Покупателям


Сокращение потерь нефтепродуктов от испарения из резервуаров типа РВС

Все мероприятия, направленные на сокращение потерь нефтепродуктов от испарения, могут быть разделены на две группы:

1)уменьшающие объемы «выдохов» резервуаров;

2)уменьшающие концентрацию углеводородов в «выдохах».

К первой группе методов относится применение газовых обвязок, газоуравнительных систем, а также организационных мероприятий.

Газовой обвязкой называется система трубопроводов, объединяющих газовые пространства резервуаров с одинаковым нефтепродуктом.

image203

Принципиальная схема газовой обвязки:
1, 2, 3 — резервуары с нефтепродуктом; 4 — дыхательный клапан; 5 — задвижка;
6 — огнепреградитель; 7 — коллектор; 8 — конденсатосборник

Благодаря этому в тех случаях, когда операция заполнения одних резервуаров совпадает по времени с опорожнением других, часть паровоздушной смеси из заполняемых резервуаров вытесняется не в атмосферу, а в опорожняемые резервуары. Доля паровоздушной смеси, перетекающей из одних резервуаров в другие, характеризуется эффективным коэффициентом совпадения операций Кс эф. Его величина равна

image201


где Кс — коэффициент совпадения операций при движении нефтепродукта, равный

image202

где Q3, QOT — суммарные расходы закачки и откачки углеводородной жидкости в группу резервуаров, объединенных газовой обвязкой, в рассматриваемый момент времени; dmу/dт — скорость изменения массы ее паров в объединенном газовом пространстве резервуаров.

Формула  читается так: величина Кс находится как отношение меньшего из двух расходов Q3 и QОT к расходу Q3. В предельных случаях получаем:

1)  если Qот = 0, то Кс = 0;

2)  если Q3 < Qот, то Кс = 1.

Последнее, однако, не означает, что применение газовой обвязки в этом случае позволяет сократить потери нефти (нефтепродукта) на 100%. Между резервуарами перетекает паровоздушная смесь, и величина ее расхода зависит от скорости испарения углеводородной жидкости.

Из формулы Кс.эф видно, что эффективный коэффициент совпадения операций всегда меньше, чем Кс. РавенствоКс.эф ~ Кс достигается только для плохо испаряющихся нефтепродуктов (дизельное топливо, керосин, масла и т.п.). Но газовую обвязку в этом случае и не применяют.

Следует подчеркнуть, что величины Кс и Кс.эф являются случайными. Поэтому, чтобы получить их достоверные средние значения за год, необходимо иметь выборку не менее чем из 200 точек.

 Установлено, что величина К связана с коэффициентом оборачиваемости группы резервуаров nоб приближенными зависимостями:

■   для нефтебаз

image204

для магистральных нефтепродуктопроводов

image205

Для обеспечения эффективной работы ГО необходимо;

■  обеспечивать синхронность процесса наполнения и опорожнения резервуаров по времени и производительности;

■  поддерживать полную герметичность системы;

■  регулярно осматривать и подтягивать фланцевые соединения, проверять исправность дыхательной арматуры резервуаров;

■  систематически сливать конденсат из трубопроводов газовой обвязки в конденсатосборник с дальнейшей его откачкой;

■  утеплять дренажные устройства и в зимнее время предохранять их от снежных заносов. 

Газоуравнительная система (ГУС) отличается от газовой обвязки наличием специального газосборника.

image208

Принципиальная схема газоуравнительной системы:
1 — резервуар с бензином; 2 — отвод; 3 — газосборник переменного объема; 4 — конденсатосборник;
5 — дыхательный клапан; 6 — огнепреградитель; 7 — задвижка; 8 — коллектор

Он служит для того, чтобы аккумулировать часть паровоздушной смеси при несовпадении операций закачки-выкачки. Благодаря этому сокращение потерь нефтепродуктов при применении ГУС больше, чем при применении газовой обвязки.

