ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАССЫ ПОТЕРЬ НЕФТЕПРОДУКТА ОТ ИСПАРЕНИЯ ПРИ ЗАПОЛНЕНИИ ВЕРТИКАЛЬНЫХ РЕЗЕРВУАРОВ

Полезная модель относится к средствам контроля измерения потерь нефтепродуктов от испарения и может быть использована в лабораторных условиях для проведения сравнения точности существующих методов определения потерь нефтепродуктов от испарения в стационарных резервуарах при их заполнении нефтепродуктом в любых отраслях.
Известно, что основные потери нефтепродукта от испарения в стационарных резервуарах происходят во время «больших дыханий» - заполнение резервуаров из транспортных средств и трубопроводов (Черникин В.И. «Сооружение и эксплуатация нефтебаз» М. 1955 г. с 320-322.)
Перед авторами стояла задача разработать такую лабораторную установку, которая имитировала бы процесс заполнения резервуаров, и позволила бы определять потери нефтепродуктов от испарения с допустимой степенью точности.
При просмотре научно-технической литературы были выявлены технические решения, частично решающие эту задачу.
Были проанализированы лабораторные установки для определения потерь нефтепродукта, основанные на расчетно-экспериментальных методах определения потерь от испарения. Сущность работы всех установок заключается в реализации методов искусственного получения потерь путем продувки воздухом газового объема емкости над зеркалом нефтепродукта, который наиболее близко отображает процесс испарения в естественных условиях. Все известные установки отличаются только получением информационного показателя, по которому оценивается изменение качества нефтепродукта. Кроме того, известные установки ориентированы для многокомпонентных углеводородных жидкостей, и не могут оценить потери от испарения простых веществ.
Известна установка для определения потерь от испарения по методу Валявского, содержащая две емкости, заполненные бензином, одна из которых подсоединена к вакуумной установке, а вторая герметично закрыта и хранится до проведения сравнительного анализа, основанного на сравнении начальной и конечной проб нефтепродукта по результатам их вакуумного испарения. (Валявский П.В. Методика определения потерь в зависимости от основных факторов. «Бюллетень Государственного научно-исследовательского нефтяного института», орган дирекции ГИНИ, 1934, №2; Валявский П.В. Определение потерь методом непосредственного сравнения образцов. «Бюллетень Государственного научно-исследовательского нефтяного института», орган дирекции ГИНИ, 1934, №2).
Установка имеет два существенных недостатка:
- необходим источник создания вакуума, который не везде и не всегда можно иметь;
- начальные пробы испытуемого нефтепродукта нужно хранить в течении всего периода наблюдения в таких условиях, чтобы полностью устранить возможность потерь легких фракций.
Так же известна лабораторная установка для определения потерь нефтепродукта по методу Бударова, содержащая емкость с нефтепродуктом, имеющая в ходной и выходной патрубки для продувки заданным объемом воздуха, компрессор и счетчик для прокачки заданного объема воздуха. (Бударов И.П. «Потери от испарения моторных топлив при хранении», М., ВНИИСТ, 1958 г. с 100) Нахождение массы потерь нефтепродукта от испарения заключается в сравнении массы нефтепродукта в колбе до и после продувки воздухом. Недостатком этой установки является сложность организации продувки воздухом необходимым объемом, что вызывает существенную погрешность в расчетах по определению испаряемости нефтепродукта.
Наиболее близкой по технической сущности и достижению результата к полезной модели и взятой за прототип является установка для определения потерь нефтепродукта по методу определения потерь нефти от испарения по концентрации углеводородных паров, вытесняемых из резервуаров, содержащая емкость с нефтью или нефтепродуктом, в нижней части обечайки которой размещен патрубок заливки нефтепродукта, патрубок отвода паровоздушной смеси выполнен в верхней торцевой стенке этой емкости, в обечайке которой в заданных точках выполнены пробоотборные отверстия (РД 153-39-019-97 Минэнерго РФ «Методические указания по определению технологических потерь нефти на предприятиях нефтяных компаний РФ», с.15).
Недостатком этой установки является значительная погрешность полученных результатов, обусловленная тем, что массу потерь определяют косвенным путем, что снижает достоверность результатов.
Технический результат полезной модели - повышение достоверности результатов при определении потерь нефтепродуктов от испарения во время заполнения емкости, с одновременным созданием условий сравнения методов.
Указанный технический результат достигается тем, что лабораторная установка для определения массы потерь нефтепродукта от испарения при заполнении вертикальных резервуаров, содержащая вертикальную емкость заданного объема, в нижней части обечайки которой размещен патрубок заливки нефтепродукта, а патрубок отвода паровоздушной смеси выполнен в верхней торцевой стенке этой емкости, в обечайке которой в заданных точках выполнены пробоотборные отверстия, согласно полезной модели установка дополнительно содержит подключенный через запорный орган гибкой трубкой к патрубку заливки нефтепродукта расходный тарированный резервуар, установленную на измерителе массы паровоздушной смеси эластичную емкость с гибким шлангом, на свободном конце которого жестко закреплена для герметичного размещения в патрубке отвода паровоздушной смеси заглушка с осевым сквозным каналом, за которой по ходу потока паровоздушной смеси установлен запорный клапан, при этом пробоотборные отверстия закрыты эластичными мембранами.
На фиг.1 представлена блок-схема лабораторной установки для определения массы потерь нефтепродукта от испарения при заполнении вертикальных резервуаров.
