УСТАНОВКА УЛАВЛИВАНИЯ ПАРОВ НЕФТЕПРОДУКТОВ ИЗ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ, АВТОМОБИЛЬНЫХ ЦИСТЕРН И РЕЗЕРВУАРОВ С АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМОЙ ОХЛАЖДЕНИЯ

Предлагаемая полезная модель относится к устройствам для приема, хранения и выдачи нефтепродуктов и может быть использована в нефтехимической и других отраслях нефтепродуктообеспечения.
Полезная модель наиболее применима при приеме, хранении и транспортировании бензинов различных марок на терминалах и нефтебазах, оборудованных сливо-наливными железнодорожными и автомобильными эстакадами и наземными вертикальными стальными резервуарами (РВС).
Загрязнение воздушного бассейна на нефтебазах и терминалах происходит при выделении паров нефтепродуктов в процессе «больших» и «малых» дыханий резервуаров, при заливе железнодорожных и автомобильных цистерн, неправильной установке дыхательной аппаратуры и другим причинам. Потери от «больших» дыханий обусловлены вытеснением паровоздушной смеси из резервуара или цистерны при приеме нефтепродукта. При этом объем газового пространства уменьшается, что вызывает срабатывание дыхательного клапана в резервуаре, или вытеснение паровоздушной смеси через горловину железнодорожной или автомобильной цистерны. Потери от «малых» дыханий вызываются ежесуточными колебаниями температуры и парциального давления паров горючего в газовом пространстве резервуара. Температура нефтепродуктов, хранящихся в наземных резервуарах, зависит от температуры окружающей среды. В летнее время нефтепродукты в наземных резервуарах нагреваются до 30 градусов Цельсия и более. Температура начала кипения бензинов составляет 35 градусов Цельсия [1]. При данной температуре легкокипящие фракции бензинов превращаются в пар и через дыхательный клапан выходят в окружающую среду.
Характерными особенностями в работе нефтебаз являются периодическая выдача нефтепродуктов в железнодорожные и автомобильные цистерны, а также длительные сроки хранения горючего в резервуарах. Это означает существенные потери от испарения в результате «малых» дыханий, а также периодические потери от «больших» дыханий.
Борьба с потерями горючего от испарения становится важной экологической и экономической задачей.
Известен наземный вертикальный резервуар с двойным дном, оборудованный установкой улавливания паров нефтепродуктов [2].
В данном резервуаре дыхательный клапан оборудуется трубопроводом с задвижкой для отвода паров нефтепродуктов при «малых» и «больших» дыханиях, который соединяется с дополнительным заглубленным горизонтальным резервуаром Р-5. При этом трубопровод под землей находится в трубопроводе-холодильнике большего диаметра, оборудованным задвижками и заполненным водой (охлаждающей жидкостью в зимнее время). Резервуар Р-5 заполняется низкооктановым компонентом (дизельным топливом или керосином), оборудуется фильтром-поглотителем с активированным углем и приемником паров нефтепродуктов.
Техническое устройство работает следующим образом. Через приемный трубопровод нефтепродукт поступает в резервуар. При этом уровень горючего начинает увеличиваться, а соответственно объем парового пространства уменьшаться. С целью улавливания паров при «больших» дыханиях открывается дыхательный клапан, обратный клапан и по трубопроводу пары поступают в резервуар с низкооктановым компонентом, оборудованным приемным устройством. При этом часть газообразных углеводородов в результате дробления пузырьков двумя перегородками с отверстиями различного диаметра, поглощается низкооктановым нефтепродуктом. Нерастворившаяся часть газообразных углеводородов на выходе из резервуара улавливается фильтром-поглотителем.
При «малых» дыханиях, связанных с изменением температур, с повышением давления, также открывается дыхательный клапан и пары нефтепродуктов по трубопроводу через приемное устройство с перегородками, поступают в резервуар с низкооктановым компонентом.
При этом большая часть паров превращается в жидкость за счет охлаждения в подземном участке трубопровода, находящегося в трубопроводе холодильнике.
Недостатками указанного резервуара с установкой улавливания паров являются:
1. Отсутствие возможности улавливания паров нефтепродуктов при наливе железнодорожных и автомобильных цистерн.
2. Отсутствие теплообменника с перекачивающейся охлаждающей жидкостью.
3. Низкая эффективность улавливания паров нефтепродукта при «больших» дыханиях.
Также известен наземный вертикальный резервуар с двойным дном, оборудованный установкой улавливания паров нефтепродуктов с охлаждающей смесью [3].