Теоретически возможно применение газосборников как постоянного, так и переменного объема.

В газосборниках постоянного объема аккумулирование паровоздушной смеси происходит благодаря небольшому избыточному давлению, на которое рассчитана дыхательная арматура. Сделаем оценку их аккумулирующей способности. Пусть газосборник имеет геометрический объем V0. Согласно уравнению состояния при давлении Рг1 и температуре Тг1 масса ПВС в газосборнике равна

1 - 0208

а при давлении Рг2 и температуре Тг2

1 - 0208.1

Соответственно, аккумулирующая способность газосборника постоянного объема равна

image206

то есть в 1 м3 газосборника аккумулируется масса ПВС

image207

Пусть Рг2 = 103 325 Па; Рг1 = 101 125 Па; Тт2 Тт1 = 300 К; МПВС2 = МПВС1 = 40 кг/кмоль. В этом случае ΔGпвс/Vо = 0,0353 кг/м3. То есть в газосборнике объемом V0 = 1000 м3 будет аккумулировано всего 35,3 кг паровоздушной смеси, что совершенно недостаточно.

Газосборники переменного объема изготавливают из эластичных материалов либо из тонколистового металла. Однако эластичные (например, резино-тканевые) газосборники недолговечны, а газосборники из тонколистового металла (например, типа «дышащий баллон») ненадежны.

К организационным мероприятиям, приводящим к уменьшению объема «выдохов», относятся:

■ хранение нефтепродуктов при максимальном заполнении резервуаров (снижаются потери от «малых дыханий»);

■ сокращение числа внутрискладских перекачек (снижаются потери от «больших дыханий»);

■ контроль за герметичностью дыхательной арматуры и резервуаров.

Ко второй группе методов относятся применение дисков-отражателей; покрытий, плавающих на поверхности продукта; систем улавливания легких фракций, а также организационных мероприятий.

Диск-отражатель устанавливается под монтажным патрубком дыхательного клапана.

С его помощью изменяется направление струи входящего воздуха с вертикального на горизонтальное. Благодаря этому вошедший воздух оттесняет пары нефтепродукта вниз, а сам занимает положение под кровлей. При последующем заполнении резервуара в атмосферу вытесняется этот воздух с примесью паров углеводородной жидкости, проникших в него благодаря диффузии и конвекции.

image209

Диск-отражатель для атмосферных резервуаров (конструкции НИИТранснефть):
1 — диск; 2 — стойка; 3 — монтажный патрубок; 4 — промежуточный фланец; 5 — дыхательный клапан;
6 — болт для крепления стойки к промежуточному фланцу

image210

Зависимость сокращения потерь бензина от «больших дыханий» при использовании дисковотражателей в резервуаре РВС 5000

Видно, что с увеличением суммарного времени простоя и закачки тс величина Sд уменьшается и при тс = 120 ч становится равной нулю. То есть при суммарном времени простоя и закачки, составляющем около 5 суток, применять диск-отражатель в резервуаре РВС 5000 бесполезно.

Объяснение этому факту достаточно простое. Неравномерное распределение концентраций углеводородов по высоте ГП, искусственно сформированное с помощью диска-отражателя в процессе откачки бензина из резервуара, не может сохраняться бесконечно. В результате молекулярной и конвективной диффузии молекулы нефтепродукта перемещаются к кровле резервуаров, поэтому после определенного времени тсраспределение концентрации по высоте ГП в резервуарах с диском-отражателем и без него становится практически одинаковым.

В ходе экспериментов было также установлено, что при любом тс диски-отражатели не дают положительного эффекта, если плотность подсасываемого воздуха больше плотности паровоздушной смеси в резервуаре, то есть в холодное время года.

Эффективность дисков-отражателей увеличивается с уменьшением номинальной вместимости резервуаров, при пасмурной погоде, а также при увеличении объема откачиваемого бензина. Но чтобы диск-отражатель сокращал потери от испарения, коэффициент оборачиваемости резервуаров должен быть не менее 40 1/год.

