СПОСОБ ОЧИСТКИ РЕЗЕРВУАРА ОТ ОТЛОЖЕНИЙ
METHOD FOR CLEANING RESERVOIR FROM DEPOSITS

Способ очистки резервуара от отложений относится к процессам очистки, в частности к очистке внутренних поверхностей резервуаров, и может быть использовано в промышленности, например, в нефтяной отрасли.
Известен способ очистки резервуара, заключающийся в нагнетании в резервуар моющей жидкости и газа, удалении моющей жидкости с загрязнениями из резервуара под действием разности давлений, отводе моющей жидкости с загрязнениями в сепаратор. При этом, нагнетание моющей жидкости в резервуар осуществляют из сепаратора под давлением напорным насосом через диспергирующее устройство эжекторного типа, в которое дополнительно подают озоносодержащую газовую смесь. (аналог Патент РФ № 2537593, МПК B08B 9/08, опубл. 10.01.2015). Известен способ очистки для промывки грузовых цистерн судов, в частности, нефтяных танкеров, и устройство, в котором этот способ реализован (аналог Патент США 3420444, МКИ В 05 В 3/14, опубл, 07.01.69). Способ включает в себя подачу моющей жидкости через управляемый ствол с соплом для размыва остатков нефти с внутренней поверхностей цистерны, причем размыв осуществляют по заранее заданной программе. Затем размытые остатки нефти удаляют через зачистную трубу. Устройство, в котором этот способ реализован, представляет собой ствол с соплом, установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения и вращения относительно своей оси, и механизм управления стволом с соплом. При этом ствол с соплом перемещается по заданной программе во взаимно перпендикулярных плоскостях, что позволяет промывать всю внутреннюю поверхность цистерны.
Известный способ очистки резервуара от донных отложений включает подачу размывающей жидкости через управляемый ствол с соплом на поверхность донных отложений, размыв донных отложений струей размывающей жидкости из управляемого ствола с соплом и удаление размытых взвешенных отложений одновременно с процессом размыва. Размыв производят путем разделения донных отложений на отдельные участки струей размывающей жидкости, а управление стволом с соплом осуществляют в зависимости от состояния донных отложений по площади днища резервуара. Во время очистки проводят контроль состава смеси донных отложений с размывающей жидкостью и расширяют зону размыва при уменьшении взвеси донных отложений. Устройство для очистки резервуара от донных отложений включает монтируемые на одном из боковых нижних люков управляемый ствол с соплом, напорный трубопровод и зачистной трубопровод. Зачистной трубопровод может быть переставлен в другой люк. Механизм управления ствола с соплом выполнен с возможностью фиксации положения ствола с соплом. (прототип - патент РФ № 2196062, МПК B60S 3/00, опубл. 10.01.2003)
Известные решения имеют следующие недостатки.
Управление ствола с соплом не позволяет обеспечить необходимую силу подаваемой струи жидкости для размыва удаленных и твердых отложений, в том числе при многочисленных затвердевших отложениях по площади днища резервуара и при наличии удаленных от размещения ствола участков. Указанные недостатки усиливаются в случае использования известного способа и устройства в резервуарах крупных нефтехранилищ, где отложения находятся длительное время и представляют собой плотную, неравномерную по составу и консистенции массу. С учётом значительных дистанций, с которых осуществляется размыв отложений (от нескольких метров до нескольких десятков метров), размывающая жидкость должна подаваться в виде значительного потока (от нескольких кубометров в час) и под низким давлением (до 20 бар / до 2 МПа: в противном случае струя не сможет долететь до отложений с должным запасом энергии). Таким образом, мойка под низким давлением со значительных расстояний требует значительных расходов размывающей жидкости, что ведёт к повышенным расходам на:
• саму жидкость, её хранение, транспортировку и сбор в резервуаре;
• нагрев жидкости;
• разделение эмульсии (стока жидкости и смытых ею продуктов) для дальнейшего использования и/или утилизации.
Ниже приведено теоретическое обоснование предлагаемого метода зачистки резервуаров на примере зачистки Резервуаров Вертикальных Стальных (далее – Резервуаров) от отложений мазута или прочих Тёмных нефтепродуктов (с давлением насыщенных паров не более 26,6 кПа и температурой вспышки свыше 61°С), представляющих основную сложность для работ такого рода.
Тёмные нефтепродукты, как и сырая нефть – вещества повышенной вязкости с температурой текучести около 35ºС. Их механический сбор без придания им текучести (то есть без разогрева) представляется весьма сложной и затратной задачей в том числе с учётом пожаро- и взрывоопасности продукта, в то время как после придания текучести (например, горячей водой или паром) извлечение такой эмульсии становится сравнительно легко решаемой задачей.
В 1959 году инженер-химик компании «Henkel» доктор Герберт Зиннер сформулировал основные принципы очистки поверхности от загрязнений. Его теория заключается в том, что наиболее эффективное решение любой клининговой задачи зависит от правильного комбинирования 4-х факторов:
• механического воздействия;
• температурного режима;
• моющего средства (химии);
• времени воздействия каждого из факторов.
