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Emissionsberechnung nach API 2517/2519, Jens Fleitmann, 29.11.2006 / 1TÜV SÜD Industrie Service GmbH
Emissionsberechnung nach API 2517/2519Emissionsberechnung nach API 2517/2519Manual of Petroleum Manual of Petroleum MeasurementMeasurement Standards, Ch. 19.2 Standards, Ch. 19.2 EvaporativeEvaporative--lossloss fromfrom FloatingFloating--roofroof TanksTanksVDI 3479 und 2440VDI 3479 und 2440Jens Jens FleitmannFleitmann, TÜV SÜD Industrie , TÜV SÜD Industrie ServiveServive GmbHGmbH
Emissionsberechnung nach API 2517/2519, Jens Fleitmann, 29.11.2006 / 2TÜV SÜD Industrie Service GmbH
§ Einleitung
§ VDI 2440, VDI 3479
§ MPMS Ch. 19.2 - Evaporative Loss from Floating Roof Tanks
§ Geltungsbereich
§ Gesamtverlust
§ Berechnungsgrundlagen
§ Standverlust / Standverlustfaktoren
§ Entnahmeverlust / Entnahmeverlustfaktoren
§ Berechnungsbeispiel
§ Zusammenfassung
Gliederung
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Einleitung
Emissionsberechnung - warum?
n Lagerung von Mineralöl und dessen Derivaten erfolgt häufig in Schwimmdachtanks
§ Anforderungen des Gesetzgebers (Emissionsschutz)
§Messung nur mit erheblichem mess – und sicherheitstechnischem Aufwand durchführbar
§ Emissionen aus diffusen Quellen
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VDI 2440
VDI 2440 Emissionsminderung Mineralölraffinerien
4.3.2 Tanklager
§ „Die Ermittlung der Emission aus der Lagerung und den Arbeitsvorgängen in Tanklägern erfolgt durch Berechnung“
§ „Die KW- Emissionen der Festdach- und Schwimmdachtanks wird gemäß den jeweiligen Formeln der Richtlinie VDI 3479 berechnet“
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VDI 3479
VDI 3479 Emissionsminderung Raffinerieferne Mineralöltankläger
4. Ermittlung der Emissionen
4.1 Festdachtanks (ohne Innenschwimmdecke)„Zur Berechnung der KW-Emissionen aus Festdachtanks wird eine Berechnungsmethode nach DGMK 4590 herangezogen; es können auch andere Rechenmethoden, wie nach API 2518 verwendet werden“.
4.2 Schwimmdachtanks„Zur Berechnung der KW-Emissionen aus Schwimmdachtanks wird die international anerkannte Rechenmethode nach API 2517 herangezogen“
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MPMS Ch. 19.2
MPMS Ch. 19.2 - Evaporative Loss from Floating Roof TanksSECOND EDITION, SEPTEMBER 2000(FORMERLY, API PUBL 2517 AND API PUBL 2519)
§ Zusammenfassung der Erkenntnisse aus API 2517 (EFRTs)und API 2519 (IFRTs)
§ Methoden zur Abschätzung der Gesamtverluste
§ basiert auf Daten aus Laboruntersuchungen, Test-Tanksund Feldmessungen
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Geltungsbereich
Geltungsbereich:
§ EFRTs, IFRTs (freibelüftet) , CFRTs (freibelüftet)
§ übliche Ausrüstung
§ ein- und mehrkomponentige Kohlenwasserstoffe
§Windgeschwindigkeiten von 0-15 mph
§ Tankdurchmesser > 20 ft
§ gut gewartet, normaler Betriebszustand
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Gesamtverlust
Der Gesamtverlust setzt sich zusammen aus
§ Standverlust Ls
§ Entnahmeverlust Lw
[ ]lb/yrLLL wst +=
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Berechnungsgrundlagen
Folgende Informationen sind für die Abschätzung des Standverlustes mindestens notwendig:
§ Dampfdruck des Produkts oderDampfdruck nach Reid sowie mittlere Lagertemperatur
§ Produkttyp (z.B. ein- oder mehrkomponentige KW)
§ Tankdurchmesser
§ Schwimmdachtyp (EFRT, IFRT oder CFRT)
§ Festdachtyp (mit / ohne Festdachstützen)
§ Durchschnittliche Windgeschwindigkeit (nur EFRT)
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Berechnungsgrundlagen
Folgende Zusatzinformationen erhöhen die Genauigkeit der Abschätzung:
§ Tankwandkonstruktion (geschweißt oder genietet) (EFRTs)
§ Typ der Ringspaltdichtung(vapor-, liquid-, shoe- oder rim-mounted, primary only)
§ Typ und Anzahl der Dachausrüstungen
§ Schwimmdachkonstruktion(Ponton oder Doppeldeck, geschweißt oder genietet)
§ Molekulargewicht des Produktdampfes
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Berechnungsgrundlagen
Folgende Informationen sind für die Abschätzung des Entnahmeverlustes notwendig:
§ Jährlicher Durchsatz
§ Produkttyp
§ Produktdichte
§ Tankdurchmesser
§ Zustand der inneren Tankwand und der Festdachstützen(IFRTs und CFRTs)
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Standverlust / Standverlustfaktoren
Standverluste sind
§ Verluste aus der Ringspaltdichtung
§ Verluste aus den Dachausrüstungen(Führungsrohr, Peilrohr, Tankdachstützendurchführungen etc.)
