摘 要：针对新疆油田各处理站原油储罐能耗损失较大的技术难题，利用API经验公式和能量平衡公式，计算出不同进罐温度和不同停留时间下，净化油罐的蒸发损耗量和散热损耗量。计算结果表明，随着进罐油品温度的升高，油品的蒸发损耗量和散热损耗量增长明显。合理控制油品的进罐温度，可以有效的降低原油储罐的能耗损失。

　　关键词: 小呼吸蒸发损耗;大呼吸蒸发损耗;散热损耗;交油温度

中图分类号：O 3 引言新疆油田位于我国西北部准噶尔盆地区域，为温带大陆性干旱气候，冷热悬殊，温差较大。新疆油田的原油储罐，大都是钢制拱顶罐和浮顶罐，采用聚氨酯泡沫和复合硅酸盐两种保温材料对罐壁进行保温，罐顶和罐底没有采取保温隔热措施。由于油田原油脱水温度较高，油罐内介质与外界环境温差较大，散失于周围环境中的热量较大。加之昼夜温差变化和收发油作业时产生的蒸发损耗，原油储罐能耗损失很大。因此，研究原油储罐的能耗损失原因，实施储油罐节能技术改造, 对于提高热能利用率, 实现节能降耗具有十分重要的意义。 1 影响原油储罐能耗损失的主要因素原油储罐能耗损失的主要因素为蒸发损耗和散热损耗。造成油品蒸发损耗的原因主要有：自然通风损耗、固定顶油罐的“小呼吸”损耗和收发作业过程中的“大呼吸”损耗三方面。而影响蒸发速度的因素又主要有液体的温度、液体的自由表面大小、气相中液体蒸汽的浓度、液面上混合气体的总压强和液体的种类五方面。液体温度越高、自由表面越大、气相中液体蒸汽的浓度越低、气体的压强越低、液体的相对密度越小，蒸发速度越大。而影响散热损耗的因素主要有保温方式及保温材料的选择，是否设罐顶保温层，以及气候(大气温度、风速、太阳辐射强度、日照时间、降雪量等)季节性变化的影响。当其它条件相同时, 沉降罐的罐容越大,节能效果越明显;外界环境气温越低, 则保温的效果就越好。 2 不同进罐温度对原油储罐能耗损失的影响影响原油储罐能耗损失的因素很多，在其它条件相同时,油品进罐温度的高低对于原油储罐能耗损失的大小影响很大。在国际能源价格上涨，及国内节能降耗的大背景下，降低原油的进罐温度，减少蒸发损耗和散热损耗对于提高热能利用率, 实现节能降耗具有非常重要的意义。 2.1新疆油田集中处理站主要工艺参数新疆油田四个集中处理站的主要工艺参数见表2.1-1：

　　表2.1-1 集中处理站主要工艺参数 名 称 陆梁集中

　　处理站(稀油) 石南21集中

　　处理站(稀油) 百口泉注输

　　联合站(稀油) 百重7稠油

　　处理站(稠油) 夏季大气温度℃ 27.7 27.7 27.5 27.5 冬季大气温度℃ -20.8 -20.8 -16.7 -16.7 净化罐类型 拱顶罐 拱顶罐 拱顶罐 拱顶罐 净化罐容积m3 4000 4000 3000 2000 净化罐直径m 20 20 18.9 15.7 净化罐罐高m 11.4 11.4 13.16 12.0 安全液位m 10.0 10.0 11.4 9.5 储液高度m 9.6 9.6 10.5 9.0 罐壁传热系数

　　W/ (m2 ·℃) 0.3875 0.62 0.62 0.3875 罐顶传热系数

　　W/ (m2 ·℃) 1.60 1.60 1.60 1.60 罐内原油

　　质量kg 2876272 2837877 2024028 1433156 原油产量(t/d) 5682 1223 1605 原油的比热

J / (kg ·℃) 2547 2435 2572 1638 油的密度kg/ m3 854.0 842.6 845.6 937.5 2.2 蒸发损耗的计算 2.2.1 固定顶油罐“小呼吸”蒸发损耗计算利用API经验公式计算拱顶罐“小呼吸”蒸发损耗量：

(1)

　　式中： Ly为拱顶罐小呼吸损耗油品量，kg/a;

　　P y 为油品本体温度下的真实蒸汽压，kPa;

　　P a为当地大气压，kPa;

　　D 为油罐直径，m;

　　H 为气体空间高度，m;

　　△T 为大气温度的平均日温差，℃;

　　Fp 为涂漆系数，取1.33;

　　C 为修正系数，D≥9.14 m时，C=1;

