CN101294949A - 一种油品蒸发损耗的评价系统及其评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油品蒸发损耗的评价系统及其评价方法，建立在已有的非稳态多变量油品蒸发损耗的油罐上，由系统模块、操作模块、研究模块、文件管理模块、帮助模块和退出模块组成数据库管理软件；将获得的油罐油气初始摩尔分数、油罐参数、装油流量的信息输入数据库管理软件；计算出油罐储运过程的油罐气体空间油气摩尔分数分布，在线形成油气摩尔分数分布的各种图表，表示出油气摩尔分数的动态变化情况；本发明可准确、方便地评价油品自然蒸发损耗过程中油气摩尔分数排放规律以及温度、罐内初始浓度装油速度等对油气摩尔分数的影响情况，以及不同流速、油温下损耗率变化情况，可配合油气回收装置的开发应用和油气回收技术的研究。

Description

一种油品蒸发损耗的评价系统及其评价方法

技术领域

本发明涉及环境保护及节能技术领域，特别涉及非稳态多变量油品蒸发油罐上的油品蒸发损耗评价系统及其评价方法，用于原油、汽油等各种成品油、化工产品等物流过程中蒸发损耗评价。

背景技术

目前，石油在开采、炼制、储运、销售及应用等过程中，由于受到工艺、技术及设备的限制，温度、气压、盛装油品容器的气液相体积变化等因素影响，不可避免地会有一部分液态烃组分汽化而逸入大气，造成严重的油品蒸发损耗。从炼厂成品油储罐到小型汽车的油箱之间，一般就有汽油从炼厂成品油储罐装油到火车槽车、一部分油气挥发弥漫在槽车的气相空间，随着汽油逐步装入，槽车的液相空间越来越大，气相空间越来越小，原槽车内的空气、油气以及新挥发出来的油气随之被排入大气，造成装车过程的油气损耗。储运过程的油气损耗本质上与轻质油品的饱和蒸汽压及气液相体积变化有关，相同条件下，油品越轻，其饱和蒸汽压越高，油品蒸发损耗越大：气液相体积变化越大，油品蒸发损耗越大。火车槽车卸油到大型油库、大型油库装油到汽车罐车、汽车配送成品油到零售加油站、从零售加油站加油到汽车油箱等5个装卸环节。按平均蒸发损耗每个环节0.113％计算，则车用汽油的损耗率为1-(1-0.113％)⁵≈0.564％。由此可见，每千吨车用汽油从炼厂出来以后，会至少损失5.64吨。由于损耗的物质主要是油品中较轻的组分，因此油品蒸发将造成质量下降。当汽油蒸发损失达1％时，10％蒸发温度上升2.78℃，辛烷值降低0.5个单位，使汽油发动机工作性能变坏，加速汽油氧化，增加汽油胶质。

由于轻质油品大部分属挥发性易燃易爆物质，易聚积，与空气形成爆炸性混合物后沉聚积于洼地或管沟之中，遇火极易发生爆炸或火灾事故，造成生命和财产的重大损失。人们目前更多的是通过加强管理，增加安全设施投入来被动地防止事故的发生。由于油气爆炸极限范围宽，油气扩散范围广，安全生产影响因素多，由此引起的火灾爆炸事故仍时有发生。每当这些油气集中的作业场所进行检修施工等作业时，都要投入人力和物力来防止火灾发生以保证施工作业的安全。

近年来，油气回收技术和油气回收装置成套技术有了很大的发展，但由于油气回收装置的价格总体比较昂贵，推广存在难度，因此对各种油气作业场所作业环节和储存容器蒸发损耗的定量评价尤显重要。

发明内容

为定性及定量分析油罐、油罐车、油船等储运设备(以下统称为油罐)在各种工况下的油品蒸发损耗问题，为储油容器设计、油气回收等相关领域提供基础依据，本发明提供了一种建立在已有的非稳态多变量油品蒸发损耗油罐的基础上的油品蒸发损耗评价系统，有利于加深对油品蒸发损耗规律的认识，为降低蒸发损耗提供了依据。

本发明还提供了一种功能齐全、人机交互灵活的油品蒸发损耗的评价方法。

油品蒸发损耗的评价系统采用的技术方案是：该评价系统建立在已有的非稳态多变量油品蒸发损耗的油罐上，由系统模块、操作模块、研究模块、文件管理模块、帮助模块和退出模块组成数据库管理软件；其中系统模块包括油罐参数管理和计算常数管理模块；操作模块包括单罐损耗评价、批量收发损耗评价和储运过程损耗评价模块；研究模块包括温度/流量/时间影响、扩散系数拟合、二维曲线拟合工具模块；查询模块包括历史评价记录和历史研究记录模块；文件管理模块包含一个窗口、可选择删除不再有用的历史数据库文件；帮助模块包含常用的帮助菜单；退出模块包含一个程序运行结束代码、对程序完成的数据进行检查完整后关闭程序主窗口。