Покрытия, плавающие на поверхности нефтепродукта, уменьшают поверхность испарения и, соответственно, — скорость насыщения газового пространства резервуара углеводородами. В качестве таких покрытий могут применяться слой микрошариков из пластмасс, специальная низкоиспаряющаяся жидкость, имеющая меньшую плотность, чем нефтепродукт, а также жесткие конструкции (понтоны).

Микрошарики изготавливают из фенольно-формальдегидной или карбамидной смолы. Зто полые сферы, заполненные азотом, имеющие насыпную массу около

139   кг/м3. Благодаря малому диаметру (от 10 до 250 мкм) и небольшой массе, шарики, насыпанные на поверхность нефтепродукта, распределяются по ней в несколько слоев и хорошо закрывают ее.

В ходе лабораторных и промышленных испытаний было установлено, что в процессе хранения бензина микрошарики, плавающие на его поверхности слоем толщиной 20-25 мм, сокращают потери от испарения всего на 35-50%, что недостаточно. Недостатками также являются их унос при опорожнении резервуаров и последующее засорение фильтров; нарушение целостности защитного слоя из шариков под воздействием струй закачиваемой углеводородной жидкости; слипание и смерзание шариков на ее свободной поверхности под воздействием отрицательных температур.

По этим причинам микрошарики как средство сокращения потерь от испарения в настоящее время не применяются.

Жидкости более легкие и менее испаряющиеся, чем нефтепродукт, называют плавающими эмульсиями. Дисперсионной (несущей) средой в них является вода, а в качестве дисперсной фазы — смеси керосина, глицерина, этиленгликоля, желатина и других компонентов.

Практического применения данные эмульсии не получили из-за их непродолжительного срока службы.

Понтоны представляют собой жесткую газонепроницаемую конструкцию, закрывающую не менее 95% поверхности нефтепродукта, а также снабженную кольцевым затвором, герметизирующим оставшуюся поверхность.

Понтоны бывают металлические и синтетические.

Металлический понтон  состоит из металлических коробов-сегментов, как правило, расположенных по окружности и соединенных металлическим настилом (ковром). Короба бывают открытого (без верхней крышки) и закрытого типов. Понтоны с коробами второго типа более металлоемки, но зато и более надежны -— они не могут быть перекошены и даже затоплены из-за попадания в них углеводородной жидкости через верхнюю крышку.

Синтетические понтоны значительно менее металлоемки. Они различны по конструкции. Например, понтон, разработанный ВНИИСПТнефть (ныне ИПТЭР) состоит из кольца жесткости, на которое натянута сетка, служащая основой для ковра из газонепроницаемой полиамидной пленки. Плавучесть данной конструкции обеспечивается поплавками, выполненными из химически стойкого к углеводородам плиточного пенопласта. 

image211

Конструкция открытого металлического понтона: а — общий вид; б — открытый короб; 1 — наружное кольцо жесткости;
2 — центральное кольцо; 3 — днище понтона; 4 — опорная стойка; 5 — петлевой затвор

image212

Конструкция понтона из синтетических материалов:
1 — крепежные элементы; 2 — сетка; 3 — поплавки; 4 — верхний и нижний ковры; 5 — уплотняющий затвор; 6 — кольцо жесткости

Получили распространение и синтетические понтоны из пенополиуретана. Они монтируются из предварительно изготовленных жестких пенополиуретановых сегментов, защищенных (латексом или металлической облицовкой) от поглощения нефтепродуктов.

