УСТАНОВКА ДЛЯ УЛАВЛИВАНИЯ ПАРОВ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ
PLANT FOR TRAPPING VAPORS OF OIL AND OIL PRODUCTS

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, в частности к установкам для улавливания легких фракций нефти и нефтепродуктов при их хранении и перевалке.
Известна установка для улавливания паров углеводородов из паровоздушных смесей, образующихся при хранении и перевалке нефтепродуктов, выполненная в модульном исполнении и реализующая технологию абсорбирования паров углеводородов из паровоздушной смеси с использованием охлажденного нефтесодержащего продукта. Известная установка содержит абсорбер, холодильную машину, теплообменники, насос, подводящие и отводящие трубопроводы абсорбента, паровоздушной смеси и очищенного воздуха, средства автоматики, клапаны, вентили, датчики и блок автоматического управления работой установки (Патент РФ №2309787 С2, дата приоритета 21.01.2004, дата публикации 10.11.2007, авторы Бердников В.И. и др.).
Недостатком известной установки является конструктивная сложность, обусловленная технологией абсорбирования.
В качестве прототипа принята установка улавливания паров нефтепродуктов, содержащая резервуар, холодильный блок, абсорберы первой и второй ступени абсорбции с орошающими трубопроводами, соединяющими верхние части абсорберов с холодильным блоком, приемный газопровод, соединяющий паровую зону резервуара с нижней частью абсорбера первой ступени, насос, установленный между нижней зоной резервуара и холодильным блоком, после насоса установлен стабилизатор абсорбента, патрубок отвода легких фракций которого соединен с нижней частью абсорбера первой ступени, а патрубок отвода жидкости соединен с холодильным блоком, абсорберы первой и второй ступеней соединены между собой трубопроводом, а орошающий трубопровод абсорбера первой ступени соединен трубной перемычкой с приемным газопроводом, причем соотношение диаметров трубной перемычки и орошающего трубопровода абсорбера первой ступени взято равным 1:3 (Патент РФ №2106903 С1, дата приоритета 20.04.1993, дата публикации 20.03.1998, авторы Гафаров Н.Н. и др., прототип).
Недостатком прототипа является отсутствие универсальности в применении для различных сливоналивных операций с нефтепродуктами и замкнутости с устройствами слива и налива, что не исключает попадание извне атмосферных загрязнений и влаги.
Задачей изобретения является обеспечение универсальности в применении для различных сливоналивных операций с нефтепродуктами, а также обеспечение замкнутости технологического процесса слива/налива и исключение попадания извне атмосферных загрязнений и влаги.
Для решения поставленной задачи установка для улавливания паров нефти и нефтепродуктов содержит холодильный блок, трубопровод, соединенный с паровой зоной резервуара и с холодильным блоком, насос, запорную арматуру и соединительные трубопроводы. Новым является то, что холодильный блок выполнен в виде блока конденсации паровоздушной смеси, соединенного с холодильной установкой, содержащего цилиндрический корпус с наружной теплоизоляцией, в котором коаксиально установлены одна или группа полых перегородок в виде втулок, на наружной поверхности каждой из которых намотан по спирали трубопровод хладагента с шахматным расположением шага, обеспечивающим вращение паровоздушного потока, создание центробежных сил и оптимальный контакт паров с холодной поверхностью, концы трубопровода хладагента жестко закреплены в нижней части корпуса с входным и выходным штуцерами хладагента, соединенными с холодильной установкой, а в центре нижней части корпуса установлен штуцер слива конденсата паровоздушной смеси, соединенный трубопроводом с емкостью для сбора конденсата, снабженной в нижней части водосборником с вентилем для слива, к емкости для сбора конденсата подсоединен трубопровод с вентилем, связывающий указанную емкость с насосной установкой резервуара, верхняя часть корпуса герметично закрыта крышкой, в которой герметично установлены штуцер подвода паровоздушной смеси с резервуара слива и штуцер отвода очищенного воздуха к сливному резервуару, при этом в корпусе холодильного блока также установлены датчики давления и температуры, связанные с блоком контрольно-измерительных приборов и автоматики управления холодильной установкой.
Согласно изобретению установка выполнена универсальной, с возможностью соединения штуцера подвода паровоздушной смеси холодильного блока и с резервуаром нефтебазы, и с автозаправщиком, и с баком транспортного средства, при этом штуцер отвода очищенного воздуха холодильного блока может быть соединен со сливными емкостями, а емкость для сбора конденсата может быть соединена трубопроводом с насосами нефтебазы, или топливозаправщика, или топливозаправочной колонки.
Согласно изобретению в установке может быть использована группа блоков конденсации, один из которых настроен на конденсацию воды.
