Применение технологии с азотной подушкой в свободной полости РВС

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Снегирёва А.С. 1

---

1мбоу сош 4

Грязнова Валентина Дмитриевна 1

---

1мбоу сош 4 г сорочинск

Работа в формате PDF

180.5 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

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. При этом в результате испарения из нефти уходит главным образом наиболее легкие компоненты, являющиеся основным и ценнейшим сырьём для нефтехимических производств.

Основная часть потерь нефтепродуктов при хранении (до 1% от общего количества суммарных потерь) приходится на испарение, поэтому борьбе с этим видом потерь уделяется большое внимание. В связи с этим, актуальным на сегодняшний день является разработка новых методов борьбы с потерями.

В данной работе рассматриваются вопросы применения различных технических средств сокращения потерь нефтепродуктов от испарения из резервуаров.

Целью работы является изучение механизма и динамики испарения нефтепродуктов в резервуарах, методов сокращения потерь нефти и нефтепродуктов. Обоснование перспективы применения в качестве инертного газа-азота в воздушном пространстве резервуаров вертикальных стальных.

Сокращение потерь нефтепродуктов – одно из важнейших направлений ресурсосбережения.

1 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.

Всякое выталкивание паровоздушной смеси из газового пространства резервуара в атмосферу сопровождается потерями нефтепродукта – это и есть потери от испарения.

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

Потери от «больших дыханий» имеют место при сливно-наливных операциях в резервуаре.

Потери от «малых дыханий» обусловлены суточным колебанием температуры (главным образом) и атмосферного давления. В ночное время температура наружного воздуха уменьшается, вызывая остывание паровоздушной смеси в газовом пространстве резервуара, что, в свою очередь, приводит к снижению давления в нем.

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 газовоздушной смеси.

Потери от вентиляции газового пространства объясняют наличием двух и более отверстий в крыше или корпусе резервуара, расположенный на разных уровнях. Более тяжелые бензиновые пары будут выходить через нижнее отверстие, а атмосферный воздух будет входить через верхнее отверстие; установится естественная циркуляция воздуха и бензиновых паров в резервуаре.

Потери от вентиляции газового пространства имеют место, когда давление в ГП превышает атмосферное, но дыхательная арматура закрыта.

Потери от насыщения газового пространства. Если в пустой резервуар, содержащий только воздух, залить небольшое количество нефтепродукта, последний начнет испаряться и насыщать газовое пространство. Паровоздушная смесь будет увеличиваться в объеме, и часть ее может уйти из резервуара – произойдут потери от насыщения.

2. Классификация потерь

Одной из важнейших задач при эксплуатации резервуарных парков является сохранение качества и количества хранимого продукта. Решение этой задачи требует обеспечения максимальной герметизации всех процессов слива, налива и хранения. Основная доля потерь от испарения приходится на резервуары.

Потери нефти и нефтепродуктов по своему характеру подразделяются на аварийные и эксплуатационные.

Эксплуатационные потери, в свою очередь, подразделяются на следующие типы:

1. количественные потери — в этом случае качественный состав нефтепродуктов остается неизменным, уменьшается лишь количество нефтепродуктов. Утечки происходят в результате разливов и утечек продукта из-за некачественной герметизации оборудования резервуарного парка. На территории нефтебазы разливы могут происходить по причине неправильной работы сливно-наливного оборудования или при неправильных действиях работников при сливе подтоварной воды.

2. качественно-количественные потери — происходит одновременной ухудшение качества и уменьшение количества нефтепродуктов. К этому виду потерь относится испарение нефтепродуктов, когда вместе со снижением объема хранимого в резервуаре нефтепродукта происходит изменение плотности, вязкости и др. свойств продукта.

3. качественные потери - когда ухудшается качество нефтепродукта при неизменном количестве. Основная причина изменения качества – смешивание различных по свойствам нефтепродуктов, например при нарушении условий последовательной перекачки по одному трубопроводу различных по свойствам нефтепродуктов, а также при заполнении емкостей, содержащих остатки нефтепродукта другого сорта.

Потери, вызванные нарушениями требований стандартов, технических условий, правил технической эксплуатации, хранения относят к аварийным или сверхнормативным потерям. К аварийным потерям относят также потери, вызванные природными: стихийными бедствиями или действием посторонних сил.

2. Методы сокращения потерь нефти и нефтепродуктов

Сокращение нормативных и сверхнормативных потерь нефти остается одной из «вечных» проблем в области транспорта и хранения. За последние годы проделана значительная работа в этом направлении, но величина потерь все еще велика.