§ Verluste aus den Dachnähten (nur für nicht geschweißte Dächer)
§ vom Umschlag unabhängig !
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Standverlust / Standverlustfaktoren
Standverlust Ls
Fr = Verlustfaktor der Ringspaltabdichtung [lb-moles/yr]Ff = Verlustfaktor der Dachausrüstungen [lb-moles/yr]Fd = Verlustfaktor der Dachnähte [lb-moles/yr]P* = Dampfdruckfunktion [ ]Mv = Molekulargewicht des Produktdampfes [lb/lb-mole]Kc = Produktfaktor [ ]
( ) ( ) ( )[ ] [ ]lb/yrKM*PFFFL cvdfrs ++=
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Standverlust / Standverlustfaktoren
Verlustfaktor der Ringspaltdichtung Fr
Kra = windunabhängiger Verlustfaktor der Ringspaltdichtung[lb-moles/(ft · yr)]
Krb = windabhängiger Verlustfaktor der Ringspaltabdichtung[lb-moles/((mph)n · ft · yr)]
V = durchschnittliche jährliche Windgeschwindigkeit [mph]n = windabhängiger Verlustexponent der Ringspaltdichtung [ ]D = Tankdurchmesser [ft]
( ) [ ]moles/yr-lbDVKKF nrbrar ⋅⋅+=
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Standverlust / Standverlustfaktoren
Verlustfaktor der Dachausrüstungen Ff
Nfi = Anzahl der Armaturen des Typs i [ ]Kfi = Dacharmaturenverlustfaktor [lb-mole/yr]
mit Kfi = Kfai + Kfbi · (Kv · V)mi und Kv=0.7 (EFRTs) und V=0 (IFRTs, CFRTs)
Kfai = windunabhängiger Dacharmaturenverlustfaktor [lb-mole/yr]Kfbi = windabhängiger Dacharmaturenverlustfaktor [lb-mole/(mphmi · yr)]mi = windabhängiger Verlustexponent der Dachausrüstung [ ]Kv = Windgeschwindigkeitskorrekturfaktor [ ]V = mittlere Windgeschwindigkeit [mph]
( ) ( ) ( )[ ] [ ]moles/yr-lbKNKNKNF fkfkf2f2f1f1f +++= K
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Standverlust / Standverlustfaktoren
Verlustfaktor der Dachnähte Fd
Kd = Dachnahtverlustfaktor je Nahtlängeneinheit [lb-mole/(ft ·yr)]Sd = Dachnahtlängenfaktor [ft/ft2]
mit Sd = Lseam/ Adeck
und Kd = 0 (geschweißtes Dach), Kd = 0,34 (genietetes Dach),
Lseam = totale Dachnahtlänge [ft]Adeck = Dachfläche [ft2]D = Tankdurchmesser [ft]
[ ]moles/yr-lbDSKF 2ddd ⋅⋅=
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Standverlust / Standverlustfaktoren
Dampfdruckfunktion P*
P = tatsächlicher Dampfdruck bei mittlerer Lagertemperatur [psiabs]Pa = mittlerer Umgebungsluftdruck [psiabs]
alternativ P* aus Tabelle
( )( )[ ]{ } [ ]
/11
/P* 25.0a
a
PP
PP
−+=
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Standverlust / Standverlustfaktoren
Molekulargewicht des Produktdampfes Mv
kann bestimmt werden mittels:
§ Analyse des Dampfes
§ Abschätzung aus der Zusammensetzung des Produkts
einkomponentige KW ð Mv = Molekulargewicht des fl. Produkts
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Standverlust / Standverlustfaktoren
Produktfaktor Kc
§ berücksichtigt den Effekt verschiedener Produktgruppen auf die Verluste
§ Einkomponentige Kohlenwasserstoffe (petrochemicals) ðKc = 1.0
§ Mehrkomponentige Kohlenwasserstoffe inkl. Raffinate(z.B. Benzin, Naphta) ðKc = 1.0
§ Rohöl ðKc = 0.4
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Entnahmeverlust
Entnahmeverluste sind
§ Verluste, die nur bei Tankentleerungsvorgängen auftreten durch:
§ Verdunstung an der Tankwand
§ Verdunstung an den Tankdachstützen (IFRTs und CFRTs)
§ vom Umschlag abhängig !
