УСТАНОВКА УЛАВЛИВАНИЯ И УТИЛИЗАЦИИ ПАРОВ УГЛЕВОДОРОДОВ ИЗ РЕЗЕРВУАРОВ НЕФТЕПРОДУКТОВ

Полезная модель относится к конструкции установок, предназначенных для хранения нефтепродуктов, используемых в нефтяной, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности, а также других отраслях, связанных с хранением легкоиспаряющихся нефтепродуктов, например при хранении и розничной реализации бензинов на территории городских АЗС.
Предложенное устройство может быть использовано там, где применяются системы хранения и выдачи нефтепродуктов: автозаправочные станции (АЗС), нефтебазы, нефтеперерабатывающие предприятия, автотранспортные предприятия, на территории которых осуществляется заправка транспорта и т.д.
Задачей является снижение потерь нефтепродуктов за счет улавливания углеводородов из паровоздушной смеси, выбрасываемой в атмосферу из подземных или наземных резервуаров, содержащих углеводородные жидкости (нефть, бензин, керосин и т.д.) путем конденсации углеводородных паров, что приводит к улучшению экологической и противопожарной обстановки в районе размещения резервуаров (наземных, подземных) с любой формой поперечного сечения с хранящимися в них нефтепродуктами. Последнее особенно важно для городов-мегаполисов, например таких как г.Москва, с большой концентрацией автомобильного транспорта и плотной городской застройкой.
Известно техническое решение, направленное на сокращение потерь легкоиспаряющихся продуктов, согласно которому паровоздушную смесь (ПВС) пропускают через двухступенчатую систему охлаждения. Первая ступень охлаждает ПВС до температуры плюс 0,5-1,5°С, вторая до минус
1-7°С (патент США №3266262, кл. 62-54). Недостатком данного изобретения является то, что указанная температура охлаждения недостаточна для эффективного (более 50%) улавливания углеводородов (см. книгу Константинов Н.Н., Борьба с потерями от испарения нефти и нефтепродуктов, М., ″Гостоптехиздат″, 1961, с.185). Кроме этого, температура выходящей ПВС отлична от температуры окружающей среды, что приводит к обмерзанию дыхательных клапанов (в теплое время года) и низкой термодинамической эффективности установки (затраты холода на выхолаживание окружающей среды).
Известно техническое решение, предусматривающее хранение нефтепродуктов с утилизацией паров (а.с. СССР №1406074, кл. B 65 D 90/30, 1988 г.), согласно которому конденсация ПВС производится путем барботажа последней через конденсатор, заполненный охлажденным нефтепродуктом. Предварительное охлаждение ПВС до 0°С обратным потоком холодного воздуха, позволяет как избежать ледяных пробок (при замерзании воды), так и уменьшить энергозатраты на предварительное охлаждение (до 0°С) ПВС. Недостатком данного способа охлаждения ПВС являются его ограниченные возможности, поскольку холода обратного потока выхоложенного воздуха оказывается недостаточно.
Известно техническое решение, также направленное на хранение нефтепродуктов с утилизацией паров (а.с. СССР №1406075, B 65 D 90/30, 1988 г.), заключающееся в отборе ПВС из газового пространства (ГП) резервуара, пропускании ее в режиме барботажа через слой того же нефтепродукта и возвращении воздуха после барботажа обратно в ГП резервуара. Охлаждение барботируемого нефтепродукта происходит до температуры, ниже температуры соответствующих придонных слоев нефтепродукта и выше температуры, соответствующей нулевому парциальному давлению паров, посредством охлаждения низкотемпературным хладагентом и термостатирования заглублением в грунт.
Однако данное решение обладает ограниченностью его применения
для резервуаров с переменным сечением (цилиндрические типа РГС, трапецеидальные), поскольку в указанных типах резервуаров невозможно использование эффективных плавающих защитных покрытий. Последнее обстоятельство является важным, поскольку при обеднении ПВС в ГП, из-за конденсации углеводородов и возврате чистого воздуха в ГП резервуара, происходит донасыщение последнего углеводородами (дополнительное испарение с поверхности жидкости), что приводит к возрастанию внутрирезервуарного давления (обратный выдох). Несмотря на то, что возвращаемый, очищенный воздух имеет температуру более низкую, чем отбираемая смесь, данный эффект имеет место некоторое время, поскольку скорость охлаждения ГП возвращаемым воздухом, а следовательно и верхних слоев нефтепродуктов меньше, чем скорость испарения последних в пространстве ненасыщенными углеводородами. В указанном решении используется плавающее покрытие и поэтому возможно сколь угодно малое обеднение или выхолаживание ГП резервуара без ущерба для сохранности нефтепродукта. При этом скорость нарастания концентрации углеводородов в несколько раз меньше, чем над незащищенной поверхностью.
Также известны другие технические решения в рассматриваемой области, патент США №5476986, 1995 г.; патент США №5490873, 1996 г.; патент США №5185486, 1993 г.; патент Японии №08-048984, 1996 г.; патент РФ № 2050170, 1995 г.; патент РФ № 2193001, 2002 г.
Однако все известные конструкции установок улавливания и утилизации паров углеводородов из резервуаров нефтепродуктов обладают рядом недостатков, связанных либо с большими затратами и сложностью их эксплуатации, либо с недостаточной эффективностью и ограниченностью использования.
