Методы и средства снижения потерь нефти и нефтепродуктов

Задание

Задание студенту Джуманову Ильвару Фаридовичу гр. РЭМ-441 «Потери нефтепродуктов от испарения из резервуаров. Расчет потери бензина от больших дыханий».

Задание на расчет потерь бензина.

Определить потери бензина при «большом дыхании» из резервуара РВС-5000, расположенного в г. Уфе на перевалочной нефтебазе. Диаметр резервуара Др = 22,76 м., высота Нр = 11,9 м, высота корпуса крыши h_k=0,57 м, высота взрыва бензина начальная _вз=7м, высота взрыва конечная. Закачка длится t=2,5 часа, с производительностью Q=60м³/ч. Средняя температура бензина T_ср=298 К.

Время простоя резерва Т_ср=17,5 ч. Закачка производится днем в ясную солнечную погоду. Нагрузка дыхательных клапанов Pк.в.=196,2 Па.

Рк.д. =1362 Па. Барометрическое давление Ра=0,1013. Температура начала кипения бензина Тн.к.=319 К, плотность, давление насыщенных паров 311 К. Географическая широта расположения резервуара '.

• Введение

  4

• 1. Расчет потерь бензина от «большого дыхания» 6
• 2. Некоторые методы и средства снижения потерь нефти и нефтепродуктов 15
• 2.1 Резервуары для хранения легковоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ) 15
• 2.2 Резервуары с металлическими и синтетическими понтонами 15
• 2.3 Резервуары с плавающей крышей 16
• 2.4 Резервуары повышенного давления 18
• 2.5 Резервуары с эластичными полимерными оболочками (ПЭО) 19
• 2.6 Подземное и подводное хранение топлив 19
• 2.7 Использование дисков — отражателей 20
• 3. Техника безопасности 22

• Заключение

  23

• Список литературы

  24

Нефть и нефтепродукты проходят сложный путь транспортировки, хранения и распределения. От скважин до установки нефтеперерабатывающего завода, от завода до потребителя. При этом они подвергаются многочисленным транспортным операциям, которые сопровождаются потерями, составляющими около 9% от годовой добычи нефти. Из них 2−2,5% приходятся на потери в сфере транспорта, хранения и распределения нефтепродуктов. Эти потери подразделяются на количественные (утечки, разливы, аварии), качественно-количественные (испарение, смешение). Значительную долю в общем балансе потерь составляют потери от испарения в резервуарах и при сливо-наливных операциях.

Испарение нефти и бензинов приводит к изменению их физико-химических свойств, уменьшению выхода светлых нефтепродуктов при переработке нефти, ухудшению эксплуатационных характеристик двигателей. В связи с этим затрудняется запуск двигателей, надежность их работы, увеличивается расход топлива и сокращается срок эксплуатации. Теряемые легкие углеводороды загрязняют окружающую среду и повышают пожароопасность предприятий.

По данным исследований Всероссийского Научного исследовательского института по сбору, подготовке и транспорту нефти (ВНИИСПТ нефти), при испарении 2% по весу легких фракций автобензин октановое число снижается в среднем N^a=0,4 единицы, а удельная мощность двигателя N^a = 0,24−0,4%.Этому снижению октанового расхода топлива N^a0,3 — 0,36% для различных марок автобензина.

Потери нефтепродуктов на нефтебазах происходят в результате нарушения правил технической эксплуатации сооружений и технологического оборудования. Эти потери (от утечек, смешения, загрязнения, обводнения, неслитого остатка и др.) должна быть полностью ликвидирована или уменьшена путем повышения технического уровня эксплуатации, проведения организационно-технических и профилактических мероприятий.

Одним из основных видов потерь нефти и нефтепродуктов являются потери от «больших дыханий» резервуаров при закачке продукции. «Зеркало» нефтепродуктов при этом как торец поршня в поршневом насосе поднимается вверх и, снимая газовое пространство резервуара, заставляет открыться тарелкам механических дыханий клапанов. Ниже представлен расчет потерь бензина от «большого дыхания» РВС-5000.

1. Расчет потерь бензина от «большого дыхания»

1. Определим площадь зеркала бензина

(1)

где d_р — внутренний диаметр резервуара, м.

d_р =22,76 м.

2. Найдем высоту газового пространства после закачки бензина.

Н_г1=Н_р-Н_вз+, м (2)

где H_р — высота резервуара, м. H_р=11,9 м.