油品蒸发损耗的评价方法采用的技术方案是依次按如下步骤：(1)以已有的油罐为基础，将获得的油罐油气初始摩尔分数、油罐参数、装油流量的信息输入数据库管理软件；(2)通过数据库管理软件计算出油罐储运过程单罐或多罐操作时的油罐气体空间油气摩尔分数分布，(3)在线形成油气摩尔分数分布的各种图表，表示出油气摩尔分数的动态变化情况。

本发明的有益效果是：

(1)可准确、方便地评价油品自然蒸发损耗过程中油气摩尔分数排放规律以及温度、罐内初始浓度、装油速度等对油气摩尔分数的影响情况，以及不同流速、油温下损耗率变化情况，有力地配合油气回收装置的开发应用、油气回收相应技术的研究等。

(2)油罐内各流速、各时刻下的油气摩尔分数、损耗率的确定，为优先选择适当的收油流速、收油时间提供依据；亦为固定温度条件下，优化油品储存时间提供依据。

(3)提供了节能监测技术；测得油气排放规律以及损耗率，可作为进一步优化作业条件、作业时间的依据，从而达到了节能降耗的目的。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是油品蒸发损耗的评价系统的总体结构示意图；

图2是图1中系统模块结构方案示意图；

图3是图1中操作模块结构方案示意图；

图4是图3中单罐损耗评价模块结构方案示意图；

图5是图3中批量收发油损耗评价模块结构方案示意图；

图6是图3中储运过程损耗评价模块结构方案示意图；

图7是图1中研究模块结构方案示意图；

图8是图7中温度流量时间影响研究模块结构方案示意图；

图9是图1中查询模块结构方案示意图；

图10是图1中帮助模块结构方案示意图；

图11是油品蒸发损耗的评价方法的实现流程图。

具体实施方式

如图1～10所示，油品蒸发损耗的评价系统，该评价系统建立在已有的非稳态多变量油品蒸发损耗的油罐上，由系统模块、操作模块、研究模块、文件管理模块、帮助模块和退出模块七个部分组成数据库管理软件。该数据库管理软件包括所有能够实现其功能的主控模块和计算机编程语言，如VB、C语言等编程语言。

其中系统模块可完成基本计算参数的设置，包括油罐参数管理和计算常数管理两个模块。油罐参数管理模块可完成油罐标识、油罐类型(浮顶、拱顶、立式、卧式)、基本尺寸、储存介质类型、密度、雷德蒸汽压的设置；计算常数管理模块完成当地大气压、油气摩尔浓度、压缩因子、气体常数等的设置。这些参数一次设定完成，避免在单个评价操作或研究时重复输入。

操作模块完成单罐收付油、多罐收付油、倒罐、加油等过程的损耗计算。包括单罐损耗评价、批量收发损耗评价及储运过程损耗评价三个模块：单罐损耗评价可以通过三个模块分别进行收油、付油以及静止三种储运过程的损耗评价；批量收发损耗评价模块可以通过三个模块分别批量进行收油、付油、静止3种储运过程的损耗评价；储运过程损耗评价模块可以通过倒罐、装车、加油3模块进行储运过程的损耗评价。

研究模块包括温度/流量/时间影响、扩散系数拟合和二维曲线拟合工具模块，研究模块用来研究温度、油面上升速度、时间等对损耗的影响，并整合了excel的二维曲线拟合小工具。模块主要是通过输入的温度、流量、时间其中的单个计算参数(其他参数固定)下损耗量等数据。

查询模块包括历史评价记录和历史研究记录模块，通过这二个模块分别从数据库搜索查询曾经储存过的评价记录和研究记录，选择查看图表和数据。

文件管理模块包含一个窗口、可选择删除不再有用的历史数据库文件，用来删除无用的数据，及时释放硬盘空间。

帮助模块提供软件的帮助，包含常用的帮助菜单。

退出模块结束程序，包含一个程序运行结束代码、对程序完成的数据进行检查完整后关闭程序主窗口。

如图11所示，油品蒸发损耗的评价方法步骤是：以已有的油罐为基础，选择操作菜单，将获得的油罐油气初始摩尔分数、油罐参数、装油流量的信息输入数据库管理软件；通过数据库管理软件计算出油罐储运过程单罐或多罐操作时的油罐气体空间油气摩尔分数分布，在线形成油气摩尔分数分布的各种图表，形象即时表示出油气摩尔分数的动态变化情况。软件通过数据库管理计算参数和计算结果，计算参数分为基本参数(高级用户干涉)和临时参数(普通用户干涉)。基本参数放于数据的一个表中，临时参数和计算结果堆放在数据库的另外一张表中。当需要查询数据时，软件从数据库中调用数据进行相应处理。