1. Окраска поверхности РВС. Одним из существующих средств сокращения потерь является окраска наружной поверхности резервуаров светоотражающими красками. Наибольшей эффективностью обладает белая краска. Действие белой краски сохраняется в течение 3–4 лет, а алюминиевой – 1,5–2 года. Но в случае, если температура нефти в резервуарах выше среднесуточной температуры окружающего воздуха, то снижение потерь от испарения практически отсутствует.

2. Применение дисков – отражателей. Для снижения выбросов паров нефтепродуктов в окружающую среду эффективным средством являются диски – отражатели, устанавливаемые под монтажным патрубком дыхательного клапана, как в наземных, так и в заглубленных металлических резервуарах.

Его подвешивают под монтажным патрубком дыхательного клапана и диск не дает струе входящего в резервуар воздуха распространяться в глубь газового пространства, изменяет направление воздушной струи с вертикального до почти горизонтального.

Рисунок 1. Диск отражатель:

1 – диск; 2 – стойка; 3 – монтажный патрубок; 4 – промежуточный фланец; 5 – дыхательный клапан; 6 – болт для крепления стойки к промежуточному фланцу.

Назначением диска-отражателя является предотвращение перемешивания содержимого газового пространства резервуаров при их опорожнении.

Перемешивание паровоздушной смеси происходит только у кровли резервуара. По данным исследований среднегодовая эффективность дисков – отражателей составляет до 25 % от потерь.

Диски-отражатели не дают сокращения потерь нефтепродуктов в холодное время года, так как холодный воздух, входящий в резервуар, тяжелее паровоздушной смеси и направляется к поверхности продукта, перемешивая насыщенные слои.

3. Газоуравнительные системы. Эффективное снижение потерь нефтепродуктов достигается также при использовании газоуравнительных систем, представляющих собой группу резервуаров, газовые пространства которых соединены с помощью трубопроводов и газосборников. Благодаря этому при несовпадении операций закачки и откачки часть паровоздушной смеси (ПВС) аккумулируется в газосборнике.

Роль газосборников могут играть газгольдеры низкого или высокого давления. Эластичные емкости, а также металлические емкости переменного объема (газосборники типа «дышащий баллон»). Возможные варианты их присоединения к резервуарам показаны на рис. 2.

Рисунок 2. Газоуравнительная система с газосборником:

1 –резервуар; 2 –дыхательный клапан; 3 –огнепреградитель; 4 –газосборник; 5 – насос;  6 – сборник нефтепродуктов.

В газоуравнительную систему необходимо подключать резервуары с одинаковыми нефтепродуктами, чтобы избежать изменения их качества.

4. Покрытия, плавающие на поверхности нефтепродукта.В качестве покрытий, плавающих на поверхности нефтепродукта и препятствующих его испарению, применялись и применяются плавающие защитные эмульсии, микрошарики из пластмасс, понтоны и плавающие крыши.

1) Защитные эмульсии

Способ сокращения потерь от испарения путем применения защитных эмульсий заключается в том, что на поверхность нефтепродукта помещается текучая концентрированная эмульсия с меньшей плотностью, чем у защищаемого нефтепродукта. Достоинством данного способа сокращения потерь от испарения является то, что эмульсия хорошо распространяется по всей поверхности нефтепродукта, изолируя ее от ГП, независимо от степени отклонения стенки резервуара от цилиндрической формы. Защитные эмульсии могут быть применены как во вновь строящихся, так и в уже эксплуатирующихся резервуарах с любой конструкцией кровли без ее модернизации.

Испытания защитной эмульсии показали, что она сокращает потери нефти от испарения в среднем на 80 %. Однако ее стабильность (срок службы) составила только 3 месяца, после чего эмульсия разрушилась и осела на дно резервуара. Из-за непродолжительности срока службы эмульсии срок ее окупаемости более чем в 10 раз превысил срок службы. В результате испытанная эмульсия промышленного применения не нашла.

2) Микрошарики

Микрошарики из пластмасс также служат для уменьшения поверхности испарения нефтепродуктов. Они представляют собой микросферы диаметромот 10 до 250 мм, изготовленные из фенольно-формальдегидных или карбомидных смол и заполненные инертным газом--азотом.

Проведенные в лабораторных и промышленных условиях испытания показали, что микрошарики, плавающие на поверхности нефти или бензина слоем толщиной 20...25 мм сокращают потери от испарения по сравнению с потерями из резервуаров с незащищенной поверхностью: бензинов - на 35-50 %, нефти-на 80 %. При этом используемый объем резервуаров с различной конструкцией кровли не уменьшается.

В то же время были выявлены и недостатки применения микрошариков: их унос из резервуаров вместе с откачиваемым нефтепродуктом, а также налипание на стенки резервуара. По этим причинам они не нашли применения.

