚀。阴极保护是通过在罐内放置的牺牲阳极并将其连接到一个外加电流系统或利用罐内的电化阳极来实现的。但是，应对腐蚀的内部阴极保护不再广泛用于石油行业，这是由于大多数精炼的石油产品中都含有缓蚀剂。 地面的卧式罐的潜在排放源头和立式固定顶罐一样。地下罐的排放主要是由罐内的液位变化造成的。对于地下罐由于温度或气压变化引起的损耗是最小的，因为周围的土地限制了白天的温度变化，而且由气压变化而造成的损失很小。 7.1.1.2外浮顶罐 一个典型的外浮顶罐（EFRT）是由一个开放的圆柱形钢壳和漂浮在储存液体表面的浮顶组成。浮顶是由一个浮盘、专用附件和边缘密封装置组成。目前使用的浮盘都是使用焊接钢板建造的，分为两种类型：浮筒型和双盘式。浮筒型和双盘式外浮顶罐分别见图7.1-2和7.1-3。所有类型的外浮顶罐，浮盘随着罐内液面上下浮动。外浮顶配有一个边缘密封系统，它连接在浮盘的外缘并与罐壁接触。浮顶和密封装置系统是为了减少储存液体的蒸发损耗。在密封装置和罐壁间仍存在一些环形空间。当浮顶上升和下降时，密封装置沿着罐壁滑动。浮盘也有配件，这些配件穿过浮盘并提供操作功能。以限制储存液体的蒸发损失、限制从边缘密封系统和浮盘配件及管壁上液体（挂壁液体）蒸发造成的损失为目标设计外浮顶。 7.1.1.3内浮顶罐 内浮顶罐（IFRT）不仅具有固定的罐顶而且里面有一个浮顶。内浮顶罐具有两种基本的类型：一是内部有垂直圆柱支撑固定罐顶的内浮顶罐，二是没有圆柱支撑的自支撑式固定罐顶的内浮顶罐。用浮顶改造的固定顶罐属于典型的第一种。外浮顶罐加盖改造属于典型的自支撑式内浮顶罐。新建的内浮顶罐则两种类型都有可能。内浮顶罐的浮顶随液面水平的变化而升降，浮顶或直接飘在液体表面（接触型浮顶），或悬浮在液面几英寸以上的浮桶上（非接触型浮顶）。目前在用的大多数铝制内浮顶用于非接触型浮顶。典型的内浮顶罐见图7.1-4。 接触型浮顶可能是（1）由螺栓连接而成的三明治式铝夹层板，通过蜂窝铝芯漂浮在液面上；（2）也可能是漂浮在液面上带有或不带有浮桶的钢制盘式内浮顶；（3）或是漂浮在液面上的带树脂涂层的玻璃钢浮力板。目前在用的大多数内接触型浮顶都是三明治式铝夹层板内浮顶或钢制盘式内浮顶。玻璃钢浮顶是很少见的。钢制盘式内浮顶的面板通常是通过焊接连接的。 非接触型浮顶是目前最常用的形式。典型的非接触型浮顶是由铝板和铝网格框架构成，铝网格框架通过管状铝浮桶或其他浮力结构支撑在液面上。非接触型浮顶通常是通过螺栓连接的。安装浮顶可使储液蒸发损失最小化。接触型和非接触型浮顶都包括边缘密封和浮顶配件，以达到和之前描述的外浮顶罐同样的目的。浮顶蒸发损失可能来自于浮顶配件、非焊接板缝和浮顶与罐壁之间的环形空隙。这些罐通过固定罐顶顶部的循环排气口来实现自由排气。排气口减少了罐内气相空间有机蒸气积累接近可燃浓度的可能性。没有自由排气的内浮顶罐可认为是一个压力罐。这种罐的排放估算方法不在AP-42提供。 7.1.1.4拱顶外浮顶罐 拱顶外（或覆盖型）浮顶罐使用比外浮顶罐更重的甲板以及像内浮顶罐一样的固定罐顶。拱顶外浮顶罐通常有外浮顶罐加一个固定罐顶改造而成。这种类型的罐与内浮顶罐非常相似，都使用焊接板和自支撑式固定罐顶。典型的拱顶外浮顶罐见图 7.1-5。 与内浮顶罐一样，固定灌顶的作用不是作为隔气层，而是为了防风。固定顶罐的类型通常是自支撑式铝制拱顶，铝制拱顶用螺栓固定。与内浮顶罐很像，这种罐也通过固定罐顶顶部的循环排气口来实现自由排气。但是，浮顶配件和边缘密封却与外浮顶罐是相同的。当浮顶由更轻的IFRT-型浮顶代替时，这种罐就可以认为是内浮顶罐。 7.1.1.5 可变气相空间罐 可变气相空间罐配有可膨胀的容器，可适应由温度和大气压力改变而引起的蒸汽体积波动变化。尽管可变蒸汽空间罐有时也独立使用，但通常它们是与一个或多个固定顶罐的蒸汽空间相连的。最普通的两种可变蒸汽空间罐类型是升降式浮顶罐和膜式柔性浮顶罐。 升降顶式罐装有一个可收缩式浮顶，松散安装在主要罐壁的外围。浮顶和罐壁之间的空隙可通过一种充满液体的水槽液封，或使用一种活性涂层织物固封。 膜式柔性浮顶罐使用柔性膜来提供可扩展体积。这种罐或者是独立储气单元，或是安装在固定顶罐顶部的整体单元。 可变蒸汽空间罐损失发生在装罐时，此时蒸汽被液体所替代。蒸气损失只发生在超过罐内存储能力时。 