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石油油罐·大气环境

浮顶油罐 边缘密封 VOC 排放量估算 — API 2517

石油炼制、储备基地使用的浮顶油罐（EFRT/IFRT）中泄漏的烃类 VOC，用 API 2517 的边缘密封损失公式换算为年排放量的工具。改变油罐直径、密封类型、蒸气压、风速后，排放量和规制合规性实时显示，可用于密封改修和规制应对的事前检讨。

参数设置
油罐直径 D
m
屋顶形式
外部浮顶受风的直接影响
边缘密封
机械式一次密封→液面挂载依次泄漏减少
蒸气压 P
kPa
夏季汽油 RVP 相当于 60～90 kPa
平均分子量 M_v
g/mol
吞吐量 Q
bbl/年
年度出货量。直接关联抽取损失
风速 v
m/s
运行条件
代表流体的预设（参考显示）
计算结果
—
油罐周长 (ft)
—
边缘密封排放 (kg/yr)
—
抽取排放 (kg/yr)
—
总 VOC 排放 (t/yr)
—
单桶 g/bbl
—
规制合规
—
浮顶油罐截面 — 边缘密封扩散

浮顶浮在液面上并上下升降，侧板间隙由边缘密封填充。风强时密封产生压力差，VOC 向大气侧泄漏。

风速敏感性 — 边缘密封排放量 vs 风速
密封类型对比 — 同条件下的边缘密封排放
理论·主要公式

$$L_{\text{rs}} = (K_{ra} + K_{rb}\,v^{n})\cdot \frac{P}{P_{\text{atm}}}\cdot \frac{M_v}{100}\quad\text{[lb/ft·yr]}$$

API 2517 的边缘密封损失公式。K_ra 和 K_rb 是密封类型的系数，v 是风速，n=1.5，P 是蒸气压，M_v 是分子量。

$$E_{\text{rim}} = L_{\text{rs}}\cdot \pi D\cdot 3.281\cdot 0.4536\quad\text{[kg/yr]}$$

边缘密封周长 πD（m→ft 换算 3.281）和单位质量换算 0.4536 相乘，转换为年度 kg。

$$E_{\text{wd}} = 0.0001\,Q\cdot \frac{P}{35},\qquad E_{\text{tot}} = E_{\text{rim}} + E_{\text{stand}} + E_{\text{wd}}$$

抽取损失 E_wd（Q 是桶/年）和全损失 E_tot。E_stand 在 EFRT 中为 0，内部浮顶、圆顶中为常数 50 kg/yr。

浮顶油罐 边缘密封 VOC 排放量估算概述

🙋
石油油罐里，屋顶好像飘在液面上。这样做有什么特殊的原因吗？
🎓
很好的观察。那叫「浮顶」，用于储存汽油、原油等容易挥发的液体的大型油罐。固定屋顶油罐中，液面上有大的气相空间，白天温度上升时，那里的 VOC（挥发性有机化合物）就像呼吸一样逐渐逸出。这叫呼吸损失。用浮顶，气相空间消失了，损失能降低到十分之一以下。
🙋
明白了！那用了浮顶就不会有 VOC 泄漏了？可是调整左边「边缘密封」的滑块，排放量会大幅变化呢？
🎓
不会完全消失。浮顶和侧板之间必然会有几厘米的间隙，需要用「边缘密封」填充。老式的只用机械式一次密封的油罐，当风吹来使侧板那边压力下降时，VOC 就会通过密封间隙扩散逸出。按照 API 2517 的公式，机械式一次密封的 K_ra 有 6.7 lb/ft·yr，但液面挂载加二次密封的时候就能降到 0.4。风速的 v^1.5 次方的依赖性也很重要，海边基地在 8～10 m/s 的风速下，排放量会增加好几倍。
🙋
吞吐量（年度出货量）也是个输入参数。它作用在什么损失上？
🎓
是「抽取损失（withdrawal loss）」。每次出货液面下降，湿润的侧板内表面就会露出来。那里残留的薄膜油会蒸发，1 桶的量级累积起来，年度就会显著增加。蒸气压越高的汽油，库存转速越高的油罐，抽取损失就越大。本工具用 E_wd = 0.0001Q·(P/35) 的线性近似来估算，和边缘密封损失合并计算。
🙋
右上有「规制合规」显示，25 t/yr 这个数字从何而来？
🎓
那是本工具的参考值，取自美国 EPA NESHAP 大规模油罐区分和日本《大气污染防止法》关于 VOC 排放抑制对象的标准，粗略舍入成 25 t/yr。实际上因地区条例、州规制、全厂总量控制方案而异。比如加州 SCAQMD 的第 463 条规定了边缘密封间隙本身要 ≤3.8 cm²/m 圆周长，东京、神奈川是按 VOC 总量规制（年排放量×浓度×时间）单独计算。这个工具是为了掌握「从二次密封改成多重密封，排放能减到几分之几」「强风地区会增加几倍」之类的敏感性，最终判定一定要按当地规制和实测来决定。

