СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТЕРЬ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ ОТ ИСПАРЕНИЯ ПРИ МАЛЫХ ДЫХАНИЯХ РЕЗЕРВУАРОВ
METHOD TO DETECT LOSSES OF OIL AND OIL PRODUCTS FROM EVAPORATION UNDER IN-BREATHING OF RESERVOIRS

Изобретение относится к области хранения и транспортировки нефти и нефтепродуктов.
Известен способ оценки общих потерь от испарения из резервуаров со стационарной крышей, содержащийся в стандарте Американского института нефти API MPMS 19-1, API MPMS 19-2 [API Manual of Petroleum Measurement Standards, Chapter 19 - Evaporative-loss Measurement, Section 1 - Evaporative Loss from Fixed-Roof Tanks, Third Edition, October, 2012; API Manual of Petroleum Measurement Standards, Chapter 19 - Evaporative-loss Measurement, Section 2 - Evaporative Loss from Floating-roof Tanks, Second Edition, October, 2012]. В способе учитывают особенности конструкции резервуара, используемого на резервуаре оборудования, характеристики хранимого продукта, особенности режима эксплуатации, а также используют эмпирические коэффициенты, индивидуальные для каждого региона.
Известен способ оценки общих потерь от испарения из резервуаров со стационарной крышей, содержащийся в руководящем документе VDI 3479 «Контроль за выбросами из резервуарных парков в местах переработки нефти» [BMI-DGMK Gemeinschaftsprojekt 4590-01 bis 4590-12 “Messen und Ermittlung von Kohlenwasserstoff-Emissionen bei Lagerung, Umschlag und Transport von Ottokraftstoffen und Prüfen von Verfahren zur Beherrschung dieser Emissionen”, Teil 1: Zusammenfassender Bericht des Gesamtprojekts, Teil 2: Berichte zu den Teilobjekten]. В способе учитывают особенности конструкции резервуара, используемого на резервуаре оборудования, характеристики хранимого продукта, особенности режима эксплуатации, смену времен года, а так же используют эмпирические коэффициенты, индивидуальные для каждого региона.
Недостатками указанных способов являются низкая точность определения потерь от испарения в краткосрочном периоде, а также отсутствие учета аномальных колебаний температуры региона размещения исследуемого резервуара.
В соответствии с РД 153-39-019-97 «Методические указания по определению технологических потерь нефти на предприятиях нефтяных компаний Российской Федерации» рекомендуются к использованию следующие методы: метод определения потерь нефти от испарения по изменению углеводородного состава, метод определения потерь нефти от испарения по изменению давления насыщенных паров.
Метод определения потерь нефти от испарения по изменению углеводородного состава основан на оценке изменения концентрации углеводородов в пробах нефти до и после резервуара посредством проведения газохроматографического исследования. Использование метода предусматривает необходимость лабораторного исследования проб нефти, отобранных до и после резервуара.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является метод определения потерь нефти от испарения по изменению давления насыщенных паров, основан на измерении давления насыщенных паров нефти до и после источника потерь нефти по ГОСТ 1756-52. Использование метода предусматривает проведение лабораторных исследований проб нефти, отобранных до и после источника потерь, причем точность метода в значительной степени зависит от количества исследований.
Недостатком указанных методов является наличие большого числа трудоемких лабораторных исследований, необходимых для обеспечения высокой точности результатов.
Задачей, на решение которой направленно заявленное техническое решение, является разработка способа определения потерь нефти и нефтепродуктов от испарения при малых дыханиях резервуаров.
При осуществлении заявленного решения поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в повышении точности определения массовых потерь за счет определения изменения концентрации углеводородов в газовом пространстве на основе значений избыточного давления в резервуаре, атмосферного давления, средней температуры газового пространства резервуара.
изб
атм
Указанный технический результат достигается тем, что регистрируют значения избыточного давления Р, Па, в резервуаре, оборудованном дыхательным клапаном, атмосферного давления Р, Па, средние значения температуры T, K газового пространства резервуара; определяют изменения концентрации углеводородов в газовом пространстве резервуара по зависимости:
,
1
2
изб
а
где Р, Р - значения абсолютного давления в резервуаре, определяемые по зависимости: Р=Р+Р, [Па];
1
2
Т, Т - средние значения температуры газового пространства резервуара, K;
атм
ΔР - прирост атмосферного давления, определяемый по зависимости:
атм
атм2
атм1
ΔР=Р-Р, [Па];
М - молярная масса паров нефти или нефтепродукта, г/моль.
