УСТАНОВКА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ВЗРЫВОПОЖАРНОЙ И ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ РЕЗЕРВУАРОВ С ЖИДКИМИ УГЛЕВОДОРОДАМИ

Полезная модель относится к области нефтеперерабатывающей, нефтехимической промышленности, а именно к установкам для предупреждения пожаров и экологической защиты резервуаров с жидкими углеводородами, эксплуатируемыми на АЗС, в резервуарных парках для хранения нефти и нефтепродуктов и т.д, и может быть использована в других отраслях, где осуществляется транспортировка, отпуск и хранение жидких углеводородов, таких как нефть, нефтепродукты, бензин и иные легковоспламеняющиеся жидкости.
Анализ технического уровня в указанной области показал, что известно хранилище жидких углеводородов, содержащее магистраль слива-налива, соединенную с, по меньшей мере, одним резервуаром, соединенным посредством трубопровода обмена газовой средой, с, по меньшей мере, одним мягким газгольдером, дыхательный клапан (Патент РФ №2063917, МПК: B65D 90/30, публ. 20.07.1996 г.).
Невозможность достижения указанным техническим решением технического результата, достигаемого заявленным устройством, обуславливается тем, что в качестве газовой среды для обмена между резервуаром и мягким газгольдером используются пары жидких углеводородов, которые являются взрывопожароопасными, особенно при сбрасывании паров через дыхательный клапан, что повышает уровень пожарной опасности установки. Кроме того, сброс паров жидких углеводородов через дыхательный клапан в атмосферу ухудшает экологическую безопасность. При повышении давления в газгольдере в установке предусматривается откачка паров жидких углеводородов, что повлекло за собой введение дополнительного оборудования такого, как компрессор, холодильная установка для конденсации паров, насос для перекачки сжиженных газов, что в свою очередь повлекло за собой введение системы автоматики и дополнительной площади, что требует увеличения капитальных затрат на приобретение оборудования и дополнительных площадей и увеличения эксплуатационных затрат на техобслуживание оборудования и, следовательно, повышает стоимость установки. Кроме того, из-за использования в установке силового электрооборудования ухудшается ее безопасность.
Известна система приема, хранения и отпуска нефти и нефтепродуктов, обеспечивающая пожарную безопасность и экологическую защиту при эксплуатации резервуаров с жидкими углеводородами, содержащая магистраль слива-налива, соединенную с резервуарами, сообщенными каждый с дыхательным клапаном, и подключенными к газоуравнительному трубопроводу, соединенным с замкнутой технологической системой, включающей трубопровод обмена паровоздушной средой с запорным клапаном и газоанализатором, соединенный с газоуравнительным трубопроводом и подключенный к ресиверу, содержащему группу мягких газгольдеров, установленных в контейнер (Патент на полезную модель РФ №115772, МПК: B67D 7/00, публ. 10.05.2012 г.).
Невозможность достижения указанным аналогом технического результата, достигаемого заявленным устройством, обуславливается тем, что в его замкнутой технологической системе пожарная и экологическая безопасность обеспечивается не инертной средой, а за счет конденсации паров топлива. В устройстве используется сложное оборудование с ограниченным сроком службы и с большим количеством составляющих элементов, выход из строя любого из которых приводит к остановке всей системы в целом. Кроме того, для установки такого оборудования требуются дополнительные площади, что требует увеличения капитальных затрат на приобретение оборудования и увеличения эксплуатационных затрат на техобслуживание этого оборудования.
Из известных технических решений, наиболее близким к заявляемому является комбинированная система обеспечения взрывопожарной безопасности и сокращения потерь нефти или нефтепродуктов резервуарных парков, содержащая магистраль слива-налива, соединенную с резервуарами, сообщенными каждый с дыхательным клапаном, и подключенными к газоуравнительному трубопроводу, соединенному с замкнутой технологической системой, включающей трубопровод подачи газообразного азота, соединенный входом с азотной установкой и оснащенный, по меньшей мере, одним регулятором давления и клапаном, трубопровод поступления смеси газообразного азота и паров углеводородов в ресивер, оснащенный запорным клапаном, трубопровод выпуска смеси газообразного азота и паров углеводородов из ресивера, блок сигнализации (Патент РФ на полезную модель №98687, МПК: A62C 3/06, публ. 27.10.2010 г.).
