Технические аспекты сокращения естественной убыли нефтепродуктов при хранении в резервуарном парке

УДК 502.55

Технические аспекты сокращения

естественной убыли нефтепродуктов при хранении в резервуарном парке

A.В. САВЕЛЬЕВ, канд. техн. наук, доцент,

ФАУ «25 Государственный научно-исследовательский институт химмотологии Министерства обороны Российской Федерации»

B.Ф. ДАНИЛОВ, канд. техн. наук, доцент, Елабужский филиал Казанского (Приволжского) Федерального университета

(Россия, 423600, Республика Татарстан,

г. Елабуга, ул. Казанская, д. 89)

Р.И. КЮННАП, аспирант,

ФАУ «25 Государственный научно-исследовательский институт химмотологии Министерства обороны Российской Федерации»

(Россия, 121467, Москва, ул.Молодогвардейская,

д.10)

E-mail: Roman_kyunnap@mail.ru

Рассмотрены существующие способы сокращения естественной убыли нефтепродуктов при хранении в резервуарном парке путём улавливания их паров. Сделан вывод том, что наиболее перспективными на сегодняшний день является комбинированный способ, в основе которого лежит применение цикла Карно. Суть способа заключается в том, что смесь паров нефтепродукта с воздухом сначала сжимается, при этом часть внутренней энергии смеси переходит в тепловую энергию. Затем тепловая энергия от смеси отнимается охлаждением и, при этом внутренняя энергия смеси переходит на более низкий уровень. Затем происходит снижение давления через дросселирующее устройство или посредством детандера, т.е. возвращение смеси на начальные показатели давления, но на более низком уровне внутренней энергии, что приводит к понижению температуры и к интенсивной конденсации нефтепродукта.

Реализация данного способа возможна при помощи предлагаемой авторами устройства для сокращения потерь нефтепродуктов на автозаправочных комплексах и базах хранения. Предлагаемое устройство позволит существенно повысить эффективность улавливания паров нефтепродукта при хранении в резервуарном парке.

Ключевые слова: резервуарный парк, нефтепродукты, естественная убыль, сокращение потерь, устройство для улавливания паров нефтепродуктов.

в

настоящее время в связи с ужесточением экологических требований важная роль отводится решению проблемы уменьшения загрязнения окружающей среды нефтепродуктами. Особенно велика роль улавливания и утилизации газообразных паров углеводородов при их сливе (наливе) в резервуары, так как потери при данных операциях составляют основную долю испаряемых нефтепродуктов [1,2]. Это приводит с одной стороны к загрязнению окружающей среды, создает пожаровзры-воопасную ситуацию на автозаправочных комплексах (АЗК), а с другой стороны ведёт к потерям нефтепродуктов и ухудшению их качества за счёт испарений лёгких фракций.

В настоящее время существует много способов снижения выбросов углеводородов в атмосферу при хранении, каждый из которых имеет свои достоинства и недостатки.

Наибольшее распространение получил способ, который основан на снижении интенсивности «больших дыханий» в резервуарных парках при заполнении резервуаров за счет оборудования парков газоуравнительными системами. Недостатком этого способа является то, что газоуравнительные системы не обеспечивают достаточного снижения выброса газообразных углеводородов из-за невозможности осуществления полной синхронности технологических процессов [2].

Другой способ основан на окислении (выжигании) газообразных углеводородов из резервуаров во время дыхания. Недостатками данного способа являются загрязнение продуктами сгорания окружающей среды, повышение пожаровзрывоопасности и полная потеря «ценных» углеводородов. Преимущество способа — возможность использования тепла, полученного при сжигании углеводородов.

Известен мембранный способ разделения газов и жидкостей, который основан на способности мембраны пропускать вещество с определённым размером молекул. Данная технология имеет низкую пропускную способность и эффективна для разделения паровоздушной смеси, состоящей не более чем из двух-трёх компонентов. Кроме этого, возникает проблема утилизации каждого из компонентов после разделения смеси на её составляющие.

Другим способом является отделение углеводородов от воздуха путем перевода их из газообразного в жидкое состояние методом охлаждения смеси воздуха с углеводородами. Основным недостатком данной технологии является то, что она имеет недостаточную степень улав-

ливания. Существующая аппаратура обеспечивает осаждение паров нефтепродуктов до 40%. Причина в том, что пары нефтепродуктов конденсируются на стенках охлаждающего элемента, что приводит к ухудшению теплоотдачи и снижению эффективности холодильной установки.

Широко применяется на практике способ адсорбции. Схема адсорбции углеводородов достаточно проста и для организации процесса не требуется дополнительной энергии. Паровоздушную смесь, «выдыхаемую» из резервуаров, пропускают через колонны, заполненные активированным углем, где углеводороды поглощаются углем, а очищенный воздух выбрасывается в атмосферу. Метод адсорбции углеводородов активированным углем, несмотря на простоту и низкую стоимость организации процесса адсорбции, имеет ряд существенных недостатков: в процессе работы активированный уголь насыщается, его адсорбционные свойства снижаются. Работоспособность адсорбента восстанавливается лишь при замене активированного угля на «свежий». Поэтому средняя степень поглощения углеводородов зависит от частоты замены активированного угля. В промышленных установках средняя величина поглощения не превышает 60-70%.