При этом, при значениях избыточного давления в резервуаре ниже порога срабатывания дыхательного клапана на вакуум, изменение концентрации определяют по зависимости:
,
где n - число срабатываний дыхательного клапана на вакуум,
вi
ΔР - прирост давления во время i-срабатывания дыхательного клапана на вакуум, Па;
вi
Т - среднее значение температуры газового пространства резервуара во время i-срабатывания дыхательного клапана на вакуум, K.
Затем определяют массовые потери от испарения при вытеснении обогащенной парами углеводородов газовой фазы по зависимости:
,
1
2
где Р, P - значения абсолютного давления в резервуаре до и после срабатывания дыхательного клапана, Па;
1
2
Т, Т - средние значения температуры газового пространства резервуара до и после срабатывания дыхательного клапана, K;
3
V - объем газового пространства резервуара, м;
с - концентрация углеводородов в газовом пространстве резервуара на момент открытия дыхательного клапана, определяемая по зависимости:
<mrow><mi>c</mi><mo>=</mo><msup><mi>c</mi><mo>′</mo></msup><mo>+</mo><mi>Δ</mi><mi>c</mi><mo>,</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>[</mo><mrow><mfrac bevelled="true"><mrow><mi>к</mi><mi>г</mi></mrow><mrow><msup><mi>м</mi><mn>3</mn></msup></mrow></mfrac></mrow><mo>]</mo></mrow></mrow>
,
3
где c′ - первоначальная концентрация углеводородов в газовом пространстве резервуара, кг/м.
Затем определяют суммарные массовые потери от испарения по зависимости:
<mrow><mi>M</mi><mo>=</mo><mstyle displaystyle="true"><mo>∑</mo><mrow><msubsup><mrow /><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>n</mi></msubsup></mrow></mstyle><msub><mi>m</mi><mi>i</mi></msub><mo>,</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>[</mo><mrow><mi>к</mi><mi>г</mi></mrow><mo>]</mo></mrow></mrow>
.
Сущность изобретения заключается в определении массовых потерь нефти или нефтепродукта от испарения исходя из изменения избыточного давления в резервуаре.
Способ осуществляют следующим образом.
На резервуар, оборудованный дыхательными клапанами, устанавливают жидкостный U-образный манометр или микроманометр с пределом измерения 50 кПа. Технологические отверстия, присутствующие в конструкции резервуара, должны быть герметично закрыты, дыхательные клапаны должны быть исправны.
3
изб
а
Определяют объем V, м, газового пространства резервуара исходя из уровня взлива в резервуаре и его геометрии. Производят регистрацию значений избыточного давления в резервуаре Р, Па, атмосферного давления Р, Па; среднего значения температуры Т, K, газового пространства резервуара. Периодичность регистрации значений может быть определена экспериментально и откорректирована в случае необходимости увеличения или уменьшения точности измерений.
изб
После регистрации значения делятся на группы значений с избыточным давлением Р, не превышающим давление срабатывания дыхательного клапана. Момент падения давления в резервуаре вследствие срабатывания дыхательного клапана считать границей между группами значений.
изб
изб1
1
атм1
изб2
2
атм2
Каждая группа значений со значениями избыточного давления Р, не превышающими давление срабатывания дыхательного клапана, рассматривается отдельно. Значения избыточного давления Р, средней температуры газового пространства T и атмосферного давления Р равны первоначальным значениям каждой группы. Значения избыточного давления Р, средней температуры газового пространства Т и атмосферного давления Р равны последним значениям каждой группы.
Определяют изменение концентрации углеводородов с в газовом пространстве резервуара по зависимости:
,
1
2
изб
а
где Р, Р - значения абсолютного давления в резервуаре, определяемые по зависимости: Р=Р+Р, [Па];
1
2
T, T - средние значения температуры газового пространства резервуара, K;
атм
ΔР - прирост атмосферного давления, определяемый по зависимости:
атм
атм2
атм1
ΔР=Р-Р, [Па];
М - молярная масса паров нефти или нефтепродукта, г/моль.
Молярную массу паров нефти и нефтепродукта определяют посредством газохроматографического исследования или по зависимости [РД-17-86 Методические указания по расчету валовых выбросов вредных веществ в атмосферу для предприятий нефтепереработки и нефтехимии]:
H.K.
М=45+0,6t,
H.K.
где t - температура начала кипения нефти или нефтепродукта, °C.