Перечисленные пункты легко представить в виде круговой диаграммы – отсюда пошло название теории «Круг Зиннера», который разделен на 4 сектора: «механическое воздействие», «температура», «химия», «время». Зависимость между составляющими круга – нелинейна. Увеличение любого из составляющих компенсируется уменьшением остальных.
Ограничителями во времени воздействии служат:
- необходимость в экономии простоя резервуара на время его зачистки, в силу чего время любого вида воздействия требуется минимизировать для обеспечения практической стороны – выгоды;
- необходимость в максимально оперативном извлечении продукта: в подавляющем большинстве случаев температура окружающей среды является недостаточной для придания естественной текучести тёмным нефтепродуктам (то есть ниже +35°С), и даже разогретый продукт быстро остывает, снова становясь вязким. Поддержание текучести путём увеличения времени (или температуры) нагрева является невосполнимыми затратами;
- необходимость в минимизации участия людей в любых работах внутри резервуаров в связи в повышенной опасностью отравления парами нефтепродуктов, а также взрыво- и пожароопасностью этих объектов.
В силу этих обстоятельств представляется целесообразным использовать удалённо или программно контролируемые манипуляторные или роботизированные устройства в качестве зачистных модулей.
Ограничителями в химическом воздействии служат:
- дороговизна и сложности применения химически активных веществ (для воздействия на большие остатки продукта требуются значительные объёмы химических средств; перевозка, хранение и применение больших объёмов химических продуктов всегда связаны с повышенными затратами);
- потеря свойств остатка извлекаемого продукта – например, в случае зачистки от нефтепродуктов химическим средством, например, каустической содой (щелочным раствором), эффективно разрушающим углеводородные цепочки, но нефтепродукт становится уже нефтеотходом, что экономически крайне невыгодно для собственника. Исходя из теории Зиннера, для оптимизации технологии зачистки нужно по-максимуму использовать два оставшихся фактора: Механическое и Температурное воздействия.
Оптимальным механическим воздействием, обеспечивающим также придание текучести удаляемому остатку продукта, может быть воздействие потоком максимально горячей воды под максимально высоким давлением.
Ограничителями в повышении температуры воды служат:
- точка кипения (переход в пар с потерей эффективности воздействия на донный остаток);
- кавитация (процесс образования пузырьков, заполненных паром), что приводит к ускоренному износу механических узлов (насосов высокого давления, клапанов, распылительных форсунок и т.д.)
Таким образом, оптимальная температура воды для этой задачи при атмосферном давлении находится в районе 85-95ºС.
Ограничителями в повышении давления воды служат:
- опасность от генерации искры во взрывоопасносной зоне, вызванной высокой скоростью перемещения любых объектов – предельно допустимое давление водяного потока нормативно ограничено 50 МПа (500 бар) [в странах Евросоюза; в России пока этого нет, но рано или поздно тоже появится];
- сокращение дальности эффективного воздействия струи при повышении давления за счёт повышения сопротивления воздуха (аналогичный по объёму поток воды в воздухе распадается тем быстрее, чем выше давление струи).
В силу этого фактора требуется обеспечить весьма малое расстояние от форсунок до удаляемого остатка, что подразумевает применение мобильного, а не стационарного устройства.
Последним свойством механического потока является его величина.
Увеличение потока даёт следующие преимущества (выгоды):
- сокращение времени зачистки;
- обеспечение достаточного количества тепла для придания и поддержания текучести собираемого продукта, в том числе при его доставке в новую ёмкость (резервуар).
Ограничителем в увеличении потока служат:
- стоимость (экономическая целесообразность в повышении затрат на все факторы);
- ограниченность пропускного сечения люка-лаза резервуаров, лимитирующая габариты мобильного устройства зачистки.
Возникает необходимость в модульном мобильном модуле оптимальной производительности из отдельных компонентов (каждый из которых может отдельно пройти в люк-лаз) и/или одновременном применении нескольких менее производительных мобильных модулей.
Минимизация потока даёт следующие преимущества (выгоды):- уменьшение расхода воды,
- удешевление всех компонентов решения (насосов высокого давления, модулей нагрева, распыляющих форсунок, вакуумного модуля, очистных сооружений и прочих).
Ограничителем в минимизации потока служат:
- фактор времени (чем меньше поток, тем дольше выполнять тот же объём работы);
- низкая текучесть удаляемого продукта: для придания и сохранения текучести требуется определённое количество тепла, доставляемого горячей водой, что при его фиксированной температуре определяется исключительно величиной потока.
Исходя из этих факторов, в качестве рабочего средства предлагается использовать:
- воду без добавления химии под давлением в 50 МПа с температурой около 90ºС;
- поток воды назначается с учётом величины остатка продукта, его температуры, вязкости и требуемой производительности работ по зачистке.
Исходя из оптимальной величины потока мобильное устройство должно обладать техническими параметрами, позволяющими:
- быть доставленным внутрь резервуара через типовой люк-лаз, в том числе по частям;
- контролируемо направлять поток горячей воды под давлением в непосредственной близости к точке зачистки для разжижения остатка;
- иметь средства для оперативного сбора и отвода остывающей стоковой эмульсии, например, шнек и вакуумное заборное устройство;
- иметь дистанционное управление без необходимости присутствия людей в резервуаре.