В данном резервуаре оборудуется дополнительный паропровод с обратным клапаном и задвижкой, который соединяется с заглубленным горизонтальным стальным резервуаром. Резервуар оборудуется фильтром-поглотителем с активированным углем и устройством для приема паров нефтепродуктов. Заглубленный резервуар наполовину заливается низкооктановым компонентом.
Дополнительный паропровод под земной поверхностью проходит теплообменник змеевикового типа с охлаждающей смесью, представляющей 15% водный раствор карбоната натрия. Данная охлаждающая смесь экономически целесообразна, так как обладает малой стоимостью и высокой эффективностью, что позволяет снизить температуру в теплообменнике до 7-9 градусов Цельсия относительно температуры земной поверхности. Это является достаточным для перевода паров бензина в жидкое состояние.
Охлаждающая смесь из емкости подается в теплообменник по трубопроводу охлаждающей системы, оборудованному задвижками с помощью насоса. Вода в емкость для охлаждающей смеси подается из пожарного трубопровода. Теплообменник оснащается коленами и сливным краном для слива охлаждающей смеси. Охлаждающая система с теплообменником, насосом и емкостью находится под землей в технологическом колодце.
Техническое устройство работает следующим образом. Через приемный трубопровод нефтепродукт поступает в резервуар. В резервуаре создается избыточное давление паров. С целью улавливания паров при «больших» дыханиях открывается дыхательный клапан, обратный клапан и по паропроводу, соединенному с дополнительным резервуаром, оборудованным приемным устройством пары поступают в теплообменник с перекачиваемой охлаждающей смесью, которая подается из емкости по трубопроводу охлаждающей системы с помощью насоса. Охлаждающая смесь создает температуру в теплообменнике на 7-9 градусов Цельсия ниже температуры земной поверхности.
При этом основная часть газообразных углеводородов в результате охлаждения в теплообменнике переходит в жидкое состояние, а пары, не перешедшие в жидкость, поглощаются низкооктановым нефтепродуктом. Нерастворившаяся часть газообразных углеводородов на выходе из резервуара улавливается фильтром-поглотителем. После окончания приема нефтепродуктов в резервуар насос охлаждающей системы выключается оператором.
При «малых» дыханиях, связанных с изменением температур, с повышением давления парового пространства резервуара, также открывается дыхательный клапан, и пары нефтепродуктов по паропроводу через приемное устройство с перегородками поступают в резервуар с низкооктановым компонентом. Насос охлаждающей системы при указанных дыханиях целесообразно включать оператору при температурах свыше 30 градусов Цельсия. В период «малых» дыханий пары превращаются в жидкость за счет охлаждения в теплообменнике.
Недостатками указанного резервуара, оборудованного установкой улавливания паров нефтепродуктов с охлаждающей смесью, являются:
1. Отсутствие устройства сбора паров нефтепродуктов с железнодорожных и автомобильных цистерн.
2. Отсутствие автоматической системы охлаждения.
Также известна система улавливания паров при наливе (сливе) нефтепродуктов в автоцистерны [4].
В данной установке автомобильная цистерна оборудуется коллектором сбора паров нефтепродуктов, клапаном пневмоуправляемым с огнепреградителем, пневмоуправляемым клапаном вывода паров, шлангом, соединяющим коллектор сбора паров с клапаном, установкой утилизации паров нефтепродуктов, стыковочным устройством для соединения коллектора сбора паров с приемным трубопроводом установки утилизации паров нефтепродуктов.
Клапан пневмоуправляемый с огнепреградителем предназначен для соединения коллектора сбора паров с атмосферой в случае отсутствия устройства утилизации.
При этом коллектор представляет трубопровод, жестко закрепленный сверху цистерны, который с помощью трубопроводных коммуникаций соединяется с установкой утилизации паров нефтепродуктов.
Техническое устройство работает следующим образом. Перед заполнением автоцистерны нефтепродуктом коллектор сбора паров с помощью стыковочного устройства соединяется с приемным трубопроводом установки утилизации паров нефтепродуктов. Через приемный трубопровод нефтепродукт поступает в автоцистерну. При этом уровень горючего начинает увеличиваться, а соответственно объем парового пространства уменьшаться. С повышением давления в паровом пространстве открывается дыхательный клапан автомобильной цистерны и по шлангу, соединяющему клапан с коллектором сбора паров, а затем по трубопроводу коллектора пары поступают в установку утилизации. В случае, отсутствия установки утилизации паров нефтепродуктов пары, поступающие в трубопровод коллектора при заполнении автоцистерны, удаляются в атмосферу через пневмоуправляемый клапан с огнепреградителем.
