Покупателям


Механизм и динамика испарения нефтепродуктов в резервуарах

Испаряется всякая жидкость, имеющая свободную поверхность. Испарение происходит в результате теплового движения молекул: часть из них покидает поверхность нефтепродукта и становится паром.

Газовое пространство (ГП) резервуаров заполнено паровоздушной смесью (ПВС), которая практически никогда не бывает насыщенной. Это связано с регулярным поступлением в них атмосферного воздуха. Полностью насыщенный парами нефтепродукта слой ПВС имеется только непосредственно над поверхностью углеводородной жидкости; он называется диффузионным слоем. Поэтому величина средней объемной концентрации паров углеводородной жидкости в ГП резервуара С удовлетворяет неравенству С = Сs, где Cs — концентрация насыщенных паров нефтепродукта, которая, в свою очередь, равна Cs = Ps/Pг (здесь Рs— давление насыщенных паров углеводородной жидкости; Рг — давление в ГП резервуара).

Движущей силой процесса испарения является разность концентраций Cs С. Модуль движущей силы равен

Δπ=(Сs-С)/(1-Сs)

Чем больше давление насыщенных паров нефтепродукта (оно растет с увеличением температуры и уменьшением соотношения объемов ГП и хранимой углеводородной жидкости), тем больше Cs и, соответственно, тем интенсивнее он испаряется. По мере приближения величины С к Сsмодуль движущей силы уменьшается, а при С = Cs вообще равен нулю, т.е. процесс испарения прекращается.

Количество углеводородной жидкости, испаряющейся с ее поверхности в резервуаре в единицу времени, равно JF, где J — плотность потока массы испаряющейся жидкости; F — площадь «зеркала» ее поверхности.

Физический смысл величины J следующий: она показывает какое количество нефтепродукта испаряется с единицы ее поверхности в единицу времени. Величина J в общем случае зависит от величины модуля движущей силы и типа осуществляемой технологической операции. Так, при хранении углеводородных жидкостей динамика их испарения определяется соотношением силы тяжести, силы внутреннего трения, характеризуемой величиной кинематической вязкости паровоздушной смеси Vпвс, и диффузии молекул нефтепродукта в воздухе, характеризуемой величиной коэффициента молекулярной диффузии DM. При заполнении резервуаров испарение углеводородных жидкостей интенсифицируется за счет их перемешивания струей закачиваемой жидкости, которое, в свою очередь, зависит от расхода закачки и уровня нефтепродукта в емкости. Наконец, при опорожнении резервуаров струя подсасываемого воздуха достигает поверхности углеводородной жидкости и, двигаясь вдоль нее, интенсифицирует процесс испарения.

Различают потери нефтепродуктов от «больших дыханий», «малых дыханий», «обратного выдоха», от насыщения газового пространства и от его вентиляции.

Потери от «больших дыханий* имеют место при операциях заполнения. При откачке углеводородной жидкости из резервуара объем газового пространства увеличивается. Поэтому давление в нем падает, и через дыхательную арматуру в резервуар подсасывается атмосферный воздух. Это, с одной стороны, приводит к снижению средней концентрации углеводородов в ГП, а с другой стороны, струя воздуха омывает поверхность нефтепродукта. В результате процесс его испарения интенсифицируется. При последующем заполнении резервуара насыщенная углеводородами паровоздушная смесь вытесняется в атмосферу.

Потери от «малых дыханий» обусловлены суточными колебаниями температуры (главным образом) и атмосферного давления. В ночное время температура наружного воздуха уменьшается, вызывая остывание паровоздушной смеси в ГП резервуара, что, в свою очередь, приводит к снижению давления в нем. Как только вакуум достигает величины, равной уставке вакуумного клапана, внутрь резервуара начинает поступать атмосферный воздух, интенсифицируя процесс испарения. В дневное время под воздействием солнечной радиации и более высокой температуры наружного воздуха давление в ГП резервуара увеличивается. Как только оно сравняется с уставкой клапана давления, паровоздушная смесь начинает вытесняться в атмосферу.

Потери от «обратного выдоха» обусловлены следующим. После частичного опорожнения резервуара до некоторого уровня его газовое пространство недонасыщено углеводородами. При дальнейшем простое резервуара происходит донасыщение ГП, что вызывает рост давления в нем. Как только оно достигает уставки клапана давления, последний открывается, и происходит вытеснение в атмосферу некоторого объема паровоздушной смеси.

Потери от вентиляции газового пространства в литературе обычно объясняют наличием двух и более отверстий в крыше или корпусе резервуара, расположенных на разных уровнях. Считается, что в этом случае вследствие разности плотностей воздуха и паровоздушной смеси образуется газовый сифон: паровоздушная смесь истекает через нижнее отверстие, а освободившееся пространство занимает воздух, подсасываемый через верхнее отверстие.

Однако такой механизм вентиляции имеет место только в частном случае, когда давление в ГП равно атмосферному. На самом деле вследствие изменения температуры и испарения нефтепродуктов оно, как правило, либо больше, либо меньше атмосферного. Соответственно, при этом через все имеющиеся отверстия либо происходит истечение паровоздушной смеси в атмосферу, либо в резервуар подсасывается воздух.

Следовательно, потери от вентиляции газового пространства имеют место только тогда, когда давление в ГП превышает атмосферное, но дыхательная арматура закрыта.

Потери от насыщения газового пространства возникают после завершения закачки в том случае, когда концентрация углеводородов в нем ниже концентрации насыщенных паров. При этом, хотя закачка окончилась, дыхательная арматура резервуара не закрывается, так как углеводородная жидкость продолжает испаряться. Потери от насыщения газового пространства имеют место, как правило, при окончании закачки легкоиспаряющихся нефтепродуктов в резервуары в первой половине дня, когда температура ГП увеличивается. При окончании закачки во второй половине дня падение температуры газового пространства, как правило, оказывает большее влияние на давление в нем, чем испарение углеводородной жидкости. И поэтому потерь от насыщения газового пространства в этом случае обычно не бывает.

Техническим специалистам