Серьезнейшая проблема при использовании способа адсорбции возникает после извлечении из колонн активированного угля, насыщенного углеводородами. С одной стороны, желательно его восстановить путём извлечения углеводородов и использовать повторно, так как стоимость активированного угля достаточно велика. Также неплохо было бы утилизировать извлеченные из него углеводороды.

С другойстороны, восстановлениеактивированно-го угля, обычно производимое паром, потребует, в свою очередь, решения задачи извлечения углеводородов из пара, что, возможно, даже сложнее, чем отделение углеводородов от воздуха. Наряду с данными трудностями у существующего способа, имеются следующие преимущества: простота конструкции, отсутствие дополнительных затрат и степень улавливания паров при насыщенном адсорбенте топливом на 40-50% составляет 39,9% [3].

С учётом изложенного использование метода адсорбции, по мнению авторов, является достаточно эффективным, но существуют технические проблемы, связанные с восстановлением адсорбента (либо его уничтожением).

При абсорбции задерживаются практически все углеводороды, содержащиеся в паровоздушной смеси, при нормальных температурах и давлении [4]. В качестве абсорбента паров углеводородов может быть жидкость, из которой выделяются пары, которые необходимо абсорбировать. Для того чтобы процесс абсорбции шел быстрее, необходимо или снизить температуру абсорбента, или повысить давление в газе, а при увеличении вязкости процесс замедляется, так как при этом происходит замедление процессов диффузии.

В качестве абсорбента для паров нефтепродуктов наиболее подходят бензин, керосин, дизельное топливо и масла малой вязкости.

Десорбция в отличие от абсорбции наиболее интенсивно протекает при кипении, когда испарение газа происходит во всем объёме. Отсюда можно сделать вывод, что для того, чтобы абсорбент можно было легче довести до кипения, необходимо, чтобы он имел низкую температуру кипения.

При поглощении углеводородов специально подобранным абсорбентом (например, нефтяными маслами низкой вязкости, керосином и др.) абсорбент освобождается от поглощенных легких углеводородов в процессе десорбции и выделившиеся углеводороды могут сжигаться, например, в котельных, а могут использоваться в качестве товарной продукции. Очищенный от углеводородов абсорбент возвращается для поглощения новой порции газа [5].

Таким образом, наряду с достоинствами данного способа (абсорбции), имеются существенные недостатки: увеличение степени взрывоопасности при повышении давления в газовой смеси и снижение эффективности метода при понижении температуры (ниже 0°С) из-за увеличения вязкости, если в качестве абсорбента применяется масло.

Анализ современных способов защиты окружающей среды от паров углеводородов позволяет сделать вывод том, что наиболее перспективными на сегодняшний день является комбинированный способ, в основе которого лежит применение цикла Карно.

Суть способа заключается в том, что смесь паров нефтепродукта с воздухом сначала сжимается, при этом часть внутренней энергии смеси переходит в тепловую энергию. Затем тепловая энергия от смеси отнимается охлаждением и, при этом внутренняя энергия смеси переходит на более низкий уровень. Затем происходит снижение давления через дросселирующее устройство или посредством детандера, т.е. возвращение смеси на начальные показатели давления, но на более низком уровне внутренней энергии, что приводит к понижению температуры и к интенсивной конденсации нефтепродукта.

Реализация данного способа возможна при помощи предлагаемой авторами установки, схема которой представлена на рисунке.

Установка работает следующим образом. Смесь паров нефтепродукта с воздухом, проходя через ог-непреградитель 1 и обратный клапан 2, сжимается компрессорной установкой 3 с водяным охлаждением. Затем пары нефтепродукта поступают в ресивер 4, где происходит дополнительное охлаждение и конденсация паров нефтепродукта вследствие повышенного давления и температуры смеси, близкой к температуре окружающей среды. Снижение давления смеси за счёт конденсации паров нефтепродукта компенсируется дополнительной подачей компрессора.

При достижении предельного уровня конденсата срабатывает двухпозиционный регулятор уровня 7,

Пульт управления оператора

Устройство для улавливания паров нефтепродуктов при их хранении:

1 — огнепреградитель; 2 — клапан обратный; 3 — стационарная компрессорная установка; 4 — ресивер с трубчатым водяным охлаждением; 5 — детандер типа ДПВ; 6 — конденсатор в теплоизолирующем корпусе; 7 — датчики — реле электромеханический уровня жидкости двухпо-зиционные; 8 — клапан дроссельный; 9 — выключатель преобразователь давления; 10 — резервуар для сбора конденсата; 11 — резервуар с нефтепродуктом; 12 — водяной радиатор с вентилятором; 13 — клапан разгрузочный; 14 — клапан вытяжной очищенного воздуха (либо СМДК-50); 15 — фильтр поглотительный адсорбционного типа. 16 — насосный агрегат

открывая дросселирующий клапан 8, и конденсат сливается в ёмкость для сбора конденсата 10. При достижении минимального уровня конденсата ограничитель уровня 7 перекрывает дросселирующее устройство 8, и ресивер 4 опять начинает работу в режиме накопления. Воздух, с несконденсирован-ным нефтепродуктом, через перепускной клапан 13 поступает в детандер 5, совершая работу и переходя в состояние с меньшей внутренней энергией, что приведёт к неизбежному понижению температуры смеси и к дополнительной конденсации паров легких фракций нефтепродукта в конденсаторе 6.