Недостатками указанной системы улавливания паров при наливе (сливе) нефтепродуктов в автоцистерны являются:
1. Отсутствие компрессора для прокачки паров нефтепродуктов при наливе автомобильных цистерн в систему охлаждения.
2. Отсутствие общей линии паропроводов, улавливающей пары нефтепродуктов, как с резервуаров, так и с железнодорожных и автомобильных цистерн.
3. Отсутствие теплообменника с перекачивающейся охлаждающей жидкостью. Низкая эффективность охлаждения паров высокооктановых нефтепродуктов.
Наиболее близким к указанной проблеме является установка улавливания паров нефтепродуктов из автомобильных цистерн и резервуаров с применением охлаждающей смеси [5].
В данной установке на горловину предлагаемой автомобильной цистерны, имеющую крышку приемный трубопровод, дыхательный клапан рабочего давления, устанавливается съемное устройство на гибком рукаве, который соединен с участком паропровода сливо-наливной эстакады. На участке паропровода устанавливается компрессор для прокачки паров нефтепродуктов и обратный клапан. Участок паропровода сливо-наливной эстакады соединяется с основным паропроводом, который связан с заглубленным горизонтальным стальным резервуаром. Резервуар оборудуется фильтром-поглотителем с активированным углем и устройством для приема паров нефтепродуктов. Заглубленный резервуар наполовину заливается низкооктановым компонентом.
Основной паропровод под земной поверхностью проходит теплообменник змеевикового типа с охлаждающей смесью, представляющей 15% водный раствор карбоната натрия. Охлаждающая смесь из емкости подается в теплообменник по трубопроводу охлаждающей системы, оборудованному задвижками с помощью насоса. Вода в емкость для охлаждающей смеси подается из пожарного трубопровода. Теплообменник оснащается коленами и сливным краном для слива охлаждающей смеси. Охлаждающая система с теплообменником, насосом и емкостью находится под землей в технологическом колодце.
Установка работает следующим образом. Перед заполнением автоцистерны нефтепродуктом открывается крышка горловины автомобильной цистерны. На горловину цистерны устанавливается съемное устройство на гибком рукаве. Через приемный трубопровод автомобильной цистерны нефтепродукт поступает в автоцистерну. В цистерне создается избыточное давление паров. При этом пары по гибкому рукаву поступают в участок паропровода и откачиваются с помощью компрессора через открытый под давлением компрессора обратный клапан в основной паропровод, соединенный с дополнительным резервуаром, оборудованным приемным устройством. Пары проходят теплообменник с перекачиваемой охлаждающей смесью, которая подается из емкости по трубопроводу охлаждающей системы с помощью насоса. При этом основная часть газообразных углеводородов в результате охлаждения в теплообменнике переходит в жидкое состояние, а пары, не перешедшие в жидкость, поглощаются низкооктановым нефтепродуктом. Нерастворившаяся часть газообразных углеводородов на выходе из резервуара улавливается фильтром-поглотителем. После окончания налива нефтепродуктов в автомобильную цистерну компрессор и насос охлаждающей системы выключаются оператором.
При «больших» и «малых» дыханиях с повышением давления парового пространства резервуара, открывается дыхательный клапан рабочего давления, и пары нефтепродуктов по паропроводу поступают в теплообменник с перекачиваемой охлаждающей смесью, которая подается из емкости по трубопроводу охлаждающей системы с помощью насоса.
После теплообменника смесь паров с жидким нефтепродуктом поступает в приемное устройство и в резервуар с низкооктановым компонентом. Поступлению паров нефтепродукта из резервуара в участок паропровода для улавливания паров горючего из автомобильной цистерны препятствует обратный клапан.
Недостатками указанной установки улавливания паров нефтепродуктов из автомобильных цистерн и резервуаров с применением охлаждающей смеси являются:
1. Отсутствие устройства сбора паров нефтепродуктов с железнодорожных цистерн.
2. Отсутствие автоматической системы охлаждения.
Предлагаемая полезная модель позволяет решить задачу повышения эффективности улавливания паров нефтепродуктов при наливе железнодорожных и автомобильных цистерн, а также при приеме и хранении нефтепродуктов в наземных вертикальных стальных резервуарах, когда испарения происходят в основном в связи с изменением температуры и с приемом горючего.