Н_вз = высота взрыва после закачки бензина, м.

Н_вз=11м.

— объем, ограничиваемый поверхностью крыши и плоскостью, проходящей через верхний срез цилиндрической части резервуара (для вертикальных цилиндрических резервуаров с конической крышей, здесь h_k — высота конуса крыши, м.)

м (3)

3. Абсолютное давление в газовом пространстве резервуара до закачка Р_р=101 325Па

4. Находим высоту газового пространства резервуара до закачки с учетом конуса крыши.

(4)

где — высота взлива бензина конечная, м.

=11м.

— высота взлива бензина начальная, м.

=7м.

=5,09 м.

5. Найдем объем газового пространства резервуара

м³ (5)

где f_б— площадь зеркала бензина, м²

6. Найдем отношение абсолютного давления газового пространства резервуара к средней температуре бензина

(6)

7. По графику (рис. 1.) для определения плотности бензиновых паров, исходя из уравнения состязания

(7)

найдем плотность паров бензина, где р₁ — абсолютное давление в газовом пространстве, Па

Рис. 1. График для определения плотности бензиновых паров

Ммолярная масса паров бензина, кг/моль;

— универсальная газовая постоянная, Дж/(моль•К)

=8314,3 Дж/(моль•К)

Т — средняя температура бензина, Т_пср = 298 К.

8. По формуле Воинова находим молярную массу бензиновых паров

(8)

где Т_п=Т_н.к-30К (9)

где Т_н.к — температура начала кипения бензина, К

Т_н.к = 319К,

Тогда Т_н=319−3=289К.

Подставляем значение Т_н в формулу (8)

М = 52,629−0,246•289+0,001•289²=65,056 кг/моль

9. Подставляя данные в формулу (7), получим:

10. Находим суммарное время до окончания закачки бензина

(10)

где f_пр— время простоя резервуара до закачки,

f_пр=17,5г

f₃— время закачки резервуара,

f₃=2,5 часа

f=17,5+2,5=20часов

11. Найдем прирост средней относительной концентрации в газовом пространстве резервуара за время простоя, (табл 25 [2]), где Сs — концентрация бензиновых паров на линии насыщения.

(для =20часов при солнечной погоде) (11)

12. Вычислим скорость выхода паровоздушной смеси через 2 дыхательных клапана типа НДКМ-200

(11?)

где Q — производительность закачка, м³/ч

Q=60м³/м³,

d — диаметр (внутренний) дыхательного клапана НДКМ-200, d=200мм = 0,2 м.

2 — число дыхательных клапанов.

13. Произведем нахождение величины — прироста средней относительной концентрации в газовом пространстве резервуара за время выкачки бензина (по графику24 [2]), рис. 3.

Рис. 3. Зависимость часового прироста относительной концентрации в газовом пространстве во время выкачки из резервуара, оборудованного двумя дыхательными клапанами типа НДКМ:

1 — РВС-300;

2 — РВС-500;

3 — РВС-10 000;

4 — РВС-20 000;

(12)

14. Найдем среднюю относительную концентрацию в газовом пространстве резервуара в рассматриваемый период

(13)

где — высота газового пространства резервуара после закачки бензина, м

=1,09

— высота газового пространства резервуара до закачки бензина, м

=5,09

— время закачки, час. =2,5 часа

— средняя относительная концентрация в газовом пространстве резервуара за время 2,5 часовой закачки

=0,052

— средняя относительная концентрация в газовом пространстве резервуара за время простоя, =0,2

15. Определим давление насыщенных паров бензина

По графику 23 для Т_п ср=298⁰К (рис.4)

Р_s = 28 800 Па

Рис. 4. График для определения давления насыщенных паров нефтепродуктов: 1 — авиационные бензины; 2 — автомобильные бензины

16. Определим среднее расчетное парциальное давление паров бензина

(14)

где — средняя относительная концентрация в газовом пространстве резервуара в рассматриваемый период, = 0,544

— среднее расчетное парциальное давление паров бензина, =28 800 Па

=0,544М28 800=15667 Па

17. Рассчитаем потери бензина на одного «большого дыхания»

(15)

где — объем закачиваемого в резервуар бензина за 2,5 часа,

=2,5МQ=2.5М650=1625 м³

— объем газового пространства резервуара перед закачкой бензина, м³, =2070 м³

— абсолютное давление в газовом пространстве в конце закачки

Р²=Р_а+Р_к.у, (16)