При достижении конденсатом максимального уровня в конденсаторе 6 сработает ограничитель уровня 7, при этом откроется перепускной клапан 13 и конденсат поступит в приёмную ёмкость 10. При достижении минимального уровня конденсата ограничитель уровня 7 перекроет перепускной клапан 13.

Очищенный от паров нефтепродукта воздух удаляется в атмосферу через воздушный клапан 14,

установленный в верхней части конденсатора 6. Конденсат из приёмной ёмкости 10 поступит обратно в резервуар 11, сохраняя при этом качество продукта, так как возвращаются лёгкие фракции нефтепродукта, которые в обычных условиях безвозвратно утрачиваются. Компрессор 3 включается автоматически при достижении предельного допустимого давления в резервуаре.

В устройство может быть добавлен к воздушному клапану 14 фильтр поглотительный адсорбционного типа 15, через который воздух будет проходить в атмосферу, дополнительно очищаясь. Так как концентрация паров нефтепродуктов в смеси, проходящей через воздушный клапан 14, чрезвычайно мала, то ресурс активированного угля будет очень высоким.

Предлагаемое устройство позволит существенно повысить эффективность улавливания паров нефтепродукта при хранении в резервуарном парке.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Яковлев B.C. Хранение нефтепродуктов. Проблемы защиты окружающей среды. — М.: Химия, 1987. — 50 с.

2. Овчинин Д.И., Белохвостов Ф.В., Еремин В.Н., Багреева И.С. Труды 25 ГосНИИ МО РФ. — М.: 2010. — 486 с.

3. Александров А. А., Архаров И. А., Емельянов В. Ю. Обзор действующих систем улавливания паров нефтепродуктов // Современная АЗС. 2005. — №№ 10-12.

4. Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. Издание 2-е. — М.: Химия, 1976. — С. 39, 81.

5. Эксплуатация складов ракетного топлива и горючего / Под ред. Д.Д. Костровского. — М.: Военное издательство, 1982. — 134 с.

TECHNICAL ASPECTS OF REDUCING ATTRITION OIL STORAGE IN THE TANK

Savelyev A.V., Candidat of Tehn. Sci., 25 State Scientific and Research Institute Chemmotology of Ministry of Defence of the Russian Federation

Danilov V.F., Candidat of Tehn. Sci., Elabuga Institute

Kyunnap R.I., Graduate Student, 25 State Scientific and Research Institute Chemmotology of Ministry of Defence of the Russian Federation

E-mail address: Roman_kyunnap@mail.ru

ABSTRACT

The existing methods of reducing the attrition of petroleum products if stored in the tank farm by capturing their vapors. It was concluded that the most promising by far the combined method, which is based on the use of the Carnot cycle. The essence of the method is that the mixture of oil vapor and air is first compressed with a portion of the internal energy of the mixture is converted into thermal energy. Then the heat is taken away from the mixture cooled, and the internal energy of the mixture goes to a lower level. Then the pressure drop across the throttling device or through an expander that is returned to the initial mixture of pressure indicators, but on a lower level of internal energy, which leads to lowering of the temperature and the intensive condensation of oil.

The implementation of this method is possible through the proposed authors device properties to reduce the losses of petroleum products at filling stations and storage of databases. The proposed device will significantly improve the efficiency of oil vapor recovery when stored in the tanks.

Keywords: storage tanks, petroleum products, natural loss, reduction of losses, device for trapping oil vapor.

REFERENCES

1. Yakovlev B.C. Khraneniye nefteproduktov. Problemy zashchity okruzhayushchey sredy [Storage of petroleum products. Problems of environmental protection]. Moscow, Khimiya Publ., 1987, 50 p. (Rus).

2. Ovchinin D.I., Belokhvostov F.V., Eremin V.N., Bagreeva I.S. Trudy 25 GosNII MO RF [Proc. of the 25th State Research Institute Chemmotology Ministry of Defence of the Russian Federation]. M. 2010, 486 p. (Rus).

3. Aleksandrov A. A., Arkharov I. A., Yemel'yanov V. Yu. Sovremennaya AZS — Modern gasoline station. 2005, no. 10-12. (Rus).

4. Voyutskiy S.S. Kurs kolloidnoy khimii [The course of colloidal chemistry]. Edition 2, M.: Khimiya Publ., 1976, pp. 39, 81. (Rus).

5. Ekspluatatsiya skladov raketnogo topliva i goryuchego [Operation of rocket fuel depots and fuel] / Red. D.D. Kostrovskoy. Moscow: Voyennoye izdatel'stvo Publ., 1982, p. 134. (Rus).