Способ определения потерь нефти и нефтепродуктов от малых дыханий при хранении в резервуарах
METHOD FOR DETERMINING LOSSES OF OIL AND OIL PRODUCTS FROM SMALL BREATHS DURING STORAGE IN TANKS

Изобретение относится к области хранения нефти и нефтепродуктов в резервуарах, оборудованных дыхательными клапанами.
Известен способ определения потерь нефти и нефтепродуктов от испарения при хранении и транспортировке по объему потерь нефти и нефтепродуктов от испарений углеводородов и изменения термодинамического состояния паровоздушной смеси в процессе «большого» или «малого» дыханий, определяемому по формулам:
или
ГП
3
где V - объем газового пространства резервуара, м;
0м
1M
3
С, С, - массовая концентрация углеводородов в парах до и после дыхания, кг/м;
0п
1П
С, С - объемная концентрация углеводородов в парах до и после дыхания, объемные доли;
0
R - универсальная газовая постоянная, Дж/(моль⋅K);
п
М - молекулярная масса паров углеводородов, кг/моль;
а
Р, - атмосферное давление, кПа;
0
1
Т, T - температура паров углеводородов до и после дыхания, K.
Недостатками данного способа являются сложность и трудоемкость отбора проб газовоздушной смеси (ГВС) из газового пространства резервуара без нарушения герметичности резервуара до и после одного дыхания с последующим проведением хроматографического анализа проб для определения средней по высоте газового пространства резервуара массовой или объемной концентрации паров углеводородов и их молекулярной массы, измерения концентрации паров углеводородов в газовом пространстве резервуаров до и после дыхания с помощью газоанализатора, отсутствие методов и критериев определения точного времени отбора проб и проведения измерений в течение суток до и после дыхания, существенно влияющих на точность определения потерь нефти и нефтепродуктов, отсутствие указания необходимого количества отбора проб и измерений при определении потерь нефти и нефтепродуктов от малых дыханий при хранении в резервуаре в течение нескольких месяцев и лет.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ определения потерь нефти и нефтепродуктов от испарения при малых дыханиях резервуаров, предусматривающий регистрацию значения избыточного давления, атмосферного давления, средних значений температуры газового пространства в резервуаре, определение изменений массовой концентрации углеводородов в газовом пространстве резервуара по формуле:
1
2
где P, Р - значения абсолютного давления в резервуаре до и после срабатывания дыхательного клапана, Па, определяемые по зависимости:
изб
а
Р=Р+Р;
изб
Р - избыточное давление в резервуаре, Па;
1
2
T, Т - средние значения температуры газового пространства резервуара до и после срабатывания клапана, K;
атм
ΔР - прирост атмосферного давления, Па, определяемый по зависимости:
атм
атм2
атм1
ΔР=Р-Р,
М - молярная масса паров нефти или нефтепродукта, г/моль,
определение массовых потерь от испарения при вытеснении обогащенной парами углеводородов газовой фазы по зависимости:
3
где V - объем газового пространства резервуара, м;
с - концентрация углеводородов в газовом пространстве резервуара на момент открытия дыхательного клапана, определяемая по зависимости:
3
где с' - первоначальная концентрация углеводородов в газовом пространстве резервуара, кг/м.
Недостатками данного способа являются необходимость измерения с помощью жидкостного U-образного манометра или микроманометра избыточного давления в газовом пространстве резервуара, существенное влияние предлагаемого способа выбора значений давления и температуры до и после дыхания на точность расчетов, необходимость экспериментального определения периодичности регистрации значений, отсутствие метода корректировки периодичности регистрации значений, необходимость проведения хроматографического исследования для определения массовой концентрации углеводородов в газовом пространстве резервуара, необходимость экспериментального определения периодичности проведения хроматографических исследований по определению значений концентрации углеводородов.
Технический результат предлагаемого способа заключается в повышении точности и упрощение определения потерь нефти и нефтепродуктов от их испарения в процессе хранения без отбора проб и проведения лабораторных исследований.