上述通过数据库管理软件计算出油罐储运过程单罐或多罐操作时的油罐气体空间油气摩尔分数分布时；对油罐进油时不同时刻、罐内气体空间不同位置油气摩尔分数分布、油品蒸发损耗量计算的数学依据是：

$\left\{\begin{array}{c}C(x,\mathrm{\τ})=(C_s,C_0)\frac{1-\mathrm{erf}\left[A(x,t)\right]}{1+\mathrm{erf}\left(v^{\′}\right)}+C_0\\ A(x,\mathrm{\τ})=\frac{x-(H_{10}+U_{1\mathrm{\τ}})}{\sqrt{4\mathrm{D\τ}}}-v^{\′}\\ (\mathrm{\τ}\≥0,x\≥H_{10}+U_{1\mathrm{\τ}})\end{array}\right.$

$G_{\mathrm{ht}}={\∫}_0^{\mathrm{\τ}}\mathrm{\μ}{\mathrm{FN}}_h\mathrm{d\τ}=\sqrt{\frac{D}{\mathrm{\π}}}\frac{\mathrm{\μPF}(C_s-C_0)}{\mathrm{zRT}[1+\mathrm{erf}\left(v^{\′}\right)]}{\∫}_0^{\mathrm{\τ}}\frac{1}{\sqrt{\mathrm{\τ}}}\×$

$\{\frac{1}{\exp \left[\left(A{(H,\mathrm{\τ})}^2\right)\right]}+\frac{C_s[1-\mathrm{erf}\left(A(H,\mathrm{\τ})\right)]+C_0[\mathrm{erf}\left(A(H,\mathrm{\τ})\right)+\mathrm{erf}\left(v^{\′}\right)]}{[1-(C_s-C_0)]\exp \left[{\left(v^{\′}\right)}^2\right][1+\mathrm{erf}\left(v^{\′}\right)]}\}\mathrm{d\τ}$

上述公式各字母的含义如下表：

A  算式参数；                      T    储油容器气体空间温度，℃；

C  油气摩尔分数，mol/mol；         U₁   储油容器液面上升速率，m/s；

D  油气与空气的扩散系数，m²/s；    x    储油容器内各计算点离罐底的距离，

                                   m；

F  储油容器油面面积，m²；          z    平均油气压缩因子；

G  收油过程中油品蒸发总质量，kg；  μ   油气摩尔质量，g/mol；

H  储油容器高度，m；                 τ       计算时间，s；

H₁ 油面高度，m；                      v       无因次平均摩尔传递速率；

N  油品蒸发摩尔通量，kmol/(m²·s)；   上标：’动坐标系；

P  储油容器气体空间压力，Pa；         下标：0 初始状态；

R  气体常数R＝8314，34J/(kmol·K)；   h       罐顶或油罐口(x＝H)；

上述评价方法的人机界面具体操作步骤是：

步骤1：在操作功能菜单选项下选择单罐损耗评价→收油，弹出油罐收油损耗评价操作界面。

步骤2：在“油罐参数修改”和“计算参数修改”两个数据库里设置、修改。其中可以通过油罐标识选择不同的已经设置好的油罐进行操作。作业前后液位、油气初浓度、油温、离液面最近间距、流量、损耗积分精度、浓度计算点间距等参数是在实验研究，实际操作中录入的现场参数，根据实际需要进行相关的调整。开始日期和结束日期是录入的即时操作时间。窗口中的“time-q”、“time-h”两个标签选项，供实际操作中选择改变时间时自动计算流量还是自动计算液位。在默认状态下，标签“hq决定总时”被选定，总时(共计用时)是通过体积改变量于流量的关系得到；也可以选中“总时决定终时”(同时需要选定“time-q”、“time-h”之一)在秒的文本框输入总时(秒)。

步骤3：单击“开始损耗评价”按钮，在下面的数据显示窗口显示评价结果。

步骤4：计算完成后，数据存盘退出、察看相关图表两个原本灰色按钮可以使用。在评价结果窗口显示了计算的结果。其中：

罐油量——表示本次作业的收发量(静止时表示罐内总油量)；

排放量——表示共计从油罐排放口排放的油气质量，侧重衡量跑到大气中并对产生了大气污染的那一部分油品的量；

蒸发量——是实际从油面蒸发出来的油气质量，侧重衡量本次作业中装油数量已经损失、但有可能部分尚未排放到到大气中的那一部分油品的量；

损耗率——是排放量除以罐油量的比率；

蒸发率——表示蒸发量除以罐油量的比率。

步骤5：单击“察看相关图表”按钮，图表各选项以供选择。选择作业或研究代码后，选择对应的油罐标识，进行察看图表类型的选择。

步骤6：选择一种类型后，进行弹出的框内相关参数的设置。

步骤7：单击下一步，查看所选择的图表。该窗口包含了数据显示区域、拟合趋势线操作区域和图形显示区域。

Claims (7)