На фиг.1 представлена технологическая блок-схема работы установки при малых дыханиях резервуара; на фиг.2 схематично изображена конструкция холодильного блока; на фиг.3 - технологическая блок-схема работы установки при сливе/наливе нефтепродуктов из железнодорожной цистерны в резервуар нефтебазы; на фиг.4 - технологическая блок-схема работы установки при сливе нефтепродукта из резервуара нефтебазы в резервуар автозаправщика; на фиг.5 - технологическая блок-схема работы установки при заправке автотранспорта на автозаправочной станции.
Установка для улавливания паров нефти и нефтепродуктов при малых дыханиях резервуаров хранения согласно приведенной на фиг.1 блок-схеме содержит холодильный блок 1, снабженный холодильной установкой 2, емкость для сбора конденсата 3, снабженную водосборником 4 с вентилем слива воды 5. Холодильный блок 1 выполнен в виде блока конденсации паровоздушной смеси, состоящей из паров воздуха и нефтепродуктов. Согласно конструктивной схеме, приведенной на фиг.2, указанный блок содержит цилиндрический корпус 6 с наружной теплоизоляцией (условно не показано). В цилиндрическом корпусе 6 коаксиально установлены полые перегородки в виде втулок 7, количество которых определяется расходом перекачиваемого нефтепродукта и может быть принято от одной и более. На наружной поверхности каждой из втулок 7 намотан по спирали трубопровод хладагента 8 с шахматным расположением шага, обеспечивающим вращение паровоздушного потока, создание центробежных сил и увеличение времени контакта паровоздушной смеси с холодной поверхностью, что в целом ускоряет процесс конденсации. Концы трубопровода хладагента 8 жестко закреплены в нижней части корпуса 6 с входным 9 и выходным 10 штуцерами хладагента, соединенными с холодильной установкой 2. В центре нижней части корпуса 6 также установлен штуцер 11 слива конденсата паровоздушной смеси, соединенный трубопроводом 12 с емкостью для сбора конденсата 3, снабженной в нижней части водосборником 4 с вентилем 5 для слива воды. Верхняя часть корпуса 6 герметично закрыта крышкой 13, в которой герметично установлены штуцер 14 подвода паровоздушной смеси и штуцер 15 отвода очищенного воздуха, соединяемый с трубопроводом 16, установленным над паровой зоной резервуара хранения 17. При этом штуцер 14 соединен с трубопроводом 18 подвода паровоздушной смеси, также установленным над паровой зоной резервуара хранения 17. К емкости 3 для сбора конденсата подсоединен трубопровод 19 с вентилем 20, связывающий емкость 3 с насосной установкой 21 резервуара хранения 17. В корпусе 6 холодильного блока также установлены датчики давления и температуры (условно не показано), связанные с блоком 22 контрольно-измерительных приборов и автоматики (КИПиА), управляющим включением и выключением холодильной установки 2 при достижении заданной оптимальной температуры. Кроме того, установка снабжена предохранительным клапаном 23, контролирующим давление в резервуаре хранения 17 и выравнивающим его при разряжении путем подвода воздуха из окружающей среды по трубопроводу 16.
Для реализации технологии улавливания паров нефти и нефтепродуктов из резервуара хранения 17 холодильный блок 1, выполненный в виде блока конденсации смеси паров воздуха и нефтепродуктов, соединяется трубопроводами 16 и 18 с паровой зоной резервуара 17, а вентиль 20 - с трубопроводом 19, соединяющим емкость 3 с насосной установкой 21 резервуара хранения 17. При повышении температуры окружающего воздуха увеличивается испарение легких фракций нефтепродукта, и повышается давление в резервуаре 17, которое регистрируется датчиком давления. Сведения о давлении поступают в блок 22 КИПиА. При достижении оптимального или критического давления запускается холодильная установка 2, пары хладагента пропускаются по трубопроводу 8 и охлаждают поступающую в холодильный блок 1 и контактирующую с поверхностью трубопровода 8 смесь паров воздуха и нефтепродуктов, в результате чего происходит конденсация смеси паров, и давление падает. При этом трубопровод 8 хладагента, намотанный на втулки 7 по винтовой линии с шахматным расположением шага намотки, обеспечивает вращение паровоздушного потока, способствует созданию центробежных сил и увеличению времени контакта смеси паров с холодной поверхностью, что в целом ускоряет процесс конденсации и слив конденсата в емкость сбора 3. Конденсат паровоздушной смеси стекает в емкость для сбора конденсата 3, отстаивается и, по мере накопления, при открытии вентиля 20 выкачивается насосной установкой 21 в резервуар хранения 17.
При дальнейшем уменьшении давления паровоздушной смеси в резервуаре 17 блок 22 КИПиА отключает холодильную установку, в этот период может происходить таяние кристаллов воды, находящихся в холодильном блоке, вода по трубопроводу 12 стекает в емкость для сбора конденсата 3, в водосборник 4 и сливается через вентиль 5.