Разновидностью металлических являются понтоны из алюминия. В нашей стране к таковым относятся понтоны типа «Альпон».
image213

Конструкция алюминиевого понтона «Альпон»:
1 — настил понтона; 2 — верхняя балка; 3 — нижняя балка; 4 —поплавок; 5 — периферийная юбка;
6 — периферийный затвор; 7 — противоповоротное устройство; 8 — люк-лаз; 9 — кабель заземления; 10 — дренаж;
11 — стационарная опора; 12 — направляющая резервуара; 13 — затвор направляющей

Конструктивно он представляет собой алюминиевый настил, уложенный на несущие балки, которые, в свою очередь, помещены на цилиндрические поплавки. Достоинствами «Альпона» являются возможность монтажа из узлов и деталей, доставляемых внутрь резервуара через люк-лаз первого пояса, а также низкие затраты на ремонт и эксплуатацию. Вместе с тем алюминиевые понтоны в несколько раз дороже стальных.

Независимо от конструкции все понтоны должны быть заземлены (чтобы избежать разрядов статического электричества), снабжены направляющими (чтобы избежать вращения под воздействием струй закачиваемой жидкости), а также опорами (чтобы обеспечить возможность зачистки и ремонта резервуара, а также предотвратить «прилипание» понтона к днищу).

Одним из важнейших узлов любого понтона является уплотняющий затвор между ковром понтона и стенкой резервуара, потому что от качества герметизации данного кольцевого зазора во многом зависит величина сокращения потерь нефтепродукта в результате применения понтона.

Уплотняющие затворы в зависимости от конструкции и применяемых материалов разделяют на два типа: жесткие (механические) и мягкие.

Затвор жесткого типа  состоит из металлического уплотнительного кольца (или пластины), прижимаемого к стенке системой рычагов и пружин, и мембраны из резинотканевого материала, герметизирующей механическую часть затвора. Недостатком этих затворов является наличие газового пространства под мембраной, а также коррозия элементов конструкции.

image214

Схемы отечественных затворов жесткого типа:
а) шторный; б) РУРП-1;
1 — стенка резервуара; 2 — металлическая полоса (башмак); 3 — короб понтона; 4 — бензостойкая газонепроницаемая лента (мембрана);
5 — направляющая; 6 — шарнирно-стержневая система; 7 — пружина; 8 — защитный щиток от атмосферных осадков (для плавающих крыш)

Мягкие затворы изготавливают в виде оболочек с различными заполнителями (жидкости, воздух), из мягкого пористого эластичного материала или из резинотканевых материалов. Из-за быстрого износа эластичной оболочки жидкостные и пневматические затворы недостаточно надежны. Уплотнительный элемент в затворах из резинотканевых материалов со временем теряет жесткость и провисает, открывая зазор между ковром понтона и стенкой резервуара.

image215

Схема отечественных затворов мягкого типа:
а) петлевой; б) РУМ-1; в) РУМ-2;
1 — стенка резервуара; 2 — гибкий уплотнительный элемент из бельтинга; 3 — короб понтона; 4 — детали крепежа;
5 — подвеска; 6 — эластичный поролон; 7 — оболочка из прорезиненной ткани; 8 — эластичный пенополиуретан

Разновидностью затвора мягкого типа является уплотнение типа «язык». Оно представляет собой полосу прямоугольного или трапециевидного сечения из вспененного реактоили термопласта, заключенного в оболочку из резинотканевого материала.

Само многообразие видов уплотняющих затворов говорит о том, что идеальной конструкции этого устройства нет. Дискуссия возможна лишь в том плане, с помощью какого затвора достигается лучшая герметизация кольцевого зазора в резервуарах.

В нашей стране получили распространение затворы типов: РУРП-1, УЗПК-1, петлевой (бельтинговый), «язык», РУМ-1 и РУМ-2. Затворы РУРП-1 и УЗПК-1 жесткие, отличаются друг от друга конструкцией прижимного механизма. Остальные затворы — мягкие. Петлевой затвор выполнен в виде петли, прилегающей к стенке по периметру резервуара за счет упругости материала, из которого он изготовлен (бельтинг); РУМ-1 и РУМ-2 представляют собой эластичную оболочку с наполнителем (в первом случае его роль играет поролон, а во втором — пенополиуретан). Кроме того, затвор РУМ-2 снабжен вторичным герметизирующим элементом из газонепроницаемого материала.