Т,i
i-1
i
Указанный технический результат достигается тем, что способ определения потерь нефти и нефтепродуктов от малых дыханий при хранении в резервуарах, оснащенных дыхательными клапанами, включающий регистрацию значений атмосферного давления, температуры газового пространства резервуара, температуры верхнего слоя нефти или нефтепродукта, уровня нефти или нефтепродукта в резервуаре с интервалом не более 30 минут, математическую обработку измеренных значений за необходимый период расчета потерь с определением для каждого интервала регистрации данных следующих параметров: относительного изменения давления в резервуаре ΔР (Па) в момент регистрации данных i за счет изменения температуры ГВС от T (К) в предыдущий момент времени регистрации данных (i-1) до T (К) в текущий момент i регистрации данных по формуле:
h,i
гвс
3
относительного изменения давления в резервуаре ΔP (Па) в момент i за счет изменения уровня взлива при температурном изменении объема жидкого нефтепродукта или нефти и соответствующем изменении объема ГВС V (м) по формуле:
С,i
нас
изменения давления в резервуаре ΔР (Па) в момент i за счет изменения давления насыщенных паров Р при изменении температуры нефтепродукта (нефти) по формуле:
нас,i
нп,i
давления насыщенных паров в газовом пространстве резервуара Р (Па) в момент i в зависимости от температуры T (°С) верхнего слоя нефтепродукта (нефти) по формуле:
A
где А, В, С - константы уравнения Антуана для нефти или нефтепродукта,
нп,i
T - температура верхнего слоя нефтепродукта (нефти) в момент i, К;
peз,i
давления в газовом пространстве резервуара P (Па) в момент i по формуле:
рез,i-1
T.i
C,i
h,i
где Р - давление в резервуаре в предыдущий момент (i-1), по отношению к которому определялись величины ΔP, ΔP, ΔP с принятием в начальный момент (i=0), для которого нет данных, давления в резервуаре равным атмосферному давлению, а температуры равной текущей температуре (в момент i=1);
выд,i
далее сравнивают в каждый момент регистрации данных давления в газовом пространстве резервуара с атмосферным давлением и при превышении разницы давлений в положительную или отрицательную сторону относительно минимальных значений давления срабатывания клапанов на конкретном резервуаре на «выдох» и «вдох» фиксацией, соответственно, «выдоха» или «вдоха» резервуара, определяют потенциальное избыточного давления в момент i ΔР превышающего давление срабатывания дыхательного клапана в момент «выдоха» резервуара, по формуле:
клап
где Р - давление срабатывания клапана, Па,
атм,i
Р - атмосферное давление момент i, Па;
выд,i
массу выдыхаемых паров нефтепродукта (нефти) при выдохе m (г) по формуле:
п
где М - молярная масса паров нефтепродукта (нефти), г/моль,
R - универсальная газовая постоянная, 8,314 Дж/К/моль,
i
T - температура ГВС в момент i, К,
выд
ΔР>0;
далее определяют молярную массу паров нефтепродукта (нефти) по формуле:
нк
где Т - температура начала кипения нефтепродукта (нефти), °С, определение суммарных потерь нефти или нефтепродукта за расчетный период по формуле:
Сущность изобретения заключается в определении массовых потерь нефти или нефтепродукта от испарения при хранении в резервуарах, оснащенных дыхательными клапанами, по архивным данным регистрации атмосферного давления и архивным данным измерительной системы за выбранный период времени.
Изобретение поясняется следующими фигурами.
На фиг. 1 изображен уровень взлива бензина АИ-92 в РВС-5000 по архивным данным измерительной системы «СТРУНА».
На фиг. 2 показаны температуры ГВС и верхнего слоя бензина АИ-92 в РВС-5000 по архивным данным измерительной системы «СТРУНА».
На фиг. 3 изображены атмосферное давление по архивным данным метеостанции, давления срабатывания дыхательного клапана НДКМ-250 на «вдох» и «выдох», расчетное давление в газовом пространстве резервуара.
Способ осуществляют следующим образом.
В крышку смотрового люка резервуара со стационарной крышей устанавливают стационарную штангу, на которую устанавливают цифровой датчик уровня взлива поплавкового типа с чувствительностью ±1 мм для контроля уровня нефтепродукта в резервуаре, датчики температуры с чувствительностью ±0,5°С на расстоянии 0,5 - 1 м друг от друга. При этом верхний датчик температуры устанавливают выше максимального уровня взлива нефти или нефтепродукта.
Датчиком уровня измеряют уровень нефтепродукта в резервуаре. Датчиками температуры, расположенными выше уровня взлива нефтепродукта, измеряют температуры газового пространства резервуара.
Ближайшим датчиком температуры, расположенным ниже уровня взлива нефтепродукта, измеряют температуру верхнего слоя нефтепродукта.
Регистрируют атмосферное давление с помощью метеостанции с архиватором метеоданных с интервалом не более 30 минут.
Все измеренные данные за необходимый период расчета потерь нефтепродуктов при хранении в резервуаре с интервалом не более 30 мин записывают в базу данных для последующей математической обработки.
Математическая обработка базы данных осуществляют по следующему алгоритму.
i
нп,i
Для каждого момента регистрации данных i определяют среднюю температуру ГВС по данным датчиков температуры, расположенных выше уровня взлива нефти или нефтепродукта, и принимают ее за температуру ГВС T, и температуру верхнего слоя нефти или нефтепродукта T по данным ближайшего датчика температуры, расположенного ниже уровня взлива.