Если среди группы значений избыточного давления в резервуаре есть значения ниже порога срабатывания дыхательного клапана на вакуум, то изменение концентрации углеводородов с в газовом пространстве резервуара определяют по зависимости:
,
где n - число срабатываний дыхательного клапана на вакуум,
вi
ΔР - прирост давления во время i-срабатывания дыхательного клапана на вакуум, Па;
вi
T - среднее значение температуры газового пространства резервуара во время срабатывания дыхательного клапана на вакуум, K.
В момент падения давления в резервуаре вследствие срабатывания дыхательного клапана происходит выброс обогащенной парами углеводородов газовой фазы в атмосферу, массовые потери от которого определяют по зависимости:
,
1
2
где Р, Р - значения абсолютного давления в резервуаре до и после срабатывания дыхательного клапана, Па;
1
2
Т, Т - средние значения температуры газового пространства резервуара во время срабатывания дыхательного клапана, K;
3
V - объем газового пространства резервуара, м;
с - концентрация углеводородов в газовом пространстве резервуара на момент открытия дыхательного клапана, определяемая по зависимости:
<mrow><mi>c</mi><mo>=</mo><msup><mi>c</mi><mo>′</mo></msup><mo>+</mo><mi>Δ</mi><mi>c</mi><mo>,</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>[</mo><mrow><mfrac bevelled="true"><mrow><mi>к</mi><mi>г</mi></mrow><mrow><msup><mi>м</mi><mn>3</mn></msup></mrow></mfrac></mrow><mo>]</mo></mrow></mrow>
,
3
где c′ - первоначальная концентрация углеводородов в газовом пространстве резервуара, кг/м.
3
Первоначальную массовую концентрацию углеводородов в газовом пространстве резервуара определяют посредством газохроматографического исследования. При введении резервуара в работу впервые после строительства, реконструкции или иных работ, предусматривающих полное проветривание резервуара, допускается принять значение массовой концентрации углеводородов с в газовом пространстве резервуара равной 0 кг/м. Первоначальную массовую концентрацию углеводородов в газовом пространстве резервуара для последующих групп значений определяют по зависимости:
.
Общие потери нефти и нефтепродуктов от испарения представляют собой сумму массовых потерь от испарения от каждого срабатывания дыхательного клапана.
<mrow><mi>M</mi><mo>=</mo><mstyle displaystyle="true"><mo>∑</mo><mrow><msubsup><mrow /><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>n</mi></msubsup></mrow></mstyle><msub><mi>m</mi><mi>i</mi></msub><mo>,</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>[</mo><mrow><mi>к</mi><mi>г</mi></mrow><mo>]</mo></mrow></mrow>
.
Для исключения систематической погрешности, обусловленной погрешностью средств измерений, рекомендуется проводить корректировку значений концентрации углеводородов посредством газохроматографических исследований. Периодичность проведения корректировки значений концентрации углеводородов определяют экспериментально.
peз
3
3
3
Пример. Имеется резервуар для хранения бензина объемом V=25 м объемом газового пространства V=12,43 м. Молярная масса паров бензина составляет 63 г/моль. Начальная концентрация паров бензина в газовом пространстве резервуара составляет 0,150 кг/м. Значения избыточного давления, атмосферного давления, средних значений температуры газового пространства резервуара представлены в таблице 1.
Срабатывание дыхательного клапана произошло в 11:00 и 11:26. Таким образом первая группа значений формируется с 0:00 до 11:00, вторая группа - с 11:01 до 11:26, далее следуют значения, относящиеся к третьей группе значений. Срабатывание дыхательного клапана на вакуум произошло в 5:00 и относится к первой группе значений.
Рассмотрим первую группу значений. Изменение концентрации углеводородов с в газовом пространстве резервуара определяется по зависимости:
Концентрация паров бензина в газовом пространстве на момент срабатывания клапана составит
3
c=c′+Δc=0,15+0,0165=0,1665 (кг/м).
Массовые потери вследствие срабатывания дыхательного клапана определяются по зависимости:
.
Первоначальная массовая концентрация углеводородов в газовом пространстве резервуара для следующей группы значений определяется по зависимости:
.
Рассмотрим вторую группу значении. Изменение концентрации углеводородов с в газовом пространстве резервуара определяется по зависимости:
Концентрация паров бензина в газовом пространстве на момент срабатывания клапана составит
3
c=c′+Δc=0,1663+0,0012=0,1675 (кг/м).
Массовые потери вследствие срабатывания дыхательного клапана определяются по зависимости:
.
Суммарные массовые потери за 12 часов составят
1
2
М=m+m=0,0023+0,0021=0,0044 (кг).
Таким образом суммарные массовые потери от испарения при малых дыханиях из резервуара для хранения бензина за 12 часов составили 0,0044 кг.