Качество затворов характеризуют величиной коэффициента негерметичности Кг, который численно равен массе паров нефтепродукта, проникающей через единицу длины затвора в единицу времени при единичном перепаде давления. Рекомендуется принимать следующие величины Кг (кг/м·Па·ч): петлевой (бельтинговый) — 2,8·10-6; РУМ-1-2,14·10_-6; РУРП-1-2,04·10-6; РУМ-2-2,96·10-7; УЗПК-1 — 2,04·10-6.

По рекомендуемым величинам коэффициента негерметичности затворы РУМ-2 и УЗПК-1 не уступают лучшим зарубежным аналогам, обеспечивающим уменьшение потерь нефти и нефтепродуктов до 98%.

Однако необходимо иметь в виду, что качество герметизации кольцевого зазора между коробом понтона и стенкой резервуара зависит не только от типа уплотняющего затвора, но и от формы резервуара в плане. За рубежом резервуары сооружаются методом полистовой сборки из листов, которым предварительно придана нужная форма. Поэтому зарубежные резервуары представляют собой практически идеальные цилиндры, уплотнить кольцевой зазор в которых относительно легко. В нашей стране до недавних пор применяли только так называемый индустриальный метод возведения резервуаров из изготовленных на заводе рулонных заготовок. После развертывания таких заготовок на месте строительства форма резервуара в плане только напоминает круг. Поэтому при любом типе затвора понтона часть поверхности углеводородной жидкости в резервуаре остается незакрытой. Отсюда следует, что коэффициенты негерметичности, полученные в лабораторных условиях для затворов РУМ-2 и УЗПК-1, в условиях производства недостижимы.

На рисунке ниже приведены результаты моделирования на ЭВМ сокращения потерь бензина с помощью понтонов в зависимости от номинальной емкости резервуара и коэффициента его оборачиваемости.

image216
Зависимость сокращения потерь при применении понтона с затвором РУМ-1 от типоразмера резервуара и коэффициента оборачиваемости

Видно, что сокращение потерь прямо пропорционально вышеназванным величинам. Однако при качестве уплотнения, соответствующем затвору РУМ-2, сокращение потерь весьма отличается от цифр, приводимых в литературе: РВСП 20 000— 70-78%, РВСП 10 000— 6372%, РВСП 5000— 58-67%, РВСП 1000— 28-31%, РВСП 400— 11-28%. Следовательно, в условиях нефтебаз, где преобладают резервуары емкостью 1000 м3 и менее, понтоны обеспечивают сокращение потерь не более чем на 40%.

За рубежом для сокращения потерь нефтепродуктов от испарения широко применяются системы улавливания легких фракций (УЛФ), под которыми понимается совокупность технологического оборудования, обеспечивающего отбор и утилизацию легких фракций нефтепродуктов приповышении давления в газовом пространстве резервуаров до того, как произойдет их «выдох» в атмосферу. В системах УЛФ применяются следующие методы отделения углеводородов от паровоздушной смеси: конденсация компримированием, конденсация охлаждением, адсорбция, абсорбция.

При компримировании газовой смеси, отбираемой из резервуаров, углеводороды конденсируются частично или полностью. Доля сконденсировавшихся углеводородов зависит от давления, температуры и состава газовой смеси.

Для компримирования могут быть использованы компрессоры, либо жидкостно-газовые эжекторы (ЖГЭ). В первом случае по соображениям взрывобезопасности газовая смесь не должна содержать воздуха. Поэтому при возникновении в газовом пространстве резервуаров разряжения вместо воздуха в них должен подаваться углеводородный либо инертный газ. Это усложняет и удорожает конструкцию системы. Более предпочтительно использование ЖГЭ, поскольку в них нет подвижных частей и, следовательно, можно компримировать паровоздушную смесь без опасений. Однако применение жидкостногазовых эжекторов из-за их невысокого КПД связано с повышенными энергозатратами.