3. Использование в конструкции резервуаров понтонов и плавающих крыш.

Понтоном называется жесткое плавающее покрытие, помещаемое в резервуар со стационарной кровлей с целью уменьшения скорости насыщения ГП парами нефтепродуктов.

Конструктивно понтон представляет собой жесткую газонепроницаемую конструкцию в форме диска, закрывающую не менее 90 % поверхности нефтепродукта и снабженную затвором, уплотняющим кольцевой зазор между диском и стенкой резервуара. По материалу, из которого изготовлен диск, различают металлические и синтетические понтоны.Применение понтонов снижает потери от испарения в среднем на 66 % по сравнению с резервуарами без понтонов.

Плавающие крыши (ПК) в отличие от понтонов применяются в резервуарах, не имеющих стационарной кровли. В связи с этим их конструкция несколько отличается от конструкции понтонов. Оборудование резервуаров плавающими крышами снижает потери от испарения на 85 %.

5. Хранение под избыточным давлением.Эффективным путем снижения потерь нефтепродуктов от испарения является хранение их под избыточным давлением.

Испарение – переход нефтепродуктов из жидкого в газообразное состояние при температуре меньшей, чем температура кипения, при данном давлении. Испарение нефти и нефтепродуктов происходит при любых температурах и давлениях до тех пор, пока газовое пространство над продуктом не будет полностью насыщено парами. Скорость испарения, или испаряемость нефтепродуктов, в значительной мере зависит от давления насыщенных паров, фракционного состава, средней температуры кипения. В меньшей мере на испаряемость оказывают влияние теплоемкость, теплопроводность, теплота испарения, поверхностное натяжение.

6. Применение систем улавливания легких фракций.Системой улавливания легких фракций (УЛФ) называется совокупность технологического оборудования, обеспечивающего отбор и утилизацию легких фракций нефти и нефтепродуктов при повышении давления в газовом пространстве резервуаров до того, как произойдет их «выдох» в атмосферу. Под утилизацией в данном случае понимается либо накопление ПВС с целью последующего ее возврата в ГП резервуаров (поэтому простейшей системой УЛФ является ГУ С), либо отделение углеводородов от нее, либо реализация смеси потребителям.

2. Применение технологии с азотной подушкой в свободной полости РВС

Основная часть потерь нефтепродуктов при хранении (до 1% от общего количества суммарных потерь) приходится на испарение, поэтому борьбе с этим видом потерь уделяется большое внимание. Потери горючего от испарения при хранении в резервуарах относятся к естественным потерям, зависящим от природно-климатических условий, от физико-химических свойств нефтепродукта и от конструкции технологического оборудования резервуаров нефтебаз и складов. Они возникают в результате «больших дыханий» при сливно-наливных операциях в резервуарах, «малых дыханий» из-за суточных колебаний температуры, а также вентиляции газового пространства резервуаров через имеющиеся отверстия в их стенках или кровле. Потери от испарения при хранении всегда связаны с нарушением герметичности газового пространства резервуара, которое в первом и втором случаях вызывается срабатыванием дыхательного клапана, в третьем - повреждениями резервуара или открытием смотровых люков и других технологических отверстии.

В настоящее время выполняется проектирование системы улавливания легких фракций на объекте нефтегазодобывающего предприятия, где запланировано использовать в воздушной подушке РВС инертного газа – азота, так же для обеспечения работоспособности системы запланировано проведение капитальных ремонтов технического перевооружения РВС.

Данный метод позволяет эффективно сократить потери нефти при эксплуатации резервуаров, более того, отсутствие кислорода в воздушном пространстве влечет за собой снижение пожароопасности, уменьшение коррозионных процессов и процессов окисления.

Система азотной подушки состоит из устройств для поддержания постоянного давления за счет закачки газа N₂, то есть инертного газа, в верхнее помещение резервуара-хранилища. Он состоит из серии редукционных клапанов высокого давления с азотом (подающие клапаны / выпускные клапаны), манометров и других систем трубопроводов и предохранительного устройства, он может работать бесперебойно без внешней энергии, такой как электричество или газ, отличается простотой, удобная и экономичная, простая в обслуживании. Система азотной подушки предотвращает образование вакуума и снижает испарение, которое поддерживает резервуар для хранения на заданном значении давления, широко используется в резервуарах для хранения, реакторах и центрифугах нефтеперерабатывающих и химических заводов.

Рисунок 3. Система азотной подушки:

1 – напорный клапан прямого действия; 2 – дыхательные клапаны; 3 – напорный клапан с пилотным управлением; 4 – манометр; 5 – подводящий клапан; 6 – выпускной клапан.