Невозможность достижения указанным прототипом технического результата, достигаемого заявленным устройством, обуславливается тем, что в системе прототипа используется дополнительное дорогостоящее оборудование: блок управления, компрессор, ресивер воздуха, установка подготовки воздуха и получения газообразного азота мембранным способом, установка улавливания легких фракций углеводородов, емкость конденсата паров углеводородов с погружным насосом, что приводит к увеличению капитальных и эксплуатационных затрат на изготовление и эксплуатацию системы. Кроме того, использование в установке прототипа электрооборудования снижает ее надежность.
При разработке заявляемой конструкции была поставлена задача снижения стоимости установки за счет снижения капитальных и эксплуатационных затрат, а также повышения надежности при сохранении взрывопожарной и экологической безопасности резервуаров.
При решении указанной задачи был достигнут технический результат, заключающийся в создании замкнутой системы, содержащей взрывопожаробезопасную среду с газообразным азотом и с допустимой концентрацией кислорода, без выбросов смеси паров азота и нефтепродуктов в атмосферу, посредством использования мягких газгольдеров, которые являются и накопителями и компенсаторами указанной среды и их связи с системой подачи газообразного азота и с газовыми пространствами резервуаров, что позволило провести замену взрывопожароопасной среды на безопасную с дальнейшим поддержанием ее в таком состоянии в течение срока эксплуатации установки и исключить использование дорогостоящего оборудования, что позволило повысить надежность установки (из-за отсутствия необходимости применения электрооборудования, работающего с парами углеводородов).
Сущность заявляемого устройства заключается в том, что оно содержит магистраль слива-налива, соединенную с резервуарами, сообщенными каждый с дыхательным клапаном, и подключенными к газоуравнительному трубопроводу, соединенному с замкнутой технологической системой, включающей трубопровод подачи газообразного азота, соединенный входом с азотной установкой и оснащенный, по меньшей мере, одним регулятором давления и клапаном, трубопровод поступления смеси газообразного азота и паров углеводородов в ресивер, оснащенный запорным клапаном, трубопровод выпуска смеси газообразного азота и паров углеводородов из ресивера, блок сигнализации.
Новым в устройстве является то, что ресивер выполнен в виде ресивера-газгольдера, с, по меньшей мере, одним мягким газгольдером, оснащенным сбросным клапаном, трубопровод поступления смеси газообразного азота и паров углеводородов в ресивер и трубопровод выпуска смеси газообразного азота и паров углеводородов из ресивера, выполнены объединенными в трубопровод обмена смеси газообразного азота и паров углеводородов, соединенного с газоуравнительным трубопроводом а также с трубопроводом подачи газообразного азота за запорным клапаном и перед входом в, по меньшей мере, один мягкий газгольдер, причем объем мягкого газгольдера больше или равен объему резервуаров.
Ресивер-газгольдер может содержать группу мягких газгольдеров, соединенных между собой по входу и выходу, и расположенных в защитном контейнере, в котором может быть установлено устройство повышения давления.
Азотная установка может быть выполнена в виде азотной рампы, содержащей баллоны со сжатым азотом.
Блок сигнализации может быть выполнен в виде газоанализатора кислорода с запорным клапаном, расположенного на трубопроводе обмена смеси газообразного азота и паров углеводородов.
На чертеже представлена общая схема установки обеспечения взрывопожарной и экологической безопасности резервуаров с жидкими углеводородами.
Установка обеспечения взрывопожарной и экологической безопасности резервуаров с жидкими углеводородами, используемая, например, на автозаправочной станции (АЗС) любого типа, содержит магистраль слива-налива 1 нефтепродуктов, предназначенную для приема нефтепродуктов от заправщика 2 и их выдачи в топливораздаточные колонки (далее ТРК) 3 и далее в топливные баки автомобилей 4, и соединенную трубопроводами с резервуарами 5, сообщенными каждый с дыхательным клапаном 6 и подключенными газовыми полостями к газоуравнительному трубопроводу 7.