Решение указанной задачи достигается тем, что на горловину железнодорожной цистерны герметично устанавливается съемное устройство на гибком рукаве, соединенное с участком стационарного паропровода, оборудованного компрессором для перекачки паров нефтепродуктов и связанного с основным паропроводом, соединенным с заглубленным резервуаром, который оснащается приемным устройством для паров нефтепродуктов и фильтром поглотителем, при этом основной паропровод под землей проходит через систему охлаждения, включающую теплообменник, трубопровод с задвижками, емкость с охлаждающей смесью и насос, который через линии связи и реле автоматически работает от компрессора или от насоса для подачи нефтепродуктов в вертикальный стальной резервуар.
Данные признаки являются существенными для решения задачи полезной модели, так как значительно повышается эффективность улавливания паров нефтепродуктов при наливе в железнодорожные и автомобильные цистерны, а также в наземных вертикальных резервуарах при хранении и приеме горючего, при этом насос подачи охлаждающей жидкости включается и выключается автоматически от реле компрессора или от насоса для подачи нефтепродуктов в вертикальный стальной резервуар.
Сущность полезной модели пояснена чертежами (фиг.1, фиг.2, фиг.3), на которых изображены: разрезы установки улавливания паров, железнодорожной и автомобильной цистерн и наземного вертикального резервуара (фиг.1), теплообменника с системой охлаждения, дополнительным резервуаром и паропроводами (фиг.2), а также вид сзади железнодорожной и автомобильной цистерны (фиг.3).
На горловину 1 предлагаемой железнодорожной цистерны 2, имеющую крышку 3, сливо-наливное устройство 4, предохранительно-впускной клапан 5, устанавливается съемное устройство 6 на гибком рукаве 7, который соединен с участком паропровода сливо-наливной эстакады 8. На участке паропровода устанавливается компрессор 9 для прокачки паров нефтепродуктов, обратный клапан 10. Участок паропровода сливо-наливной эстакады соединяется с основным паропроводом 11, имеющим обратный клапан 12 и задвижку 13. Основной паропровод связан с заглубленным горизонтальным стальным резервуаром 14. Резервуар оборудуется фильтром-поглотителем с активированным углем 15 и устройством для приема паров нефтепродуктов 16, которое имеет две перегородки с отверстиями различного диаметра 17, 18 для дробления пузырьков пара. Заглубленный резервуар наполовину заливается низкооктановым компонентом 19.
Основной паропровод под земной поверхностью 20 проходит теплообменник змеевикового типа 21 с охлаждающей смесью 22, представляющей 15% водный раствор карбоната натрия. Данная охлаждающая смесь экономически целесообразна, так как обладает малой стоимостью и высокой эффективностью, что позволяет снизить температуру в теплообменнике до 7-9 градусов Цельсия относительно температуры земной поверхности. Это является достаточным для перевода паров бензина в жидкое состояние.
Охлаждающая смесь из емкости 23 подается в теплообменник по трубопроводу охлаждающей системы 24, оборудованному задвижками 25 с помощью насоса 26. Вода в емкость для охлаждающей смеси подается из пожарного трубопровода 27. Теплообменник оснащается коленами 28 и сливным краном 29 для слива охлаждающей смеси. Охлаждающая система с теплообменником, насосом и емкостью находится под землей в технологическом колодце 30. При этом насос охлаждающей системы с помощью линий связи 31 и реле 32 автоматически связан с компрессором 9, а также с насосом 33 для подачи нефтепродуктов в вертикальный стальной резервуар. При этом участок паропровода для улавливания паров с железнодорожной и автомобильной цистерн оборудуется огнепреградителем 34.
На горловину 35 автомобильной цистерны 36, устанавливается съемное устройство 37 на гибком рукаве 7, который соединен с участком паропровода сливо-наливной эстакады 8. На участке паропровода устанавливается компрессор 9 для прокачки паров нефтепродуктов, обратный клапан 10. Участок паропровода сливо-наливной эстакады соединяется с основным паропроводом 11.
Полезная модель работает следующим образом. Перед заполнением железнодорожной цистерны нефтепродуктом открывается крышка 3 горловины 1 цистерны 2. На горловину железнодорожной цистерны устанавливается съемное устройство 6 на гибком рукаве 7. Через сливо-наливное устройство 4 нефтепродукт поступает в железнодорожную цистерну 2. При этом уровень горючего 38 начинает увеличиваться, а соответственно объем пара 39 уменьшаться. В цистерне создается избыточное давление паров. При этом пары по гибкому рукаву 7 поступают в участок паропровода 8 и откачиваются с помощью компрессора 9 через открытый под давлением компрессора обратный клапан 10 в основной паропровод 11, соединенный с дополнительным резервуаром 14, оборудованным приемным устройством 16. С включением компрессора 9 через линии связи 31 и реле 32 включается насос 26 подачи охлаждающей смеси 22. Пары проходят теплообменник 21 с перекачиваемой охлаждающей смесью 22, которая подается из емкости 23 по трубопроводу охлаждающей системы 24 с помощью насоса 26. Охлаждающая смесь создает температуру в теплообменнике на 7-9 градусов Цельсия ниже температуры земной поверхности.