Технический результат от использования заявленного технического решения может быть выражен в повышении эффективности размыва донных отложений с сохранением характеристик отходов, позволяющих вторичное их использование, т.е. уменьшение потерь хранящейся продукции при минимизации вредного воздействия на человека.
Заявленный технический результат достигается следующим образом.
Способ очистки резервуара от донных отложений, включающий термоподготовку моющей среды, подачи потока жидкости или пара под давлением с помощью моющей установки для обеспечения механической зачистки. Для размыва отложений используют поток жидкости под давлением от 5 до 300 МПа с температурой более 35 ºС или пара под давлением от 0,2 до 22 МПа с температурой от 100ºС до 374ºС, подаваемый через дистанционно управляемую мобильную моющую установку. Установка приводится в движение при помощи гидропривода с рабочей гидравлической жидкостью, подаваемой под давлением от 5 до 300 МПа. Отвод донных отложений производят через всасывающую трубу вакуумного заборного  устройства с разряжением от -0,01 до -1,00 МПа.
Механическую зачистку производят с помощью роторного устройства со шнеком.
В качестве мобильного устройства используют сборно-разборную установку для возможности прохода устройства в люк-лаз резервуаров.
Процесс сборки и разборки установки для возможности прохода устройства в люк-лаз резервуаров осуществляют автоматически без захода операторов внутрь резервуаров.
Отвод донных отложений через всасывающую трубу вакуумного заборного устройства преимущественно производят с разряжением от -0,08 до -0,10 МПа
3
Выбирают вакуумное заборное  устройство с производительностью от 250 до 5000 м/ч.
Управления очисткой резервуара осуществляется дистанционно.
Осуществление способа иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1
Для размыва донных, настенных и потолочных отложений дизельного топлива в РВС (Резервуаре Вертикальном Стальном) объёмом 5000 м3 с остатком топлива  в объёме 5+/-1% с овальным люком-лазом типа ЛЛ-600х900 используется поток воды в 140 л/мин под давлением 5 МПа  с температурой 35ºС. Поток подаётся через дистанционно управляемую мобильную моющую установку, приводимую в движение при помощи гидропривода с водой под давлением 5 МПа  в качестве рабочей гидравлической жидкости. Отвод донных отложений производят через всасывающую трубу диаметром 150 мм вакуумного заборного устройства с разряжением –0,01 МПа.
После проведения очистки в течение 16-ти часов было установлено, что остаточные отложения не превышают 0,01% от ёмкости резервуара.
Пример 2
Для размыва донных, настенных и потолочных отложений сырой нефти в резервуаре объёмом 5000 м3  с остатком нефти в объёме 10+/-2% с овальным люком-лазом типа ЛЛ-600х900 используется насыщенный пар в объёме 0,3 ГКал/ч (450 кг/ч) под давлением 8 атм с температурой 189ºС. Пар подаётся через дистанционно управляемую мобильную моющую установку, приводимую в движение при помощи гидропривода с маслом под давлением 5 МПа  в качестве рабочей гидравлической жидкости. Отвод донных отложений производят через всасывающую трубу диаметром 100 мм вакуумного заборного устройства с разряжением – 0,01 МПа.
После проведения очистки в течение 48-ми часов было установлено, что остаточные отложения не превышают 1,5% от ёмкости резервуара.
Пример 3
3
3
Для размыва отложений бензина(с давлением насыщенных паров 26,6–93,3 кПа, а также температурой вспышки не более 61°С) в резервуаре объёмом 10 000 м с остатком бензина в объёме 1+/-0,1% с овальным люком-лазом типа ЛЛ-600х900 используют поток воды в 120 л/мин под давлением 25 МПа с температурой 75ºС. Поток подаётся через дистанционно управляемую мобильную моющую установку, приводимую в движение при помощи гидропривода с водой под давлением 25 МПа в качестве рабочей гидравлической жидкости. Отвод донных отложений производят через всасывающую трубу диаметром 100 мм вакуумного заборного  устройства с разряжением –0,08 МПа с подачей 720 м/ч.
После проведения очистки в течение 38-ми часов было установлено, что остаточные отложения не превышают 0,02% от ёмкости резервуара.
Пример 4.
3
3
Для размыва отложений мазута или прочих тёмных нефтепродуктов (с давлением насыщенных паров не более 26,6 кПа, а также температурой вспышки свыше 61°С) в резервуаре объёмом 1 000 м с круглым люком-лазом типа ЛЛ-500 используют поток воды в 450 л/мин под давлением 50 МПа с температурой 95ºС. Поток подаётся через дистанционно управляемую мобильную моющую установку, приводимую в движение при помощи гидропривода с водой под давлением 50 МПа в качестве рабочей гидравлической жидкости. Отвод донных отложений производят через всасывающую трубу диаметром 200 мм вакуумного заборного  устройства с разряжением  -0,08 МПа с подачей 720 м/ч.
После проведения очистки в течение 14-ти часов было установлено, что остаточные отложения не превышают 0,02% от ёмкости резервуара.