Газоуравнительный трубопровод подключен к замкнутой технологической системе, включающей трубопровод обмена 8 смеси газообразного азота и паров углеводородов, ресивер-газгольдер 9 (в прототипе используется ресивер) и трубопровод подачи газообразного азота 10, соединенный входом с азотной установкой 11 выполненной, предпочтительно, в виде азотной рампы, содержащей баллоны со сжатым азотом (на чертеже не показаны). Давление подачи газообразного азота регулируется, по меньшей мере, одним регулятором давления 12 с клапаном. На трубопроводе подачи газообразного азота 10 установлен также клапан 13. Ресивер-газгольдер 9 содержит, по меньшей мере, один или группу мягких газгольдеров 14, соединенных между собой по входу и выходу и снабженных сбросным клапаном 15, служащим для замены атмосферы. Газгольдеры выполнены из эластичного материала, предназначенного для безопасного хранения нефтепродуктов при температуре окружающей среды ±50°C и расположены, например, в защитном контейнере 16. На трубопроводе обмена 8 смеси газообразного азота и паров углеводородов расположен запорный клапан 17 и блок сигнализации, выполненный, предпочтительно, в виде газоанализатора кислорода 18 с запорным клапаном 19, расположенный за клапаном 17. Трубопровод обмена 8 выполняет и как функцию трубопровода поступления смеси газообразного азота и паров углеводородов в ресивер, так и функцию трубопровода выпуска смеси газообразного азота и паров углеводородов из ресивера аналогично схеме прототипа, но только в заявляемой конструкции они совмещены в один трубопровод, который выполняет функцию массообмена между резервуарами 5 и ресивером-газгольдером 9.
С этой целью трубопровод обмена 8 одним концом подключен к ресиверу-газгольдеру 9, а другим к газоуравнительному трубопроводу 7. Азотная установка 11 соединена через трубопровод подачи газообразного азота 10 с трубопроводом обмена 8 в точке 20, расположенной за запорным клапаном 17 трубопровода обмена 8 и перед входом в мягкий(ие) газгольдер(ы) 14, что позволяет обеспечить подачу газообразного азота в заявляемую установку путем открытия клапана 13 и регулятора давления 12. Таким образом, азотная установка 11 и ресивер-газгольдер 9 соединены между собой трубопроводами обмена 8 и подачи газообразного азота 10 с запорным клапаном 13 и регулятором давления 12. А блок сигнализации расположен на трубопроводе обмена 8 между клапаном 17 и точкой 20.
г
р
Количество и суммарный объем мягкого газгольдера (одного либо группы) определяется исходя из условия его равенства или более объему резервуаров, то есть V≥V, где
г
V - объем мягкого газгольдера;
р
V - объем резервуаров,
при этом увеличение объема газгольдеров обусловлено возможностью возникновения негерметичности при эксплуатации резервуаров, и связано с необходимостью дополнительного объема, напор которого предотвращает попадание воздуха в полость резервуаров через негерметичность.
В защитном контейнере 16 с мягкими газгольдерами 14 установлено устройство повышения давления 21, выполненное в виде металлического листа с некоторой массой с возможностью силового воздействия на, по меньшей мере, один, предпочтительно, на верхний мягкий газгольдер. Чем больше масса листа, тем с большим давлением происходит вытеснение из газгольдеров газовой смеси. Создаваемое усилие должно быть достаточным для создания избыточного давления в замкнутой системе для предотвращения попадания воздуха, а, следовательно, и кислорода в газовое пространство резервуаров через могущую иметь место негерметичность в обвязке резервуаров. Возможно и иное конструктивное выполнение устройства повышения давления 21. Возможно выполнение установки и без использования устройства повышения давления при гарантированном отсутствии разгерметизации.
В верхней части ресивер-газгольдер 9 оборудован дренажными линиями, подключенными к сбросному клапану 15.
Установка работает следующим образом.
Перед началом эксплуатации резервуары 5 находятся в заполненном состоянии, клапаны 13, 15, 17 находятся в закрытом положении и инертный газ - газообразный азот находится в баллоне азотной установки 11. Мягкие газгольдеры 14, выполненные в виде эластичных оболочек, находятся в сжатом состоянии.
