XXII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Система сбора попутного газа с нефтяных резервуаров. Нефтяные резервуары

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Чупров Б.П. 1Евдокимов М.И. 1Юрков Н.А. 1

---

1Школа интеллектуального развития Мистер Брейни

Филинова А.В. 1

---

1Школа интеллектуально развития Мистер Брейни

Работа в формате PDF

1.6 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Во время хранения нефти в резервуарах, происходит обильное испарение углеводородов - это пары нефти. Что приводит к загрязнению окружающей среды.

В современном мире добыча и переработка нефти играют важную роль в экономике многих стран. Однако при этом возникает проблема сбора и утилизации попутного нефтяного газа, который образуется в процессе добычи нефти. Традиционные методы сбора и утилизации газа часто являются неэффективными и приводят к негативным экологическим последствиям.

Цель: Разработка инновационного решения системы сбора газа с нефтяных резервуаров

ЗАДАЧИ:

1.Изучить выбранную проблему

2.Сгенерировать ряд идей для решения проблемы

3.Изучить строение нефтяных резервуаров.

4.Расмотреть виды резервуаров.

5.Изучить что такое дыхательный клапан и принцип его работы.

6.Создания 3D модели.

7.Создания макета.

8.Доработка макета.

Глава.1 Нефтяные резервуары. Виды

Нефтяной резервуар — это стационарный сосуд для хранения жидкостей или газов, например, нефти или нефтепродуктов. Резервуары могут иметь различные конструкции, материалы исполнения и объём. Они используются для хранения и транспортировки нефти и нефтепродуктов до момента их использования в технологическом процессе.

Виды нефтяных резервуаров:

по способу размещения – надземные и подземные варианты

по конструкционной ориентации – горизонтальные, вертикальные, шарообразные

по внутреннему строению – многокамерные либо двустенные

по характеристике используемого материала – гибкие и жесткие

по возможности транспортировки – стационарные, плавающие, перевозимые и переносимые[1]

Надземные резервуары — это резервуары цилиндрического типа с плоскими или коническими днищами, предназначенные для хранения и выдачи различных сред, таких как нефтепродукты, ГСМ, питьевая и техническая вода. Они устанавливаются на стационарные металлические опоры и имеют антикоррозионную обработку, а также соответствуют требованиям ГОСТов и Ростехнадзора.(Рисунок 1.1,Приложения)

Подземные резервуары — это специальные ёмкости, предназначенные для хранения жидкостей или газов. Они размещаются под землёй и имеют коническую или сферическую форму. Подземные резервуары используются для хранения нефти, нефтепродуктов, воды, химических веществ и других продуктов.(Рисунок 1.2 ,Приложения)

Горизонтальные резервуары — это стальные цилиндрические ёмкости, предназначенные для хранения различных жидкостей, таких как вода, нефтепродукты и другие. Они широко используются в промышленности, сельском хозяйстве и на АЗС. Горизонтальные резервуары могут быть наземными или подземными, одностенными или двустенными.(Рисунок 1.3,Приложения)

Вертикальные резервуары — это стальные цилиндрические ёмкости, предназначенные для хранения жидкостей, таких как нефть, нефтепродукты, вода и другие. Они используются в различных отраслях промышленности, сельском хозяйстве и на АЗС. Вертикальные резервуары могут быть наземными или подземными, одностенными или двустенными.(Рисунок 1.4,Приложения)

Шарообразные резервуары, также известные как шары Хортона, представляют собой большие ёмкости в форме шара, используемые для хранения жидких и газообразных продуктов под давлением до 1,8 МПа. Они применяются для хранения легковоспламеняющихся жидкостей, сжиженных газов, сжатых газов, воздуха и агрессивных продуктов. Шары Хортона рассчитаны на сравнительно небольшое рабочее давление и оснащаются рефрижераторными установками для предупреждения избыточного давления.(Рисунок 1.5,Приложения)

Двустенные резервуары — это специальные ёмкости, состоящие из двух отдельных сосудов, разделённых пространством для заполнения инертным газом или жидкостью. Они используются для повышения безопасности хранения различных жидкостей, таких как нефтепродукты, сжиженные углеродные газы, химикаты и другие.(Рисунок 1.6,Приложения)

Гибкие резервуары, также известные как мягкие резервуары, изготовлены из прочной полиэфирной ткани с покрытием, устойчивым к внешним воздействиям и агрессивным жидкостям. Они используются для хранения различных жидкостей, включая удобрения, воду, топливо, масла и промышленные стоки. Мягкие резервуары выгодны с экономической точки зрения, удобны в транспортировке и монтаже, обеспечивают герметичность и мобильность.(Рисунок 1.7,Приложения)

Жёсткие резервуары, в свою очередь, имеют прочный металлический или железобетонный корпус и используются для хранения жидкостей, таких как нефть, бензин, дизельное топливо и другие. Они обладают высокой прочностью, долговечностью и устойчивостью к коррозии, но их установка и обслуживание требуют больших затрат и времени.(Рисунок 1.8,Приложения)

Плавающие резервуары — это временные хранилища для сбора и хранения нефти и нефтепродуктов на водной поверхности. Они состоят из главной камеры для хранения собранной нефти, переднего и заднего надувных поплавков, боковых поплавков, искробезопасных замков и запорной арматуры. Плавучие резервуары обладают повышенной прочностью, стойкостью к механическим воздействиям, проколам, морской воде, микроорганизмам, ультрафиолету и углеводородам. Они используются в речных и морских портах, подразделениями МЧС, аварийно-спасательными формированиями, нефтедобывающими предприятиями и другими организациями.(Рисунок 1.9,Приложения)

Стационарные резервуары — это сосуды большого объёма, предназначенные для хранения жидкостей или газов. Они могут быть наземными или подземными и располагаются внутри помещений или высотных зданий. Стационарные резервуары изготавливают из металла, пластика или бетона и используют для хранения воды, нефтепродуктов, сточных вод и других веществ.(Рисунок 1.10,Приложения)

Перевозимые резервуары — это специальные контейнеры, которые используются для хранения и транспортировки различных жидкостей и газов. Они оснащены специальными системами для поддержания необходимого давления и температуры, а также для предотвращения утечек и других аварийных ситуаций.(Рисунок 1.11,Приложения)[2]

  Глава 2. Строение нефтяного резервуара

Нефтяной резервуар состоит из следующих основных элементов (Рисунок 2.1, Приложения) [3]

Дыхательный клапан — это предохранительное устройство, защищающее резервуар от скачков давления.

Люк световой предназначен для визуального осмотра и проветривания внутреннего пространства резервуаров во время ремонта и зачистки.

Предохранитель огневой обеспечивают надежную защиту от огня, предотвращают его распространение по трубопроводам и приемным патрубкам резервуаров.

Патрубки вентиляционные ПВ предназначены для вентиляции и исключения попадания посторонних предметов внутрь резервуаров. 

Люки замерные ЛЗ необходимы для проведения замеров уровня нефтепродуктов в резервуарах и забора проб бензина, соляры, мазута и других нефтепродуктов в емкостном оборудовании на нефтебазах и АЗС.

Блокроликовый БР для управления лебёдкой предназначен для направления каната при подъеме и опускании подъемной трубы, расположенной внутри резервуара для нефтепродуктов.

Механизм управления хлопушкой верхний МУВ предназначен для открывания крышек хлопушек резервуаров и фиксации их в открытом положении.

Люк ЛЛ применяется для получения доступа обслуживающего персонала внутрь резервуара во время проведения технического осмотра, ремонта, удаления донного отложения при ручной чистке резервура, в процессе его монтажа и установки технологического оборудования .

Люк ЛЛ применяется для получения доступа обслуживающего персонала внутрь резервуара во время проведения технического осмотра, ремонта, удаления донного отложения при ручной чистке резервура, в процессе его монтажа и установки технологического оборудования .

Шарниры используются в процессе проведения наполнения или опорожнения резервуаров и служат для соединения внутреннего оборудования с приемо-раздаточным патрубком.

Кран сифонный предназначен для забора и спуска отстоявшейся подтоварной воды.

Патрубки приемо-раздаточные предназначены для подсоединения запорной арматуры, хлопушек и другого оборудования.

Тайфун в процессе эксплуатации резервуаров с легковоспламеняющимися жидкостями образуются донные отложения, тяжелые парафинистые осадки и механические примеси. Данное устройство предназначено для размыва донных отложений.

Хлопушки ХП предназначены для предотвращения потерь нефти и нефтепродуктов из резервуара.

Механизм управления хлопушкой боковой МУI и МУII отвечает за функцию открытия-закрытия крышек хлопушки.

Генератор пены – устройство, предназначенное для получения из водного раствора пенообразователя струи воздушно-механической пены (ВМП) средней кратности и устанавливаемое на конце напорной линии.

Глава 3. Дыхательные клапаны

Дыхательные клапаны - является неотъемлемой частью оборудования РВС, (Резервуар вертикальный стальной) которое обеспечивает его взрывобезопасную эксплуатацию. [4]

Дыхательные клапаны для резервуаров используются преимущественно в нефтяной промышленности, где в емкостях необходимо постоянно регулировать уровень давления. Кроме того, клапаны защищают содержимое емкостей от попадания веществ, способных спровоцировать возгорание и загрязнение топлива.

Существует большое количество модификаций клапанов, но цель использования у них одна — обеспечение полной герметичности емкости.

Для изготовления дыхательной арматуры применяются такие коррозионностойкие материалы:

● сталь;

● латунь;

● сплавы алюминия.

Устанавливаются дыхательные клапаны на линиях деаэрации на АЗС и на емкостных объектах хранения нефтепродуктов. Практически все типы устройств рассчитаны на эксплуатацию при влажности 95-100% и температуре от -50 до +50ºС.

Основные типы клапанов

Защитные клапаны подбираются исходя из диаметра прохода резервуара. В основном используются такие типы дыхательных предохранителей по размеру (в мм):

● 40;

● 50;

● 100;

● 150;

● 200;

● 250;

● 500.

Расчет дыхательных клапанов для резервуаров по размеру условного прохода проводится в зависимости от места установки. Мелкие диаметры предназначены для установки в условиях АЗС, а устройства размером более 100 мм необходимы для нормальной работы нефтебаз.

Типы клапанов:

1. КДС. Клапан дыхательный совмещенный предотвращает испарение продуктов нефтяной промышленности при закачке/откачке газовой составляющей, поддерживает оптимальные показатели внутри резервуара. Монтируется КДС в вертикальные резервуары.

2. СМДК. Совмещенный механический защитный клапан для емкости предотвращает самопроизвольное возгорание в газовом пространстве. Устройство поддерживает постоянные значения давления и температуры при наполнении/опустошении емкости. Также подходит для вертикальных хранилищ.

3. КМД. Механический дыхательный предохранитель обеспечивает полную герметичность в вертикальной емкости с нефтепродуктами, поддерживает необходимые температурные показатели и давление. Чтобы предупредить возгорание, предохранительный клапан дополняется огнепреградителем.

4. НДКМ. Непромерзающий тип дыхательного клапана, сокращающий потери нефтепродуктов в результате испарения. Поддерживает нужные параметры внутри резервуара. Главная особенность — бесперебойная работа при любых температурных условиях.

5. КДЗТ. Предохранительный клапан закрытого типа для вертикального газового пространства. Препятствует испарению, контролирует показатели давления при изменении наполненности резервуара.

Перечисленные топливные клапаны относятся к механическим, но также существует дыхательная арматура с гидравлическим принципом действия. Например, гидравлический предохранительный клапан (КПГ) при повышении давления в емкости срабатывает автоматически.

В любом случае независимо от вида арматура предотвращает такие опасные ситуации:

● экологические катастрофы;

● угрозу жизни и здоровью человека;

● денежные потери компаний;

● криминальную ответственность руководства.

Глава 4. Практическая часть.

4.1. Генерация идей. Создание 3D модели

Мы разработали три идеи, как можно разместить дополнительное хранилище для выделенных паров.

Идея №1

Вывести через клапан резервуара провести шланг в отсек для газа, чтобы газ уходил в этот отсек. (Рисунок 4.1.1, Приложения)

Преимущества: Можем провести от нескольких резервуаров к одному хранилищу газа.

Недостатки: Размещение труб\шлангов на территории резервуарного парка.

Идея №2

Поставить на резервуар отсек для газа в виде купола. (Рисунок 4.1.2, Приложения)

Преимущества: Не требует размещения в парке за пределами резервуара.

Недостатка: Затратная по времени и финансам установка купола.

Идея №3

Накрыть резервуарный парк куполом для газа. (Рисунок 4.1.3, Приложения)

Преимущества: Конструкция никак не препятствует внутреннему строению резервуарного парка.

Недостатки: Не безопасно масштабность установки .

4.2.Создание макета

Макет № 1

Сначала наша команда создала 3Dмодель в программном обеспечение Blender. Мы детализировано показали как будет выглядеть наш макет.(Рисунок 4.2.1, Приложения)

Далее мы сделали резервуары из пластмассовых контейнерови серебристой клейкой ленты,сделалигазон.

Доработка №1. Создали бортики и лестницы на резервуарах.(Рисунок 4.2.2, Приложения)

Доработка № 2. Сделали газовую электростанцию.(Рисунок 4.2.3, Приложения)

Доработка № 3. Провели трубы и сделали освещение.(Рисунок 4.2.4, Приложения)

Макет № 2

Во 2-ом макете мы заменили старые резервуары на новые из водосточных труб и крышек. Бортики на резервуарах сделали из гвоздиков и красной нитки.

Доработка № 1. Заменили трубы на новые и провели в них светодиодную ленту, которая имитирует сбор попутного газа с резервуаров.

Доработка № 2. Оградили стенами электростанцию.

Доработка № 3. Вокруг электростанции поставили фонари, установили деревья и проложили тропинки.(Рисунок 4.2.5, Приложения)

Заключение

Результаты исследования показали, что предложенное инновационное решение эффективно, безопасно и экономически выгодно для сбора нефтяных паров. Оно позволяет сократить потери нефти и повысить эффективность работы нефтегазовых компаний. В ходе исследования были изучены традиционные методы сбора и утилизации попутного нефтяного газа, выявлены их недостатки и экологические последствия. Была поставлена цель разработать инновационное решение для системы сбора газа с нефтяных резервуаров, определены задачи для достижения этой цели.

В результате исследования были изучены строение нефтяных резервуаров, виды резервуаров и принцип работы дыхательных клапанов. Созданы 3D-модели и макеты, которые позволили оценить эффективность и безопасность предложенного инновационного решения.

Разработанное инновационное решение эффективно, безопасно и экономически выгодно для сбора нефтяных паров. Оно сокращает потери нефти и повышает эффективность работы нефтегазовых компаний, снижая негативное воздействие на окружающую среду.Имеет автоматическую смену баллонов, что гарантирует безопасность и используется для освещения резервуарного парка, позволяя сократить затраты на электроэнергии.

Список используемых источников

1. https://neftetank.ru/technology/tipy-rezervuarov/

2. https://aviaperm.ru/cargo/classification_spec/?utm_source=google.com&utm_medium=organic&utm_campaign=google.com&utm_referrer=google.com

3. https://rsm-mash.ru/konstrukcziya-rezervuara-dlya-nefteproduktov.html

4. https://www.azsk74.ru/news/chto-takoe-dyhatelnyj-klapan/

5. Приложения