До 60-80% углеводородов может быть отобрано из паровоздушной смеси при ее охлаждении до -20...-30 °С. Однако низкотемпературные системы УЛФ очень дороги, так как необходимо практически мгновенно охладить ПВС на 40-60 'С.

Известны вещества (активированный уголь, пористые полимеры и др.), которые при контакте с паровоздушной смесью поглощают из нее (адсорбируют) углеводороды. Адсорбционная система УЛФ включает несколько колонн, называемых адсорберами. Часть из них работает, остальные находятся либо на регенерации (восстановление поглощающей способности загруженного в него адсорбента), либо в резерве. В связи с этим адсорбционные системы УЛФ относительно металлои капиталоемки.

Метод абсорбции заключается в том, что низколетучая жидкость (абсорбент) поглощает углеводороды из паровоздушной смеси, вытесняемой из резервуаров. Обычно абсорбционные системы УЛФ, как и адсорбционные, содержат несколько колонн-абсорберов. В качестве абсорбента используются керосин, дизельное либо печное топливо. С их помощью потери бензинов можно уменьшить на 90% и более.

В общем случае выбор типа системы УЛФ должен быть обоснован технико-экономическим расчетом. Однако для небольших нефтебаз с малыми (до 10) коэффициентами оборачиваемости наиболее привлекательны абсорбционные системы УЛФ. Дело в том, что на нефтебазах, как правило, находятся большие запасы низколетучих нефтепродуктов, имеющих некоторый запас качества. Поэтому отпадает необходимость в их регенерации, а следовательно, и в части абсорберов, что уменьшает металлоемкость, а также капитальные вложения более чем в 2 раза.

Удачной реализацией абсорбционной системы улавливания паров бензина является система УЛФ с «транзитным» резервуаром (УЛФ-TP). 

Она включает резервуары с бензином 1, 2 и с низколетучим светлым нефтепродуктом (например, с дизельным топливом) 3, оснащенные дыхательными клапанами 4. Газовые пространства резервуаров соединены газовой обвязкой 5. Для предотвращения распространения пламени на ней установлены огнепреградители (не показаны), а постоянному сообщению газовых пространств резервуаров с бензином и с низколетучим нефтепродуктом препятствует обратный клапан 6. Резервуар 3 оборудован также узлом ввода ПВС 7. 

image217

Принципиальная схема системы УЛФ-ТР:
1, 2— резервуары с бензином; 3— резервуар с низколетучим светлым нефтепродуктом; 4 — дыхательный клапан;
5 — газовая обвязка; 6 — обратный клапан; 7 — узел ввода ПВС

Работа системы УЛФ-ТР основана на замещении паровоздушной смеси, находящейся в резервуаре 3, паровоздушной смесью, вытесняемой из резервуаров 1, 2. Для этого дыхательный клапан резервуара 3 отрегулирован на пониженное избыточное давление (1000 Па), а обратный клапан 6 — на избыточное давление 1300-1500 Па. Кроме того, в резервуаре 3 смонтирован узел ввода ПВС 7, обеспечивающий преимущественное вытеснение в атмосферу ПВС из резервуара 3 при «дыханиях» резервуаров 1,2.      В дальнейшем пары бензина из уловленной ПВС абсорбируются низколетучим нефтепродуктом (через его поверхность в резервуаре 3).

Система УЛФ-ТР исключительно проста, не содержит ни энергопотребляющего оборудования, ни средств автоматизации. В то же время при ее испытаниях уменьшение выбросов углеводородов в атмосферу составило более 90%.

Как и при применении других абсорбционных систем улавливания легких фракций, использование системы УЛФ-ТР предполагает наличие у низколетучего нефтепродукта некоторого запаса качества, чтобы можно было обойтись без его регенерации перед реализацией потребителю.

Техническим специалистам