где Р_а — барометрическое (атмосферное) давление Р_а=101 320 Па,

Р_к.у — нагрузка дыхательных клапанов, Па

Р_к.у = 1962

Р₂ = 101 320+1962=103 282 Па

Р₁ — абсолютное давление в газовом пространстве в начале закачки, Па

Р₁=Р_а-Р_к.в. Па, (17)

где Р_к.в. — нагрузка вакуумного дыхательного клапана, Р_к.в. = 196,2 Па

Р₁=101 320−196,2=101 123,8 Па

Р_у — среднее расчетное парциальное давление паров бензина, Р_у = 15 667 Па

— плотность паров бензина, кг/м³, =2,98 кг/м³

18. Определим, на какое давление должен быть установлен дыхательный клапан, чтобы при расчетных условиях пп. 1−17 не было потерь от «большого дыхания».

(16)

где — объем газового пространства резервуара до закачки, м³, =2070 м³

— объем газового пространства после прекращения закачки, м, =1625 м³

— величина упругости бензиновых паров, Па, =15 667 Па

— абсолютное давление в газовом пространстве в конце закачки

=103 282 Па

Естественно, такое значительное давление вертикальный цилиндрический резервуар типа РВС выдержать не сможет, поэтому нельзя перегружать дыхательные клапаны во избежание потерь «от большого дыхания».

2. Некоторые методы и средства снижения потерь нефти и нефтепродуктов

Транспортирование, хранение, приём и выдача горючего (моторных топлив) обычно сопровождается потерями, которые с точки зрения их предотвращения условно можно разделить на потери естественные, эксплуатационные, организационные и аварийные. Ущерб, наносимый потерями топлива, определяется не только их стоимостью, но и загрязнением окружающей среды. Загрязнение атмосферы парами нефтепродуктов оказывает вредное воздействие на окружающую среду и здоровье человека. К естественным потерям нефтепродуктов следует отнести потери от испарения. Потери топлива при использовании наиболее широко распространённого современного оборудования полностью предотвратить, как правило, невозможно. Их можно в значительной степени снизить путём рациональной организации работ и поддержания на должном уровне технического состояния резервуаров и других сооружений.

2.1 Резервуары для хранения легковоспламеняющихся жидкостей

(ЛВЖ)

При хранении ЛВЖ стравливание паров происходит практически постоянно и только в атмосферу. Периодичность стравливания и количество продуктов, стравливаемых в атмосферу, зависит от типа и конструкции резервуара.

2.2 Резервуары с металлическими и синтетическими понтонами

Понтон состоит из металлических поплавков, выполненных в виде коробов — сегментов.

Синтетические понтоны практически непотопляемы вследствие отсутствия полых поплавков, могут легко быть смонтированы как во вновь строящихся, так и в действующих резервуарах, имеют значительно меньший вес и меньшую стоимость по сравнению с металлическими понтонами, незначительно уменьшают полезную емкость резервуара.

Впервые в 1968 г. Ново — Горьковском НПЗ был смонтирован понтон из синтетических материалов в резервуаре с крекинг — бензином. Уменьшение потерь от испарения составило 70%.

Герметичность понтона, плотность затвора и, следовательно, эффективность его эксплуатации характеризуется степенью насыщения бензиновыми парами газового пространства, заключённого между кровлей и понтоном в резервуаре.

Степень насыщения газового пространства в момент замера определяется величиной, измеренной концентрации бензиновых паров, делённой на величину концентрации насыщения при минимальной суточной температуре, имея в виду, что концентрация насыщения по своей величине будет соответствовать давлению насыщенных паров.

При удовлетворительном монтаже понтона и отсутствии дефектов это отношение не должно превышать 0.3, что соответствует сокращению потерь топлива в размере около 80% по сравнению с резервуаром без понтона. Если отношение меньше 0.3, то понтон работает удовлетворительно, а если больше 0.3, то понтон не имеет достаточной герметичности.

2.3 Резервуары с плавающей крышей

В отличие от резервуара с понтоном в резервуаре с плавающей крышей отсутствует кровля (рис.5). Существуют резервуары емкостью 3000, 10 000, 50 000 м³ с плавающими крышами.