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Entnahmeverlust / Entnahmeverlustfaktoren
Entnahmeverlust
Q = jährlicher Durchsatz [barrels/yr]Wl = mittlere Produktdichte [lb/gal]D = Tankdurchmesser [ft]C = Wandbenetzungsfaktor [barrels/1000 ft2]Nfc = Anzahl der Festdachstützen (IFRTs und CFRTs)Fc = Durchmesser der Dachstützen [ft] (IFRTs und CFRTs)
( ) [ ]lb/yrD
FN1D
WCQ0.943L cfclw
+
=
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Berechnungsbeispiel
Ausgangsdaten
Tankparameter (Rohöltank)Durchmesser D = 52 mZustand der Tankinnenwand leicht angerostetWandbenetzungsfaktor C = 10,27 · 10-6 mJahresdurchsatz 800.000 m3/a
Umgebungsparameter∅ Windgeschwindigkeit v = 3,35 m/s∅ Lagertemperatur T = 20 °CLuftdruck Pa = 1013 hPa
Schwimmdachdichtungmechanische Gleitschuhdichtung (primär)mit randmontierter Sekundärdichtung ð Kr = 5,1 kmol/(m ·a)
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Berechnungsbeispiel
Ausgangsdaten
Schwimmdachausrüstungen1 geschlitztes Führungsrohr ohne Abstreifer KF1 = 1315 kmol/a1 Mannloch KF2 = 0,7 kmol/a1 Flüssigkeitsstandsanzeiger KF3 = 21,6 kmol/a1 Peilrohr KF4 = 1,0 kmol/a2 Be-/Entlüftungsarmaturen KF5 = 9,4 kmol/a20 Ringpontonstützen KF6 = 1,7 kmol/a60 Membranstützen KF7 = 0,7 kmol/a
Produktparameter (Rohöl)Dichte Wl = 860 kg/m³Molekulargewicht der Produktdämpfe M = 50 kg/kmolMittlerer Dampfdruck bei Lagertemperatur p = 500 hPaProduktfaktor Kc = 0,4
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Berechnungsbeispiel
( )( )[ ]{ }
( )( )[ ]{ }
17,094,249,0
10013,1/105,011
10013,1/105,0
/11
/P*
25.055
55
25.0
==
⋅⋅−+
⋅⋅=
−+=
−−
−−
a
a
PP
PP
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Berechnungsbeispiel
Berechnung des Standverlustes Ls
( ) ( ) ( )(
)
akgL
D
s /5774
KM*PK60K20K2K1K1K1K1KM*PKL
KM*PFKM*PFKM*PFL
cvF7F6F5
F4F3F2F1cvrs
cvdcvfcvrs
=
⋅⋅⋅⋅⋅+⋅+⋅+⋅+⋅+⋅+⋅+⋅⋅⋅⋅=
⋅⋅⋅+⋅⋅⋅+⋅⋅⋅=
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Berechnungsbeispiel
Berechnung des Entnahmeverlustes Lw
Berechnung des Gesamtverlustes L t
akgL
L
DWCQ
w
w
lw
/54452
8601027,10000.8000,4
0,4L
6
=
⋅⋅⋅⋅=
⋅⋅⋅=
−
akgLL ws /63185445774L t =+=+=
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Zusammenfassung
MPMS Ch.19.2 EvaporativeEvaporative--lossloss fromfrom FloatingFloating--roofroof TanksTanks
§ derzeit einzige international anerkannte Rechenmethode fürSchwimmdachtanks
§ Methoden zur Abschätzung der Gesamtverluste
§ basiert auf Laboruntersuchungen, Test-Tanks und Feldmessungen
§ Entnahmeverlust bezogen auf Standverlust normalerweise relativ gering
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Zusammenfassung
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit !