Потери нефтепродуктов при их хранении. Виды потерь и методы их сокращения.

Потери нефти и нефтепродуктов наносят большой вред всему народному хозяйству, поэтому борьба с потерями — чрезвычайно важная и актуальная задача. Для борьбы с потерями необходимо знать причины, вызывающие потери нефти и нефтепродуктов.

Потери происходят от утечек, испарения, смешения' различных сортов нефтепродуктов и нефтей.

По данным исследований в системе транспорта и хранения примерно 75% потерь нефти и нефтепродуктов происходит от испарения.

Потери от испарения. В резервуаре, имеющем некоторое количество продукта, газовое пространство заполнено паровоздушной смесью. Количество нефтепродукта в этой паровоздушной смеси:

,

гдес — объемная концентрация паров нефтепродукта в паровоздушной смеси;

р — плотность паров продукта;

V — объем газового пространства.

Всякое выталкивание паровоздушной смеси из газового пространства резервуара в атмосферу сопровождается потерями нефтепродукта, испарившегося в газовое пространство – это и есть потери от испарения. Они происходят по следующим причинам.

1. От вентиляции газового пространства. Если в крыше резервуара имеются в двух местах отверстия, расположенные на расстоянии Н по вертикали, то более тяжелые бензиновые пары будут выходить через нижнее отверстие, а соответствующее количество атмосферного воздуха входить в газовое пространство резервуара через верхнее отверстие; установится естественная циркуляция воздуха и бензиновых паров в резервуаре, образуется так называемый газовый сифон. Объемная потеря газа в единицу времени работы «газового сифона» определяется по уравнению:

,

где у — коэффициент расхода отверстия;

F — площадь отверстия;

р — давление, под которым происходит истечение, оно равно разности весов столбов высотой Н паровоздушной смеси плотностью р_с и воздуха плотностью р_в, т.е.:

.

Потери от вентиляции могут происходить через открытые люки резервуаров, цистерн путем простого выдувания бензиновых паров ветром, вследствие чего их необходимо тщательно герметизировать.

2. Потери от «больших дыханий» — от вытеснения паров нефтепродуктов из газового пространства емкостей закачиваемым нефтепродуктом. Нефтепродукт, поступая в герметизированный резервуар, сжимает паровоздушную смесь до давления, на которое установлена арматура. Как только давление станет равным расчетному давлению дыхательного клапана, из резервуара будут выходить пары нефтепродукта, начнется «большое дыхание» («выдох»). Чем больше давление, на которое отрегулирован дыхательный клапан, тем позднее начнется «большое дыхание».

При откачке нефтепродукта из резервуара происходит обратное явление: как только вакуум в резервуаре станет равен вакууму, на который установлен дыхательный клапан, в газовое пространство начнет входить атмосферный воздух — произойдет «вдох» резервуара.

3. Потери от «обратного выдоха». Вошедший в резервуар воздух начнет насыщаться парами нефтепродукта; количество газов в резервуаре будет увеличиваться; вследствие этого по окончании «вдоха», спустя некоторое время из резервуара может произойти «обратный выдох» — выход насыщающейся газовой смеси.

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

5. Потери от «малых дыханий» происходят в результате следующих причин:

а) из-за повышения температуры газового пространства в дневное время. В дневное время газовое пространство резервуара и поверхность нефтепродукта нагреваются за счет солнечной радиации. Паровоздушная смесь стремится расшириться, с поверхности нефтепродукта испаряются наиболее легкие фракции, концентрация паров нефтепродукта в газовом пространстве повышается, давление растет. Когда избыточное давление в резервуаре станет равным давлению, на которое установлен дыхательный клапан, он открывается и из резервуара начинает выходить паровоздушная смесь — происходит «выдох». В ночное время из-за снижения температуры часть паров конденсируется, паровоздушная смесь сжимается, в газовом пространстве создается вакуум, дыхательный клапан открывается и в резервуар входит атмосферный воздух — происходит «вдох»;

б) из-за снижения атмосферного давления. При этом разность давлений в газовом пространстве резервуара и атмосферного может превысить перепад давлений, на который установлен дыхательный клапан, он откроется и произойдет «выдох» («барометрические малые дыхания»). При повышении атмосферного давления может произойти «вдох».

Мероприятия по сокращению потерь нефти от испарения

Всякое уменьшение газового пространства является одним из эффективных методов борьбы с потерями от испарения. Этот метод получил воплощение в резервуарах с плавающими крышами, с понтонами или плавающими экранами, с плоскими крышами, при хранении на водяных подушках или в настоящее время в контакте с рассолом в подземных соляных куполах. На рис.13 схематично изображен резервуар с плавающей крышей. При выкачке или заполнении резервуара крыша следует за уровнем продукта, насыщенное парами газовое пространство сведено до минимума.

Рис. 13. Схема резервуара с плавающей крышей

1 – корпус резервуара; 2 – затвор, уплотняющий зазор между корпусом резервуара и плавающей крышей; 3 – плавающая крыша; 4– насыщенное парами газовое пространство; 5 – поплавки плавающей крыши; 6 – подвижная лестница; 7 – неподвижная лестница

Резервуар с понтоном отличается от резервуара с плавающей крышей наличием стационарной кровли и отсутствием шарнирных труб и водостоков с обратным сифоном, предназначенных для удаления воды с поверхности плавающей крыши. Наличие стационарной кровли предотвращает попадание на поверхность плавающего понтона атмосферных осадков. Резервуары с понтонами распространены в северных районах и в средней полосе; резервуары с плавающей крышей преимущественно в южных районах.

Понтоны и плавающие крыши изготовляются из стали, синтетических и резинотканевых материалов.

Хранение легкоиспаряющихся нефтепродуктов в вертикальных цилиндрических резервуарах рекомендуется только при уклоне крыши 1:20 («плоские» крыши).

Плавающие крыши сокращают потери от «малых и больших» дыханий в среднем на 70—80%.

На рис.14 изображено схематично подземное хранилище для нефти и нефтепродуктов.

Рис. 14. Подземное хранилище для нефти и нефтепродуктов:

1 – выход рассола (закачка рассола); 2 – закачка нефти (выход нефти); 3 – кондуктор; 4 – эксплуатационные трубы; 5 – обсадная колонна; 6 и 8 – верхний и нижний интервалы перфораций; 7 – пакер; 9 – рассол; 10 – нефть

Нефть подается в кольцевое пространство между эксплуатационными трубами и колонной, рассол вытесняется через нижний интервал перфораций и уходит наверх по эксплуатационным трубам в специальную земляную емкость. Выдача нефти производится путем закачки рассола через нижний интервал перфораций и вытеснением ее в кольцевое пространство через верхний интервал. При хранении в таких емкостях потери от испарения отсутствуют.

2. Сокращение амплитуды колебания температуры газового пространства уменьшает потери от испарения.

Для уменьшения амплитуды колебания температуры защищают резервуары от нагревания солнечными лучами. Наиболее простое мероприятие — затенение небольших резервуаров путем насаждения лиственных деревьев. Сюда же относится и окрашивание резервуаров луче-отражающими светлыми красками, устройство луче-отражающих экранов из асбофанеры, шифера и других материалов; их помещают на расстоянии 0,1—0,5 м от корпуса и покрытия резервуара. Простейшим мероприятием является устройство на резервуарах водяного экрана. С этой целью боковые стенки резервуара делают возвышающимися над плоским покрытием. В образовавшийся бассейн наливают воду, добавляя ее по мере испарения, либо устанавливают непрерывный ток воды. Газовое пространство охлаждается за счет скрытой теплоты испарения воды и разности температур охлаждающей воды и паро-воздушной смеси. Водяные экраны на 25—30% снижают потери от «малых дыханий» резервуаров.

Сокращение амплитуды колебания температуры газового пространства достигается также заглублением резервуаров. В резервуарах, заглубленных на 0,5 м, суточные колебания температур практически не наблюдаются.

В железобетонных резервуарах из-за высокого теплового сопротивления бетонных стенок температура внутри резервуара в течение суток мало меняется, и поэтому потери от малых дыханий из таких резервуаров незначительны.

3. При увеличении нагрузки клапана давления (хранение под давлением) можно сократить потери от «больших дыханий» и ликвидировать потери от «малых дыханий».

Вертикальные цилиндрические стальные резервуары с обычной кровлей мало пригодны для хранения под давлением, так как конструкция их рассчитана лишь на небольшие избыточные давления и вакуум.

К резервуарам, рассчитанным на повышенное избыточное давление и вакуум, относятся вертикальные цилиндрические резервуары со сферическим покрытием при высоких давлениях (0,03 — 0,04 МПа) объемом до 2000м3, при низких (0,015 — 0,02 МПа) — до 5000м3.

На большие избыточные давления рассчитаны и каплевидные резервуары. В основу конструирования каплевидных резервуаров положен принцип равнопрочности оболочки в направлении главных кривизн. Каплевидные резервуары объемом до ~ 6000м3 при давлении 0,03 — 0,2 МПа строят с опорным кольцом и экваториальной опорой.

4. Потери от испарения можно сократить улавливанием паров нефтепродуктов. В сфере транспорта и хранения широкое распространение получили газовые обвязки. Ввиду отсутствия надежного промышленного образца газосборника газовые обвязки сокращают потери только при совпадении операций закачки и выкачки в группе обвязанных резервуаров (рис.15).

1 – резервуары; 2 –газосборник

5. Для сокращения потерь большое значение имеет уменьшение парциального давления паров нефтепродукта в газовом пространстве.

Применение понтонов кроме сокращения до минимума объема газового пространства между поверхностью продукта и понтоном приводит также к уменьшению парциального давления паров нефтепродукта в пространстве между понтоном и кровлей резервуара, что сокращает потери из этого пространства в атмосферу.

Рис. 16. Схема установки диска-отражателя в резервуаре:

1 – диск-отражатель; 2 – огневой предохранитель; 3 – дыхательный клапан; 4 – резервуар

Установка диска-отражателя под монтажным патрубком дыхательного клапана (рис.16) не дает струе входящего при выкачке продукта воздуха быстро распространяться в глубь газового пространства резервуара, сокращая тем самым перемешивание воздуха с нижележащими насыщенными слоями парововдушной смеси. Это приводит к уменьшению парциального давления паров нефтепродукта в верхних, выталкиваемых при «большом дыхании», слоях газового пространства и, следовательно, к уменьшению потерь от испарения.

6. Потеря нефтепродуктов от испарения можно в значительной степени уменьшить путем рациональной организации эксплуатации резервуарных парков: герметизации резервуаров, регулярной ревизии дыхательной арматуры, хранения легкоиспаряющихся нефтепродуктов в заполненных резервуарах, сокращения до минимума количества внутрибазовых перекачек и др.