Плавающая крыша имеет расположенные по периметру 32 короба — понтона трапециевидной формы. В нижнем положении она покоится на трубчатых опорных стойках на отметке 1800 мм от днища, а при заполнении — поднимается вместе со стойками. Положение плавающей крыши фиксируется двумя направляющими из труб диаметром 500 мм, предназначенных для отбора проб и замера уровня. Вода с плавающей крыши отводится по дренажной системе, состоящей из стальных труб с шарнирами. Спуск с площадки на плавающую крышу происходит по лестнице. Зазор между плавающей крышей и корпусом резервуара по проекту составляет 200 мм (максимальный — 300 мм и минимальный—120 мм). Для герметизации кольцевого зазора между плавающей крышей и корпусом применен мягкий уплотняющий затвор РУМ-1[3].

Рис. 5. Схема устройства резервуаров с плавающей крышей (а) и понтоном (б):

1 — корпус резервуара; 2 — стационарная крыша; 3 — нижние опоры понтона, 4 — направляющие плавающей крыши; 5 — плавающая крыша; буплотняющий скользящий затвор; 7- скользящая лестница; 8 -пластиковые покрытия понтона; 9 — пенополиуретановый слой; 10 -уплотнители; 11 — кольца жесткости; 12 — сборник осадков; 13 -дренажная система.

По данным [3], в США в среднем для 18 000 резервуаров, из которых около 7000 со стационарной крышей, а остальные — с плавающей крышей или понтоном, потери следующие:

Таблица 1

2.4 Резервуары повышенного давления

К резервуарам повышенного давления относятся каплевидные и сферические емкости типа ДИСИ и др. Промышленные испытания по определению эффективности каплевидного резервуара емкостью 2000 м в части сокращения потерь от испарения автобензина при различных операциях впервые проводились в осенний период 1958 г.

Дыхательный клапан был отрегулирован на избыточное давление 3000 мм вод. ст. и вакуум 130 мм вод. ст. Испытания показали, что при низких температурах окружающего воздуха потерь бензина от «малых дыханий» не было. Потери от «больших дыханий» снизились на 33—48%. Резервуары типа ДИСИ имеют емкость 400, 700, 1000 и 2000 м³ и рассчитаны на избыточное давление от 1300 до 2000 мм вод. ст. и вакуум 30—50 мм вод. ст. Расположение поясов ступенчатое. С внутренней стороны стенки для увеличения устойчивости при вакууме имеются кольца жесткости.

Стоимость резервуаров повышенного давления значительно выше стоимости вертикальных цилиндрических «атмосферных» резервуаров. На многих химических и нефтехимических предприятиях большое количество легковоспламеняющихся жидкостей (метанол, этиловый спирт, изопропиловый спирт, стирол, метилстирол и др.) хранят в «атмосферных» резервуарах, вследствие чего происходят большие потери продуктов и загазовывается воздушный бассейн.

2.5 Резервуары с эластичными полимерными оболочками (ПЭО)

Поиск способов исключения потерь от испарения ЛВЖ при их хранении ведет к разработке конструкции резервуаров с эластичными полимерными оболочками (ПЭО). Эта конструкция вообще исключает потери продукта от испарения.

ПЭО представляет собой мешок, который вкладывается в пространство, образуемое несущими конструкциями. Такие резервуары могут быть наземными и подземными.

Разработаны два типа резервуаров: цилиндрические и траншейные. Цилиндрические резервуары имеют предварительно напряженную стенку, купольное покрытие и грунтовое днище. Внутри этой конструкции подвешивается цилиндрическая полимерная оболочка.

Траншейные резервуары представляют собой котлованы, закрытые железобетонным покрытием или легким перекрытием из полимерных материалов. В траншею свободно укладывается оболочка — вкладыш, в котором хранится продукт.

Оболочки — вкладыши изготавливают из полимерных пленочных материалов: резинотканевые и на основе совмещенного полиамида. Широкое применение находят эластичные резервуары из полимерных материалов небольшого объема для хранения и перевозки автотранспортом.

2.6 Подземное и подводное хранение топлив

Проводились испытания по хранению углеводородных топлив в шахтных подземных емкостях, сооружаемых в монолитных осадочных, метаморфических и изверженных горных породах.

Производственный эксперимент подтвердил, что при хранении нефтепродуктов в подземных емкостях потерь бензина и дизельных топлив почти не происходит.

За рубежом находит применение подводное хранение топлив. Строительство подводных хранилищ большой емкости непосредственно на морском промысле делает ненужным прокладку нефтепроводов к берегу. Кроме того, нефть из такого хранилища может перекачиваться в крупнотоннажные танкеры, которые из-за своих размеров не могут заходить в порты.