　　µy为油蒸气摩尔质量，kg/kmol;原油一般取µy =50 kg/kmol;

　　K1 为单位换算系数，采用国际单位，K1 =8.71;

　　K2 为油品系数，原油取K2 =0.65。

　　由公式(1)计算得出四个处理站的油品在不同进罐温度下“小呼吸”蒸发损耗量见图1：

 

　　图1 不同进罐温度下油品的小呼吸损耗量

通过图1可已看出，有些油品的小呼吸蒸发损耗量增长比较平缓，有些则变化较为明显，这与油品本身的性质有关。但总的来说，随着进罐油品温度的升高，“小呼吸”蒸发损耗量也在不断增大。这说明尽可能控制油品的进罐油温，可以有效地降低油品的小呼吸蒸发损耗量，提高热能利用率，达到节约能源的目的。 2.2.2 固定顶油罐“大呼吸”蒸发损耗计算由美国环保局公式计算拱顶罐“大呼吸”蒸发损耗量：

(2)

　　式中： Lw为收油作业时油品蒸发损耗量，kg/103m3;

　　K1 为单位换算系数，采用国际单位，K1 =0.0658;

　　K2 为油品系数，原油取K2 =0.84;

　　µy为油蒸气摩尔质量，kg/kmol;原油一般取µy =50 kg/kmol;

　　P y 为油品本体温度下的真实蒸气压，kPa;

　　KT为操作系数，取决于油罐周转系数N，当N≥36时，取KT =1。

　　由公式(2)计算可得，四个处理站的油品在不同进罐温度下“大呼吸”蒸发损耗量见图2：

　　图2 不同进罐温度下油品的大呼吸损耗量

通过图2可已看出，随着进罐油品温度的升高，“大呼吸”蒸发损耗量也在不断增大。总体来说，油品的大呼吸蒸发损耗量随温度变化增长的非常明显。这说明尽可能降低油品的进罐油温，可以有效地降低油品的大呼吸蒸发损耗量，减小储油罐能耗损失,达到节能降耗的目的。 2.3 散热损耗的计算利用能量平衡公式计算拱顶罐散热损失量：

(3) 式中: t1 为原油进罐温度(℃);

　　t2 为原油出罐温度(℃);

　　ta 大气温度(℃);

　　K 为大罐传热系数(W/ (m2 ·℃) );

　　T 为存放时间(s);

　　G 为被加热油品的总质量(kg);

　　C 为原油的比热(J / (kg ·℃) );

　　其中传热系数ks为：

　　ks = λ / δ

　　式中: λ ——保温材料导热系数, W/ (m2 ·℃);

　　δ ——保温层厚度, m。

　　由公式(3)分别计算得出稀油和稠油处理站的储油罐在不同进口温度、不同停留时间下的出口温度见图3：

　　图3 储油罐不同进口温度、不同停留时间下的出口温度曲线

　　由上图可以看出，随着进罐温度和停留时间的不同，出罐温度有不同程度的下降。一般来说，进罐温度越高，停留时间越长，温降也越大。

　　稀油在净化罐中停留3天左右交油时，夏季进罐温度在40℃左右时，出罐温降约为1℃左右;进罐温度在60℃左右时，出罐温降约为2℃左右。冬季进罐温度在40℃左右时，出罐温降约为3～4℃左右;进罐温度在60℃左右时，出罐温降约为4～6℃左右。

　　稠油在净化罐中停留3天左右交油时，夏季进罐温度在70℃左右时，出罐温降约为4.5℃左右;进罐温度在90℃左右时，出罐温降约为8℃左右。冬季进罐温度在70℃左右时，出罐温降约为8℃左右;进罐温度在90℃左右时，出罐温降约为13℃左右。 3 新疆油田储罐能耗损失现状分析由于很多交油点没有筛选出合适的低温破乳剂，原油脱水温度过高，导致实际交油温度不能降至推荐交油温度。原油脱水温度过高，会造成罐内介质与外界环境温差增大，不仅散失于周围环境中的热量较大，同时也会造成蒸发损耗增大。

　　表3-1 各处理站实际和推荐交油温度 名 称 陆梁集中

　　处理站(℃) 石南21集中

　　处理站(℃) 百口泉注输

　　联合站(℃) 百重7稠油

　　处理站(℃) 油品的实际交油温度(夏季) 41 42 59 42 油品的推荐交油温度(夏季) 30 30 40 50 油品的实际交油温度(冬季) 45 47 82 78 油品的推荐交油温度(冬季) 45 45 45 70 3.1实际交油温度和推荐交油温度下储罐的蒸发损耗量由公式(1)计算可得，油品在实际交油温度和推荐交油温度下的“小呼吸”蒸发损耗量见表3-2：