Когда сливной клапан накопительного бака открывается, уровень жидкости падает, объем газовой фазы увеличивается, а давление азота уменьшается. Затем клапан подачи азота открывается и впрыскивает азот в бак. Когда давление азота в резервуаре поднимется до заданного значения клапана подачи азота, он автоматически закроется. Вместо этого, когда клапан подачи в резервуар открывается для подачи азота в резервуар, уровень жидкости повышается, объем газовой фазы уменьшается и давление увеличивается. Если давление выше, чем заданное значение клапана сброса азота, клапан сброса азота откроется и выпустит азот, и давление азота в резервуаре снизится. Когда клапан сброса азота опустится до установленного значения клапана сброса азота, он автоматически закроется.

Регулятор подачи азота может представлять собой тип клапана управления с пилотным управлением и автономного управления давлением, в устройстве для выброса азота используется саморегулирующийся клапан управления микродавлением, диаметр которого обычно равен диаметру впускного клапана. Дыхательный клапан установлен на верхней части бака и предназначен для взрывозащиты и противопожарной защиты. Давление подачи азота составляет около 300 ~ 800 кПа, установленное давление азотной подушки составляет 1 кПа, давление стравливания азота составляет 1.5 кПа, давление выдоха дыхательного клапана составляет 2 кПа, а давление вдоха -0.8 кПа; Дыхательный клапан не работает нормально, только когда основной клапан выходит из строя и давление в баке слишком высокое или слишком низкое.

Заключение

Борьба с потерями нефти и нефтепродуктов - один из важных путей экономии топливно-энергетических ресурсов, играющих ведущую роль в развитии экономики и интенсификации общественного производства.

Ущерб, наносимый потерями народному хозяйству, состоит не только в уменьшении топливных ресурсов и в стоимости теряемых продуктов, но и в отрицательных экологических последствиях, которые являются результатом загрязнения окружающей среды нефтепродуктами. Поэтому борьба с потерями нефтепродуктов дает не только экономический эффект, но и жизненно важна для обеспечения охраны природы.

Назначенный срок службы резервуаров, используемых для хранения высокосернистых нефтей (объемное содержание серы более 2%), сокращается вследствие интенсивной коррозии основных элементов резервуаров. Кроме того, объекты данного типа характеризуются повышенным риском в отношении взрывов и пожаров, а также огромными выбросами в атмосферу вредных газов.

Отмечается положительный опыт создания систем обеспечения резервуаров азотом в резервуарных парках с сернистой нефтью, что обеспечивает их взрывопожарную и экологическую безопасность и отвечает требованиям действующих в России законов, норм и правил. Приводятся рекомендации, которые необходимо учитывать при проектировании и создании аналогичных систем с использованием азота.
Полученные результаты особенно актуальны для российских нефтедобывающих компаний сейчас в условиях существенного увеличения добычи различных по качеству нефтей.

Ожидаемый эффект: снижение технологических потерь нефти при дыхании РВС, реализация стратегии компании по углеводородному менеджменту, увеличение сроков службы металлоконструкций резервуаров вертикальных стальных.

Список использованных источников и литературы

1. Борьба с потерями нефти и нефтепродуктов при их транспортировке и хранении / Ф.Ф.Абузова, И.С. Бронштейн, В.Н.Новоселов и др. - М.: Недра, 1981. - 248 с.

2. Сальников, А.В. Потери нефти и нефтепродуктов: учеб. пособие / А. В. Сальников. - Ухта : УГТУ, 2012. - 108 с., ил.

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

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

5. Коршак А.А. Ресурсосберегающие методы и технологии при транспортировке и хранении нефти и нефтепродуктов. - Уфа: ДизайнПолиграфСервис, 2006. - 192 с.

6. https://perfect-valve.com/ru/.

7. Методические рекомендации по определению технологических потерь нефти (нефтепродуктов), транспортируемой (ых) магистральным трубопроводным транспортом (утв. Министерством энергетики РФ 26 сентября 2022 г.)

8. История эксплуатации нефтегазовых объектов в России и за рубежом: консп. лекций / М.Ю. Сергаева. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2008. – 88 с.

9. Бунчук В.А. Транспорт и хранение нефти, нефтепродуктов и газа. М., «Недра», 1977, 366 с.

10. Коршак А.А. Нефтебазы и АЗС: Учебное пособие / А.А. Коршак, Г.Е. Коробков, Е.М. Муфтахов. – Уфа: ДизайнПолиграфСервис, 2006. – 416 с.

11. Коннова Г.В. оборудование транспорта и хранения нефти и газа: учеб. пособие для вузов/ Г.В. Коннова. – Ростов н/Д.: Феникс, 2006. – 128 с.

12. https://glavteh.ru/опыт-применения-азотной-подушки/