2.7 Использование дисков - отражателей

Эффективным средством сокращения потерь от «больших дыханий» являются диски-отражатели (рис. 6).

Подвешенный под монтажным патрубком дыхательного клапана диск — отражатель препятствует распространению струи входящего в резервуар воздуха вглубь газового пространства, изменяя направление струи с вертикального на горизонтальное. Слои газового пространства, находящиеся у поверхности продукта, не перемешиваются входящей струей воздуха, и поэтому концентрация паров продукта в паровоздушной смеси, вытесняемой в атмосферу при заполнении резервуара, уменьшается, что снижает потери от «больших дыханий».

Простота конструкции и короткий срок окупаемости позволяют широко внедрять диски-отражатели в резервуарах. Диаметр диска-отражателя обычно равен 2,6—2,8 диаметра люка резервуара, сделанного для дыхательного клапана. Диск-отражатель подвешивается под патрубком люка на расстоянии, равном диаметру последнего, на стойке с фиксатором.

Рис. 6. Диск отражатель с центральной стойкой

1 — дыхательный клапан; 2- огне — преградитель; 3 — монтажный патрубок; 4 — диск — отражатель; 5 — стойка для подвешивания диска.

3. Техника безопасности

Резервуарный парк должен соответствовать нормам и техническим условиям проектирования складских предприятий и хозяйств.

Эксплуатация резервуарного парка организована в соответствии с «Правилами технической эксплуатации резервуаров», другими действующими документами.

Для предупреждения разлива нефтепродукта предусматриваем обвалование высотой, рассчитанной на половину объема резервуаров, с запасом на высоту 0,2 м. На ограждающих валах предусматриваем лестницы — переходы.

Резервуарные парки обеспечиваем первичными средствами пожаротушения.

Наполнение и опорожнение герметичного резервуара осуществляется при производительности насосов, не превышающей норм пропускной способности дыхательных клапанов. Гидравлический клапан заливается незамерзающей жидкостью со сменой его 2−3 раза в год. Существуют сроки осмотра оборудования и арматуры резервуаров.

Резервуары заземлены и имеют молниеотводы. При наполнении резервуаров осуществляется визуальный или автоматический контроль уровня. Лестницы и замерные площадки очищаются от снега и льда.

Водоспускные краны и задвижки в зимнее время утепляем. Открытие и закрытие задвижек необходимо производить плавно, без рывков во избежание гидравлического удара.

Заключение

Борьба с потерями нефтепродуктов в настоящее время очень актуальна и приобретает на нефтяных объектах все большее распространение, т.к. легче и экономичнее внедрить мероприятие, быстро себя окупающее, чем вводить новую скважину в эксплуатацию.

В своей работе я предпринял попытку разобрать вопрос определения величины потерь «от большого дыхания» резервуара, но существуют и другие разновидности потерь легких фракций от испарения, такие как потери от «малого дыхания», от обратного выдоха, от вентиляции газового пространства, от выдувания «газового сифона» и т. д.

В качестве жидких потерь тоже существует немало различных видов — аварий, утечки, смешение при последовательной перекачке, слив остатков цистерн на промывочно-пропарочных пунктах, зачистке резервуаров, перелив резервуаров, неполная очистка сточных вод перед сбросом в водоемы.

Во втором разделе при анализе методов борьбы с потерями ограниченный объем выпускной работы не позволил остановиться еще на ряде способов, применяющихся у нас в России и за рубежом.

Сюда можно отнести газоуравнительную систему с газосборником и без него, перевод резервуаров на повышенное избыточное давление, изотермическое хранение, применение микрошариков и пен и т. д.

1. Едигаров С. Г., Бобровский С. А. Проектирование и эксплуатация нефтебаз и газохранилищ. М.: Недра, 1993

2. Константинов Н. А. Потери нефти и нефтепродуктов. М.: Недра, 1991

3. Новоселов В. Ф. Расчеты при проектировании и эксплуатации нефтебаз и нефтепродуктов М.: Недра, 1995

4. Нормы естественной убыли нефтепродуктов, М.: Вега, 2004 г.

5. Семенова Б. А. Вопросы экономики при хранении нефтепродуктов. М.: ВНИИОЭНГ, 1992.

6. Шишкин Г. В. Справочник по проектированию нефтебаз, М.: Недра, 1998