В процессе последующего понижения давления в резервуаре 17 увеличивается испарение нефтепродукта, которое частично компенсирует снижение давления, однако при критическом понижении давления срабатывает предохранительный клапан 23, и по трубопроводу 16 осуществляется подвод извне атмосферного воздуха для устранения разряжения и выравнивания давления.
Для осуществления различных сливоналивных операций предусматривается возможность соединения холодильного блока 1 с накопительной емкостью: ж/д цистерной, резервуаром нефтебазы, резервуаром автозаправочной станции (АЗС), емкостью автозаправщика, баком автомобиля и др. транспортного средства. Емкость для сбора конденсата паровоздушной смеси 3 выполнена с возможностью ее соединения через вентиль 20 с трубопроводом 19, соединенным с насосной установкой 21 резервуара хранения 17 для откачки в него обезвоженного конденсата нефтепродукта, и с возможностью слива конденсата воды из водосборника 4 через вентиль 5.
Установка для улавливания паров нефти и нефтепродуктов является универсальной и может применяться для улавливания паров нефтепродуктов как при хранении нефти и нефтепродуктов, так и при сливоналивных операциях: сливе нефтепродуктов из ж/д цистерн в резервуары нефтебаз; сливе с резервуаров нефтебаз в автозаправщики; сливе из автозаправщиков в резервуары автозаправочных станций (АЗС); заправке автотранспорта на АЗС.
Работа установки при технологических операциях слива-налива рассмотрена на примере слива нефтепродуктов с железнодорожной цистерны в резервуар нефтебазы (фиг 3). При подготовке к работе холодильный блок 1 трубопроводом 18 соединяется с резервуаром нефтебазы 24, трубопроводом 16 соединяется с горловиной железнодорожной цистерны 25, а емкость сбора конденсата 3 через вентиль 20 трубопроводом 19 соединяется с насосной установкой 21. Перед сливом включается холодильная установка 2 для создания отрицательной температуры в холодильном блоке 1 (например, -20°С). Включается насосная установка 21 и нефтепродукт из ж/д цистерны 25 поступает в резервуар нефтебазы 24. При этом давление в резервуаре нефтебазы 24 возрастает и паровоздушная смесь через штуцер 14 поступает в холодильный блок 1 для конденсации. В холодильном блоке 1 поток паровоздушной смеси разделяется на несколько частей и начинает вращаться, обтекая трубопровод 8 с хладагентом. За счет низкой температуры и центробежных сил он конденсируется, при этом конденсат стекает через штуцер 11 в емкость для сбора конденсата 3, где происходит разделение паровоздушной смеси на нефтепродукт и воду, а очищенный воздух через верхний штуцер 15 по трубопроводу 16 поступает в ж/д цистерну 25. Таким образом, происходит замкнутый слив нефтепродукта с отделением конденсата воды, ограничивающий попадание загрязненного воздуха в ж/д цистерну 25. В конце процесса перекачки нефтепродукта из ж/д цистерны 25 открывается вентиль 20 и очищенный от паров воды нефтепродукт откачивается по трубопроводу 19 из емкости для сбора конденсата 3 через насосную установку 21 в резервуар нефтебазы 24. После завершения перекачки отключается холодильная установка 2.
Технология слива нефтепродуктов с резервуара нефтебазы 24 в автозаправщик 26 (фиг.4) аналогична технологии слива нефтепродукта с ж/д цистерны 25 в резервуар нефтебазы 24 (фиг.3). При этом паровоздушная смесь из автозаправщика 26 подается по трубопроводу 18 в холодильный блок 1, а из него очищенный воздух по трубопроводу 16 поступает в резервуар нефтебазы 24.
Установка для улавливания паров нефти и нефтепродуктов предусматривает применение нескольких блоков конденсации паров в зависимости от производительности перекачки и концентрации воды. При высокой концентрации воды в нефтепродукте один из холодильных блоков с собственной холодильной установкой настраивается на конденсацию воды, для этого температура в блоке должна быть установлена от 0 до +2°С.
Технология слива нефтепродукта из автозаправщика в резервуар автозаправочной станции (АЗС) аналогична технологии слива нефтепродукта из резервуара нефтебазы в автозаправщик.
Технология заправки автотранспорта на АЗС (фиг 5) предусматривает соединение бензобака транспортного средства 27 через трубопровод 18 с холодильным блоком 1, а выход очищенного воздуха через трубопровод 16 в резервуар автозаправочной станции 28. Выход емкости сбора конденсата 3 связан через вентиль 19 и насосную установку 21 с топливораздаточной колонкой 29 для возврата в нее очищенного от паров воды нефтепродукта. Слив конденсата воды производится через вентиль 5 по необходимости.
Применение установки для улавливания паров нефти и нефтепродуктов позволяет осуществлять замкнутую систему различных сливоналивных операций в связи с ее универсальностью, исключить попадание атмосферных загрязнений и влаги в резервуары и тем самым повысить качество нефтепродуктов и защитить окружающую среду от вредных выбросов.