При этом основная часть газообразных углеводородов в результате охлаждения в теплообменнике переходит в жидкое состояние, а пары, не перешедшие в жидкость, расслаиваются двумя перегородками с отверстиями различного диаметра 17, 18 и поглощаются низкооктановым компонентом 19. Нерастворившаяся часть газообразных углеводородов на выходе из резервуара улавливается фильтром-поглотителем 15. После окончания налива нефтепродуктов в железнодорожную цистерну компрессор выключается оператором, а насос охлаждающей системы отключается автоматически через линии связи 31 и реле 32. Попаданию паров в резервуар с нефтепродуктом 40 препятствует обратный клапан 12 основного паропровода 11.
Аналогичным образом на горловину 35 автомобильной цистерны 36, устанавливается съемное устройство 37 на гибком рукаве 7, который соединен с участком паропровода сливо-наливной эстакады 8. При заполнении автомобильной цистерны нефтепродуктом 38 пары 39 по гибкому рукаву 7 поступают в участок паропровода 8 и откачиваются с помощью компрессора 9 через открытый под давлением компрессора обратный клапан 10 в основной паропровод 11, соединенный с дополнительным резервуаром 14, оборудованным приемным устройством 16. С включением компрессора 9 через линии связи 31 и реле 32 одновременно включается насос 26 подачи охлаждающей смеси 22. Пары проходят теплообменник 21 с перекачиваемой охлаждающей смесью 22, которая подается из емкости 23 по трубопроводу охлаждающей системы 24 с помощью насоса 26. При этом основная часть газообразных углеводородов в результате охлаждения в теплообменнике переходит в жидкое состояние, а пары, не перешедшие в жидкость, поглощаются низкооктановым компонентом 19. Нерастворившаяся часть газообразных углеводородов на выходе из резервуара улавливается фильтром-поглотителем 15.
При «больших» дыханиях с повышением давления пара в вертикальном стальном резервуаре 40, который оборудован дыхательными клапанами рабочего и повышенного давления 41, 42, замерным и световым люками 43, 44, вентиляционным патрубком 45, трубопроводом для приема и выдачи нефтепродуктов 46 с задвижками 47, открывается дыхательный клапан рабочего давления 41 и пары нефтепродуктов 39 по паропроводу 11 поступают в теплообменник 21 с перекачиваемой охлаждающей смесью 22, которая подается из емкости 23 по трубопроводу охлаждающей системы 24 с помощью насоса 26, который включается автоматически через линии связи 31 и реле 32 от насоса 33 подачи нефтепродуктов в вертикальный стальной резервуар.
После теплообменника смесь паров с жидким нефтепродуктом поступает в приемное устройство 16 с перегородками 17, 18 ив резервуар 14 с низкооктановым компонентом 19. Поступлению паров нефтепродукта из резервуара в участок паропровода для улавливания паров горючего из железнодорожных и автомобильных цистерн 8 препятствует обратный клапан 10.
Литература
1. А.С.Сафонов и др. Автомобильные топлива. Химмотология. Эксплуатационные свойства. Ассортимент. СПб.: НПИКЦ, 2002, 264 с.
2. Ю.А.Матвеев, С.М.Аноприенко. Патент на полезную модель №101023 от 10.01.2011 г. Наземный вертикальный резервуар с двойным дном, оборудованный установкой улавливания паров нефтепродуктов.
3. Ю.А.Матвеев, В.А.Кузнецов и др. Патент на полезную модель №116478 от 27.05.2012 г. Наземный вертикальный резервуар с двойным дном, оборудованный установкой улавливания паров нефтепродуктов с охлаждающей смесью.
4. В.Г.Коваленко, Е.И.Зоря, Ю.Н.Фролов. Экологическая безопасность в системах нефтепродуктообеспечения и автомобильного транспорта. Учебное пособие. М.: ООО «Центр ЛитНефтеГаз», 2004, 176 с.
5. Ю.А.Матвеев, В.А.Кузнецов и др. Патент на полезную модель №122994 от 20.12.2012 г. Установка улавливания паров нефтепродуктов из автомобильных цистерн и резервуаров с применением охлаждающей смеси.