До запуска установки в эксплуатацию производится замена в ней атмосферы воздуха инертной средой, в качестве которой используется газообразный азот, с целью удаления из установки кислорода, содержащегося в воздухе. Замена производится подачей азота в ресивер-газгольдер 9 от азотной установки 11 по трубопроводу 10 через регулятор давления 12. При этом запорные клапаны 17 и 15 закрыты. Клапан 13 открыт. После заполнения ресивера-газгольдера 9 азотом, смесь азота и воздуха из него сбрасывается в атмосферу через сбросный клапан 15. Далее продолжается заполнение газгольдеров азотом. После заполнения клапаны 13 и 15 закрываются а клапан 17 открывается, соединяя тем самым газовые пространства резервуаров 5 и мягких газгольдеров 14. При этом производится замер содержания кислорода на трубопроводе обмена 8 газоанализатором 18 путем открытия клапана 19. При показании газоанализатором концентрации 0,5% об. и менее замена атмосферы в установке считается завершенной. При концентрации кислорода более 0,5% об. замену атмосферы следует продолжить.
После окончания процесса замены атмосферы в установке мягкие газгольдеры 14 полностью заполнены газообразным азотом и установка готова к эксплуатации.
При пуске установки в эксплуатацию клапаны 13 и 15 должны быть закрыты, а клапан 17 открыт.
г
р
В режиме «малых дыханий» резервуаров производится их опорожнение и выдача нефтепродуктов по трубопроводу слива 1 через ТРК 3 в баки автомобилей 4. При этом давление в резервуарах падает за счет увеличения газовых полостей резервуаров и безопасная смесь паров нефтепродуктов, азота и кислорода с допустимой концентрацией кислорода перетекает из мягких газгольдеров 14 ресивера-газгольдера 9 в резервуар 5, компенсируя тем самым падение давления в резервуарах. Такой процесс может продолжаться до полной выдачи нефтепродуктов из резервуаров 5 в баки автомобилей 4. В конечном состоянии резервуары будут полностью заполнены безопасной смесью паров, поступивших из ресивера-газгольдера 9 и газгольдер окажется в сложенном состоянии, если объемы газгольдера и резервуаров будут равны, то есть V=V.
В режиме «больших дыханий» резервуаров 5, то есть при их заполнении нефтепродуктами от заправщика 2, газовый объем резервуаров 5 уменьшается, давление в них возрастает и начинается обратный переток смеси азота и паров нефтепродуктов с допустимой концентрацией кислорода из резервуаров 5 в газгольдеры 14. При полном заполнении резервуаров газгольдеры заполнятся полностью.
Такой процесс опорожнения-заполнения резервуаров может функционировать без ограничения временем, но при условии полной герметичности технологической системы установки. Однако, вследствие имеющего место на практике возникновения негерметичности, например, клапанов, фланцев и др. возможно попадание кислорода воздуха в объем газовой среды замкнутой системы установки. Для выявления этого в процессе эксплуатации установки производится автоматический или, по меньшей мере, вручную один раз в месяц контроль содержания кислорода. При превышении объемного содержания кислорода в установке более 5% об., что является взрывопожароопасной ситуацией, требуется повторное заполнение системы чистым азотом.
Для исключения попадания кислорода воздуха в установку через неплотности в ней предусмотрено устройство повышения давления 21, благодаря чему смесь паров из установки попадает в атмосферу, а компенсация ушедших из установки паров осуществляется превышением объема газгольдера над объемом резервуара.
Установка газоанализатора 18 на трубопроводе обмена 8 позволяет осуществлять контроль параметров предельно допустимых довзрывоопасных концентраций (ДВК) газовой среды и осуществлять автоматическое слежение и сигнализацию за содержанием требуемого объема кислорода в технологическом процессе установки.
Таким образом, после замены атмосферы в установке смесью газообразного азота с парами углеводородов и кислорода в безопасных концентрациях в течение всего периода эксплуатации установки обеспечивается поддержание взрывопожарной безопасности резервуаров, а отсутствие выбросов вредных паров нефтепродуктов, за исключением разового выброса первоначальной смеси в установке, в течение нескольких лет обеспечивает экологическую безопасность установки. При этом отпадает необходимость в наличии дорогостоящего оборудования, что имеет место в установке прототипа.
Возможность осуществления заявляемой полезной модели подтверждается использованием в ней известных элементов, а также материалов, используемых в нефтегазовой промышленности, в том числе используемых на уровне функционального обобщения, с достижением технического результата, заключающегося в снижении стоимости устройства за счет снижения его капитальных и эксплуатационных расходов и повышении надежности при одновременном сохранении взрывопожарной и экологической безопасности за счет создания замкнутой системы, в которой используется только инертная смесь в виде газообразного азота и углеводородов с безопасной концентрацией кислорода.