　　表3-2 每年节约的“小呼吸”蒸发损耗量 名 称 陆梁集中

　　处理站 石南21集中

　　处理站 百口泉注输

　　联合站 百重7稠油

　　处理站 油罐的小呼吸油品蒸发损耗

　　量(实际交油温度下)kg /a 22617 20715 32088 21.44 油罐的小呼吸油品蒸发损耗

　　量(推荐交油温度下)kg/a 18996 17351 15046 9.74 油罐每年节约的小呼吸

　　油品蒸发损耗量kg/a 3621 3364 17042 11.7 处理站每年节约的小呼

　　吸油品蒸发损耗量kg /a 14484 13456 34084 23.4 由表3-2可知，目前各处理站的实际交油温度比较高，没有严格执行推荐的交油温度。如果严格按照推荐的温度交油，各处理站每年可减少的油品“小呼吸”蒸发损耗量，稀油约为13000～34000 kg，稠油约为23kg，对于减小储油罐能耗损失,提高热能利用率有重要作用，特别是对稀油。

　　由公式(2)计算得，收油作业时，油品“大呼吸”蒸发损耗量如表15：

　　表3-3 每年节约的“大呼吸”蒸发损耗量 名 称 陆梁集中

　　处理站 石南21集中

　　处理站 百口泉注输

　　联合站 百重7稠油

　　处理站 油罐的大呼吸油品蒸发损耗

　　量(实际交油温度下)kg /a 2032 3452 1754 0.253 油罐的大呼吸油品蒸发损耗

　　量(推荐交油温度下)kg /a 1796 3042 1463 0.081 油罐每年节约的大呼吸

　　油品蒸发损耗量kg /a 236 410 291 0.172 处理站每年节约的大呼

　　吸油品蒸发损耗量kg /a 944 1640 582 0.344

　　由表3-3可知，如果把实际的交油温度降低到推荐的交油温度，各处理站每年可减少的油品“大呼吸”蒸发损耗量，稀油约为600～1600 kg，稠油约为0.34 kg。虽然降低油品进罐温度对于减小储油罐的大呼吸蒸发损耗量没有小呼吸那么明显,但是对于减小储油罐能耗损失,提高热能利用率也有一定作用。 3.2实际交油温度和推荐交油温度下储罐的散热损耗量 油田单位 实际交油温度下油

　　罐每年散热量(J/a) 推荐交油温度下油

　　罐每年散热量(J/a) 油罐每年节约

　　散热量(J/a) 处理站每年节

　　约散热量( J/a) 陆梁集中处理站 1.7×1012 1.5×1012 0.2×1012 0.8×1012 石南21集中处理站 2.5×1012 1.9×1012 0.6×1012 2.4×1012 百口泉注输联合站 2.5×1012 1.9×1012 0.6×1012 1.2×1012 百重7稠油处理站 2.7×1012 1.8×1012 0.9×1012 1.8×1012

　　表3-4 原油储罐每年的散热量

　　通过表3-4可知，目前各处理站的实际交油温度较高，每罐油品每年的散热损失在1.7×1012～2.7×1012 J;如果严格按照推荐的温度交油，每罐油品每年的散热损失在1.5×1012～1.9×1012 J;各处理站每年节约的散热损失约为0.8×1012～2.4×1012 J，几乎相当于两个油罐一年的散热损失。

　　由以上计算推广到整个新疆油田21个原油交油点可知，把实际交油温度降低到推荐交油温度交油，每年可节约蒸发损耗量5.73×105 kg /a，节约蒸发损耗量2.35×1013 J/a。按挥发气密度1.4kg/ m3，天燃气价0.98元/m3计算，全新疆油田每年由蒸发损失和散热损失可节约的资金约为106万元，不仅节约了大量资金，还可以提高能源的利用率，对节能降耗会起到明显作用。 4结论及建议(1)随着进罐温度的升高，油品的“小呼吸”和“大呼吸”蒸发损耗量都在不断增大，但增加的幅度不同，这与油品本身的性质、罐容、大气日温差和油品的收发次数有关;

　　(2)随着进罐温度和停留时间的不同，出罐温度有不同程度的下降。在停留时间不变的情况下，控制原油的脱水温度，可以有效降低储罐的进出口温差，减少原油的散热损失;

　　(3)通过对储罐能耗损失的计算可知，控制交油温度可以降低原油的脱水温度，是降低油罐能量损失的主要措施。全公司每年可节约近百万元，对提高能源利用率和节能降耗会起到明显作用。

　　参考文献

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