1.一种油品蒸发损耗的评价系统，该评价系统建立在已有的非稳态多变量油品蒸发损耗的油罐上，其特征是：由系统模块、操作模块、研究模块、文件管理模块、帮助模块和退出模块组成数据库管理软件；其中系统模块包括油罐参数管理和计算常数管理模块；操作模块包括单罐损耗评价、批量收发损耗评价和储运过程损耗评价模块；研究模块包括温度/流量/时间影响、扩散系数拟合、二维曲线拟合工具模块；查询模块包括历史评价记录和历史研究记录模块；文件管理模块包含一个窗口、可选择删除不再有用的历史数据库文件；帮助模块包含常用的帮助菜单；退出模块包含一个程序运行结束代码，对程序完成的数据进行检查完整后关闭程序主窗口。

2.根据权利要求1所述的一种油品蒸发损耗的评价系统，其特征是：油罐参数管理模块用来完成油罐标识、油罐类型、基本尺寸、储存介质类型、密度、雷德蒸汽压的设置；计算常数管理模块完成当地大气压、油气摩尔浓度、压缩因子、气体常数的设置。

3.根据权利要求1所述的一种油品蒸发损耗的评价系统，其特征是：单罐损耗评价模块通过收油、付油和静止模块完成收油、付油和静止三种储运过程的损耗评价；批量收发损耗评价模块通过收油、付油和静止模块分别批量进行收油、付油和静止三种储运过程的损耗评价；储运过程损耗评价模块通过倒罐、装车和加油模块完成倒罐、装车和加油储运过程的损耗评价。

4.根据权利要求1所述的一种油品蒸发损耗的评价系统，其特征是：研究模块通过输入的温度、流量、时间损耗量等数据，包含了根据已有的油罐的拟扩散系数的试算模块和Excel的二维曲线拟合工具。

5.根据权利要求1所述的一种油品蒸发损耗的评价系统，其特征是：查询模块分别从数据库搜索查询曾经储存过的评价记录和研究记录，选择查看图表和数据。

6.根据权利要求1所述的一种油品蒸发损耗的评价系统，其特征是：文件管理模块可选择删除不再有用的历史数据库文件，以及时释放硬盘空间。

7.一种油品蒸发损耗的评价方法，其特征是依次按如下步骤：

(1)以已有的油罐为基础，将获得的油罐油气初始摩尔分数、油罐参数、装油流量的信息输入数据库管理软件；

(2)计算出油罐储运过程单罐或多罐操作时的油罐气体空间油气摩尔分数分布；对油罐进油时不同时刻、罐内气体空间不同位置油气摩尔分数分布、油品蒸发损耗量计算的方法是：

$\left\{\begin{array}{c}C(x,\mathrm{\τ})=(C_s,C_0)\frac{1-\mathrm{erf}\left[A(x,t)\right]}{1+\mathrm{erf}\left(v^{\′}\right)}+C_0\\ A(x,\mathrm{\τ})=\frac{x-(H_{10}+U_{1\mathrm{\τ}})}{\sqrt{4\mathrm{D\τ}}}-v^{\′}\\ (\mathrm{\τ}\≥0,x\≥H_{10}+U_{1\mathrm{\τ}})\end{array}\right.$

$G_{\mathrm{ht}}={\∫}_0^{\text{\τ}}\mathrm{\μ}{\mathrm{FN}}_h\mathrm{d\τ}=\sqrt{\frac{D}{\mathrm{\π}}}\frac{\mathrm{\μPF}(C_s-C_0)}{\mathrm{zRT}[1+\mathrm{erf}\left(v^{\′}\right)]}{\∫}_0^{\mathrm{\τ}}\frac{1}{\sqrt{\mathrm{\τ}}}\×$

$\{\frac{1}{\exp [\left(A{(H,\mathrm{\τ})}^2\right)}+\frac{C_s[1-\mathrm{erf}\left(A(H,\mathrm{\τ})\right)]+C_0[\mathrm{erf}\left(A(H,\mathrm{\τ})\right)+\mathrm{erf}\left(v^{\′}\right)]}{[1-(C_s-C_0)]\exp \left[{\left(v^{\′}\right)}^2\right][1+\mathrm{erf}\left(v^{\′}\right)]}\}\mathrm{d\τ}$

(3)在线形成油气摩尔分数分布的各种图表，表示出油气摩尔分数的动态变化情况。

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