7.1.1.6 压力罐 通常使用的有两种等级的压力罐：低压罐(2.5-15 psig)和高压罐(＞ 15 psig)。压力罐通常是用来存储高蒸汽压的有机液体和气体，具有多种形状和尺寸，这取决于罐的操作压力。压力罐装有呼吸阀，用来防止沸腾排气损失和每日温度或大气压变化引起的呼吸损失。高压储罐实际中可以在无蒸发或工作损失下操作。在低压罐中，工作损失可能伴随着装罐的大气排气而发生。无法得到适当的关联方法用于估算压力罐的蒸发损失。 7.1.2蒸发机理和控制 有机液体储存过程的排放是由于储存过程中有机液体的蒸发和储罐的液位变化。由于储罐设计不同，排放源也不同，排放源与罐型密切相关。固定顶罐的排放是由于储存过程中造成的蒸发损耗（即小呼吸损失）和充装、出料操作时的蒸发损耗（即大呼吸损失）。内浮顶罐和外浮顶罐是排放源，这是由于储存期间和从罐内向外发油时产生蒸发损耗。静止储存损耗是通过边缘密封、浮盘配件、和/或浮盘缝隙密造成的。固定顶罐和内外浮顶罐的蒸发机理在这部分有更详细的描述。可变蒸汽空间罐也是排放源，这是由充装操作时蒸发损耗造成的。可变蒸汽空间罐的蒸发机制在这部分也将详细描述。压力罐也是如此，但是，压力罐的损耗机理不在这部分描述。 7.1.2.1固定顶罐 固定顶罐两种主要的排放类型是储存损耗和工作损耗。储存损耗是指油气的膨胀和收缩而排出的油气，这是由温度和大气压力的变化而造成的。即使储罐的液位不发生变化这种损耗也发生。 充装和出料时的组合损耗称为工作损耗。充装操作时蒸发是由于罐内油品液位的增加造成的。随着液位的增加，罐内的压力超过了呼吸阀的释放压力，使油气从罐内排出。出料时蒸发损耗的发生是由于油品移出罐时，进入罐内的空气被有机蒸气饱和并膨胀，超过气相空间的容量造成的。 固定顶罐的排放量是罐容积、储存液体的蒸汽压、罐的利用率，以及储罐所在位置的大气条件的函数。 对固定顶罐的排放控制常用集中方法。通过安装一个内浮顶和边缘密封以减少储存产品的蒸发。这个方法的控制效率范围可从60%到90%，这取决于罐顶的形式和安装的密封装置以及储存有机液体的种类。 蒸气平衡是另一种控制排放的方法。经常用于加油站中储罐的充装。当向罐内充装汽油时，储罐内排出的蒸气被导入出料汽油罐车中。卡车将油气运到一个集中站，在那里使用油气回收或油气控制系统来控制排放。如果油气经过回收或控制利用，那么蒸汽平衡的方法的控制效率可以达到90%到98%。如果卡车将油气直排到大气而不是进行回收或控制利用，那么将达不到任何控制效果。 油气回收系统收集罐内排放出的油气，并将其转化为液体。应用的几种油气回收方法包括气/液吸收法、油气压缩法、冷凝法、气/固吸附法或这些方法的组合。整个油气回收系统的控制效率可高达90%到98%，这取决于采用的方法、单元的设计、回收油气的组成，以及该系统的机械状态。 在一个典型的氧化焚烧系统中，油气混合物通过一个燃烧器直接注入焚烧炉的燃烧区域。该系统的控制效率范围为96%到99%。 7.1.2.2浮顶罐2-7 浮顶罐的总的排放是出料损失与静止储存损耗之和。当液位（即浮顶）下降时产生出料损失，这时一些油品粘附在罐内壁上，然后蒸发。对于一个内浮顶罐具有一个支撑固定顶的圆柱，一些液体也粘附在圆柱上从而蒸发掉。直到罐内充满，而且裸露的表面再次被覆盖后才会发生蒸发损耗。浮顶罐的静止储存损耗包括边缘密封和浮盘配件损耗，对于内浮顶罐也包括浮盘缝隙的损失，除了焊接的浮盘。其他潜在的静止储存损耗类别包括由于温度和压力的改变而引起的呼吸损耗。 边缘密封损耗的发生有很多复杂的原因，但对于外浮顶罐，大部分边缘密封油气损耗是由于风导致的。对于内浮顶罐或有拱顶的外浮顶罐边缘密封损耗机理中风不是主导因素。由于边缘密封材料的渗透蒸发或通过液体的毛细作用也会导致蒸发损耗，但是如果选择正确的密封材料将不会发生密封材料的渗透。测试表明相对于包括风因素在内的总损耗中，呼吸、溶解和毛细作用所造成的损耗是小的。在这个部分提到的边缘密封系数合并了所有形式的损耗。 边缘密封系统常常用于液位变化时，允许浮顶在罐内升降。边缘密封系统也用于填充浮盘边缘与罐壁间的环形间隙，从而减少该区域的蒸发损耗降。边缘密封系统可以只是一次密封或一次密封和安装在一次密封上面的二次密封系统组成。一次密封和二次密封配置的例子见图7.1-6、7.1-7、7.1-8。 一次密封通过将浮盘的边缘和罐壁间的环形间隙闭合形成蒸发屏障。外浮顶