常见问题

浮顶直接悬浮在液面上，因此固定屋顶油罐的呼吸损失（breathing loss）几乎不会发生。取而代之的是，屋顶与侧板之间「边缘密封」中的微小间隙中的扩散，以及由风产生的压力差导致的边缘密封损失（rim seal loss）变得支配性的。此外，每次排放时，湿润的油罐壁表面蒸发的抽取损失（withdrawal loss）也会叠加，内部浮顶（IFRT）甲板配件的泄漏也会增加。
API 2517 / AP-42 中，边缘密封损失表示为 L_rs = (K_ra + K_rb · v^n) · P* · M_v / D。K_ra 是「无风系数」，K_rb 是「风依赖系数」，依赖密封类型。机械式一次密封的 K_ra=6.7（lb/ft·yr）较大，液面挂载时可降至 0.4。P* 是蒸气压函数（≈P/P_atm），M_v 是分子量，v 是周边风速（mph 或 m/s）。本工具采用 kPa 和 m/s 的简化形式，直接代入即可返回与 API 值大致一致的近似解。
EFRT（External Floating Roof Tank）的屋顶直接暴露在大气中，受太阳热和风的强烈影响。而 IFRT（Internal Floating Roof Tank）是将浮顶放在固定屋顶内，甲板支腿、分配器等配件成为额外的损失源，但风的影响降低。本工具将 EFRT 的「立柱损失（standing loss）」设为 0，对 IFRT 和大地测量圆顶增加配件产生的常数 50 kg/yr。实际情况中，随配件数量的不同，变动范围为 100～500 kg/yr。
本工具设定的 25 t/yr 是一个参考值，源自美国 EPA NESHAP Subpart CC 和日本《大气污染防止法》中关于「大型油罐」的备案、持续测量的标准，经简化舍入至该值。实际上因地区条例、州规制、全厂总量控制和交易（cap & trade）而异。例如，SCAQMD（加州）的第 463 条例将边缘密封间隙本身限制在 ≤3.8 cm²/m 圆周长，而东京、神奈川则按 VOC 总量规制（年排放量×浓度×时间）单独计算。判定作为参考值运作，实际项目必须确认当地规制。

实际应用

炼油厂、石油储备基地的密封更新检讨：直径 40～80 m 的原油、汽油油罐在数十个并排放置的基地中，从机械式一次密封改为液面挂载加二次密封，每个油罐年度 VOC 可减少 5～15 t。本工具改变密封类型，实时显示改修前后的比率和经济损失额，可用于改修工程优先顺序确定（高蒸气压汽油 → 原油 → 柴油）的根据资料。

环境影响评价（EIA）的事前检讨：新建油罐基地的建设许可申请中，需提前用 AP-42 或 API 2517 公式推算年度 VOC 排放量，在环境评价报告书中记载与周边臭气规制、光化学污染形成的关系。本工具能同时比较最恶劣条件（夏季蒸气压上升加强风）和正常运行工况的差异，适合设计阶段的概略评价。

EPA NESHAP / SCAQMD 对应的内部资料：拥有美国法人的石油商社、贸易商每年需向 EPA NESHAP Subpart CC 和加州 SCAQMD Rule 463 提交密封间隙检查结果。用本工具生成风速敏感性图表，结合当地实测风况数据，可定量化规制违反风险和是正成本，直接用于公司 ESG 报告。

CFD 詳細解析的事前确认：大型油罐会用 ANSYS Fluent 或 OpenFOAM 进行密封周围扩散、对流场的 CFD 求解。本工具的解析推算值可用于 CFD 的质量保存检查（流入流出平衡是否与 API 式差异太大），以及合理网格尺寸的决定。如 CFD 返回结果为本工具的 5 倍以上，要怀疑边界条件风速、扩散系数的设定。

常见误解和注意点

最大的陷阱是「用浮顶就不会有 VOC 排放」这种错误认识。确实浮顶相比固定屋顶几乎消除了呼吸损失，但边缘密封和抽取损失必然存在。特别是老式机械式一次密封（K_ra=6.7），直径 60 m、夏季 RVP 80 kPa 的汽油油罐，本工具也会计算出超过 20 t/yr。「用浮顶就安心」在规制对应中是说不通的。必须进行包含密封类型和劣化状态在内的个别评价。

其次是「仅用年平均风速评估」的问题。边缘密封损失有 v^1.5 的非线性依赖，即使年平均风速 4 m/s，强风日（10 m/s）的贡献也能占实际排放的一半。应该从 AERMET 等气象数据获取 1 小时值直方图，用本工具离散积分。一定要确认风速敏感性图表的陡峭右上升趋势，并在公司内共享暴露条件的幅度。

最后是「API 2517 对所有流体都适用」的误解。API 公式基本上为汽油、轻汽油等可近似为纯物质的烃类开发，对混合原油和化学品（甲醇、MTBE）需要系数修正。特别是 MTBE 这样的高挥发、亲水性化合物，不考虑水分凝聚导致的有效蒸气压下降，就会高估。本工具的「运行条件」选择只是显示用标签，系数是固定值。实际项目需根据流体组成修正 K_ra / K_rb。

使用指南

  1. 输入油罐直径（米）。例如选择石油储备油罐的标准规格 40 m 直径时，周长约 125.7 m，自动换算。
  2. 设置产品的真实蒸气压（kPa）和分子量（g/mol）。输入石油产品物性，如汽油（蒸气压 60 kPa、MW=100）、轻油（蒸气压 3 kPa、MW=280）等。
  3. 设置年度吞吐量（bbl/yr）后，API 2517 计算公式自动计算边缘密封损失和抽取排放。从结果获得 VOC 年排放量（t/yr）和单桶 g/bbl 数值，显示与 VOC 规制基准的合规判定。

具体计算示例

假设油罐直径 45 m，年度吞吐量 100,000 bbl/yr，汽油储存条件。输入蒸气压 62 kPa、MW=95 g/mol 时，按 API 2517 公式计算，边缘密封周长排放约 8,500 kg/yr，抽取排放 3,200 kg/yr。总 VOC 排放约 11.7 t/yr，每桶 117 g/bbl。符合日本石油产品运输储存事业的规制基准 150 g/bbl 以下。

实务注意事项