Лабораторная установка для определения массы потерь нефтепродукта от испарения при заполнении вертикальных резервуаров содержит расходную тарированную емкость 1 (как вариант - емкость с мерными отметками объемами 7 л) с запорным краном 2 и гибкой трубкой 3, вертикальную емкость 4 заданного объема (как вариант - емкость объемом 5,83 л), в нижней части обечайки которой размещен патрубок 5 заливки нефтепродукта. К патрубку 5 подсоединена гибкая трубка 3. В верхней торцевой стенке вертикальной емкости 4 выполнен патрубок 6 отвода паровоздушной смеси (ПВС). В обечайке вертикальной емкости 4 в заданных точках выполнены пробоотборные отверстия (без позиций) с патрубками 7, 8, 9, оснащенными фланцами (без позиций) с эластичными мембранами 10, 11, 12. В патрубке 6 отвода паровоздушной смеси установлена герметично заглушка 13 с осевым сквозным каналом (без позиции), в котором размещен жесткий наконечник 14 (трубка), соединенный с запорным клапаном 15, установленным на гибком шланге 16 эластичной емкости 17, установленной на измерителе 18 массы ПВС. Для взвешивания эластичной емкости 17 используют весы с точностью измерения 0,01 г (как вариант - аналитические лабораторные весы ВЛКТ-500 г-М).
Установка для определения массы потерь нефтепродукта от испарения при заполнении вертикальных резервуаров работает следующим образом.
1
1
2
2
Нефтепродукт в емкости 1 выдерживают при температуре 20°C. Измеряют атмосферное давление. Взвешивают емкость 17 с гибким шлангом 16, запорным клапаном 15, заглушкой 13 и наконечником 14 с точностью до 0,01 г. Заполняют емкость 4 нефтепродуктом из емкости 1 объемом V (высота заполнения H), делают выдержку в течение времени, определенного условиями эксперимента, для насыщения газового пространства емкости 4 парами залитого нефтепродукта, патрубок 6 открыт. Присоединяют заглушку 13 к емкости 4 с закрытым клапаном 15. Через эластичные мембраны 10, 11, 12 делают забор проб паровоздушной среды хроматографическими шприцами для определения на хроматографе массовой и объемной концентрации паров нефтепродукта. Открывают запорный клапан 15. Открывают запорный кран 2 и заполняют емкость 4 нефтепродуктом объемом V (высота заполнения Н). Пары нефтепродукта, выдавленные столбом жидкости, поступают в эластичную емкость 17. Через эластичную мембрану 12 делают забор проб паровоздушной среды хроматографическими шприцами для определения на хроматографе массовой и объемной концентрации паров нефтепродукта. Закрывают клапан 15. Отсоединяют от патрубка 6 заглушку 13. Эластичную емкость 17 с закрытым клапаном 15, заглушкой 13, эластичным шлангом 16 и наконечником 14 взвешивают с точностью до второго знака на весах 18.
Масса потерь нефтепродуктов от испарения при заливе емкости 4 определяют по разности масс пустой емкости 17 и заполненной паровоздушной смесью.
Измерение концентрации в процессе заполнения емкости 4 и объема залитого нефтепродукта, позволяют определить массу потерь нефтепродуктов от испарения G по методу-прототипу, что дает возможность сопоставить точность.
1
1
2
2
атм
При проведении исследований процессов заполнения емкости пентаном замеряли объемные концентрации паров в газовом пространстве C=18% при заполненном объеме V=1 л емкости 4, C=29,2% после заполнения объемом пентана V=1 л, поддерживали температуру Т=20°C=293,15°К, замеряли атмосферное давление Р=99,85 кПа, молекулярная масса паров пентана 72,143 г/моль.
Масса паров вышедших из емкости 4 согласно РД - 153-39-019-97 определяется по формуле
i
i+1
где V, V - объемы газового пространства в моменты времени i, i+1;
i
i+1
С, С - объемные концентрации углеводородов в газовом пространстве резервуара в моменты времени i, i+1;
i
i+1
T, T - температура газового пространства в моменты времени i, i+1 равная 20°C;
i
i+1
P, P - давление газового пространства в моменты времени i, i+1 равное атмосферному давлению;
cр
С, - средняя объемная концентрации углеводородов в газовом пространстве резервуара;
М - молекулярный вес углеводородных паров;
R - универсальная газовая постоянная.
На данной установке были проведены исследования процесса заполнения стационарной емкости объемом 5,83 л предельными углеводородами: гексан, пентан, и автомобильными бензинами: Аи-92, Аи-95.
Результаты испытаний предоставлены в таблице.
Таблица 1
№ п/п
Заполняемый продукт
Вес пустой эластичной емкости, г
Вес заполненной эластичной емкости, г
Масса потерь нефтепродукта на заявленной установке, г
Масса потерь нефтепродукта по методу-прототипу РД-153-39-019-97, г
1
Пентан
99,6668
100,8085
1,1376
1,0265
2
Гексан
99,8583
99,934
0,0757
0,0525
3
Аи-92
99,7025
99,8287
0,1262
0,0944
4
Аи-95
99,6568
100,885
1,2282
1,0688
Как видно из результатов испытаний заявленная лабораторная установка повышает достоверность результатов при определении потерь нефтепродуктов от испарения при заполнении емкости, позволяет в лабораторных условиях сравнивать точность различных методов определения потерь от испарения нефти или нефтепродуктов при заполнении емкости.