гвс,i
Для каждого момента регистрации данных i определяют по геометрическим размерам резервуара и уровня взлива нефти или нефтепродукта объем газового пространства резервуара и принимают его за объем ГВС V.
При проведении расчетов за каждый интервал регистрации данных определяется изменение следующих параметров:
T,i
i-1
i
- относительное изменение давления в резервуаре ΔP (Па) в момент регистрации данных i за счет изменения температуры ГВС от T (К) в предыдущий момент времени регистрации данных (i-1) до T (К) в текущий момент i регистрации данных по формуле:
h,i
гвс
3
- относительное изменение давления в резервуаре ΔP (Па) в момент i за счет изменения уровня взлива при температурном изменении объема жидкого нефтепродукта (нефти) и соответствующем изменении объема ГВС V (м) по формуле:
C,i
нас
- изменение давления в резервуаре ΔP (Па) в момент i за счет изменения давления насыщенных паров Р при изменении температуры нефтепродукта (нефти) по формуле:
нас,i
Давление насыщенных паров в газовом пространстве резервуара Р (Па) в момент i в зависимости от температуры верхнего слоя нефтепродукта (нефти) определяется по формуле:
A
где А, В, С - константы уравнения Антуана для нефтепродукта (нефти),
нп,i
T - температура верхнего слоя нефтепродукта (нефти) в момент i, К.
peз,i
Давление в газовом пространстве резервуара P (Па) в момент i определяют по формуле:
рез,i-1
T.i
C,i
h,i
где Р - давление в резервуаре в предыдущий момент (i-1), по отношению к которому определялись величины ΔP, ΔP ΔP. В начальный момент (i=0), для которого нет данных, давление в резервуаре принимается равным атмосферному давлению, а температура равной текущей температуре (в момент i=1).
В каждый момент регистрации данных давление в газовом пространстве резервуара сравнивают с атмосферным давлением и при превышении разницы давлений в положительную или отрицательную сторону фиксируют, соответственно, «выдох» или «вдох» резервуара. Пределы разницы давлений соответствуют параметрам работы дыхательной арматуры на конкретном резервуаре. В качестве параметров срабатывания дыхательной арматуры выбирают минимальные значения давления срабатывания клапана на «выдох» и «вдох».
выд,i
«Выдох» резервуара в момент i определяют как потенциальное избыточное давление ΔР, превышающее давление срабатывания дыхательного клапана, по формуле:
клап
где Р - давление срабатывания клапана, Па,
атм,i
Р - атмосферное давление момент i, Па.
выд,i
Масса выдыхаемых паров нефтепродукта (нефти) при выдохе m (г) определяют по формуле:
п
где М - молярная масса паров нефтепродукта (нефти), г/моль,
R - универсальная газовая постоянная, 8,314 Дж/К/моль,
i
T - температура ГВС в момент i, К,
выд
ΔР>0.
Молярная масса паров нефтепродукта (нефти) определяют по формуле:
нк
где Т - температура начала кипения нефтепродукта (нефти), °С.
Суммарные потери нефти или нефтепродукта за расчетный период определяют по формуле:
Предложенный способ определения потерь нефти и нефтепродуктов от малых дыханий при хранении в резервуарах может быть использован для определения фактических и нормативных значений естественной убыли нефти и различных нефтепродуктов при хранении в конкретных климатических и технических условиях хранения в резервуарах, оснащенных дыхательными клапанами.
Способ поясняется на следующем примере
Пример
Необходимо определить потери бензина при хранении от малых дыханий за период с 18.06.2020 по 07.08.2020 (50 дней).
В резервуаре РВС-5000 с бензином АИ-92 установлена измерительная система «СТРУНА», осуществляющая регистрацию и запись с интервалом 30 минут уровня взлива нефтепродукта (фиг. 1) в резервуаре, температур ГВС и верхнего слоя нефтепродукта (фиг. 2). Данные атмосферного давления зарегистрированы метеостанцией за необходимый период расчета (фиг. 3).
На резервуаре установлены дыхательные клапаны НДКМ-250 с минимальным значением избыточного давления срабатывания на «выдох» 1569 Па и клапаны давления разрежения на «вдох» 177 Па (фиг. 3).
А
Коэффициенты Антуана для бензина в соответствии с НПБ 105-95: А=4,12311, В=664,976, С=221,695.
Температура начала кипения бензина составляет 35°С.
Диаметр резервуара РВС-5000 составляет 22800 мм, базовая высота резервуара РВС-5000 составляет 12000 мм.
Используя указанные исходные данные и применяя представленный алгоритм расчета, получаем изменение давления в газовом пространстве резервуара в течение расчетного периода времени (фиг. 3) и суммарные потери бензина АИ-92 при хранении в резервуаре РВС-5000 за 50 дней (с 18.06.2020 по 07.08.2020) 696,654 кг.