Задачей предложенной полезной модели является снижение концентраций выбрасываемых углеводородов в атмосферу до величины верхнего концентрационного предела взрываемости паров (для автомобильного бензина 5,2%), снижение потерь нефтепродуктов при
хранении и выдаче, утилизация паров углеводородов для резервуаров с любой формой поперечного сечения при отсутствии плавающего покрытия-понтона.
Для решения поставленной задачи была разработана конструкция установки улавливания и утилизации паров углеводородов из резервуаров нефтепродуктов, содержащая соединенные между собой системой трубопроводов резервуар в виде емкости (1) для хранения нефтепродукта, включающей полость с жидким нефтепродуктом и газовую полость с паровоздушной смесью, компрессор низкого давления (2) для обеспечения отбора паровоздушной смеси из емкости (1), движения паровоздушной смеси по испарителю-теплообменнику (4) и подачи конденсата в емкость (1), ресивер-пароотделитель (3) для частичной конденсации паров паровоздушной смеси сразу после отбора ее из емкости (1), холодильную машину (5) для охлаждения паровоздушной смеси в испарителе-теплообменнике (4), в который оставшаяся паровоздушная смесь поступает из ресивера-пароотделителя (3), дроссель (6′) через который по теплоизолированному трубопроводу охлажденная паровоздушная смесь из испарителя-теплообменника (4) подается обратно в емкость (1), а также дроссель (6), через который сконденсировавшийся в испарителе-теплообменнике (4) и ресивере-пароотделителе (3) нефтепродукт также поступает обратно в емкость (1).
При этом для уменьшения потребной холодопроизводительности холодильной машины (5) может использоваться дополнительный теплообменник (7), охлаждаемый посредством холода грунта, установленный между ресивером-пароотделителем (3) и испарителем-теплообменником (4).
Для увеличения степени конденсации углеводородов и уменьшения количества вымерзающей влаги в теплообменнике, испаритель-теплообменник (4) может быть выполнен из двух ступеней, первая из которых (4′) служит для охлаждения паровоздушной смеси до температуры от +1 до +0,5°С, а вторая (4′′) - до требуемой низкой температуры, в
частности от -80 до -40°С, при этом у первой ступени (4′) предусмотрено средство отвода воды (8).
Сущность предложенной полезной модели иллюстрируется на представленных фиг.1-3:
Фиг.1 - изображение основной блок-схемы установки;
Фиг.2 - изображение блок-схемы установки с дополнительным теплообменником, заглубленным в грунт;
Фиг.3 - изображение блок-схемы установки с дополнительным теплообменником, заглубленным в грунт и раздельным двухступенчатым основным испарителем-теплообменником 4′, 4′′;
Обозначения на фиг.1-3:
1- подземный резервуар (емкость);
2- компрессор низкого давления (до 5 атм.);
3- ресивер-пароотделитель;
4- испаритель-теплообменник;
4′- испаритель первой ступени;
4′′- испаритель второй ступени;
5- холодильная машина (ХМ);
6,6′- дроссели (дроссельные клапаны);
7- дополнительный теплообменник;
8- средство отвода воды.
На Фиг.1 изображена схема предлагаемой установки. Установка работает следующим образом. В режиме хранения ПВС отбирается компрессором 2, подается в заглубленный ресивер-пароотделитель 3, после частичной конденсации пары проходят через испаритель-теплообменник 4, охлаждаются, и подаются по теплоизолированному трубопроводу через дроссель 6′ в ГП. После дросселирования, возвращаемый пар приобретает более низкую температуру, чем при его охлаждении в ХМ 5, что приводит к более интенсивному выхолаживанию ГП, а, следовательно, снижению концентрации паров в нем. Таким образом, в резервуаре (емкости) 1
поддерживается более низкий уровень равновесной концентрации паров, и следовательно снижаются затраты энергии на конденсацию последних. Сконденсировавшийся в испарителе-теплообменнике 4 нефтепродукт подается обратно в емкость 1 через дроссель 6. Движение ПВС по теплообменнику, и подача конденсата в резервуар происходит за счет давления, создаваемого компрессором 2. Охлаждение ПВС в испарителе-теплообменнике 4, осуществляется холодильной машиной 5.
На Фиг.2-3 изображены схемы предлагаемых модификаций установки. Поскольку, тепло ХМ 5, особенно при ″больших дыханиях″ тратится на охлаждение ПВС от температуры окружающей среды до температуры конденсации нефтепродукта, то целесообразно использовать холод грунта, для предварительного охлаждения ПВС (до температуры от +10°С до +7°С). Для этой цели служит дополнительный теплообменник 7. Термостатирование заглублением в грунт промежуточного теплообменника обеспечивает рациональное с точки зрения экономии электроэнергии использование холода низкотемпературного хладагента, сводя к минимуму потери холода в окружающую среду, к тому же для более жарких районов (Средняя Азия) разница температур грунта и окружающей среды может быть весьма существенна.
Разделение испарителя-теплообменника 4 на два: 4' (со средством отвода воды 8) и 4′′ позволяет избежать ледяных пробок в тракте прохождения ПВС.
Холодильная машина 5 служит для охлаждения-конденсации углеводородов в составе ПВС. Соединение ХМ 5 с дросселем, а последнего с резервуаром выполняется с целью избежания рассеяния холода в окружающую среду термоизолированным трубопроводом.
Следующие конкретные элементы могут использоваться для создания предложенной установки:
Резервуары (емкости) для хранения нефтепродукта производства ОАО ″Уралтехнострой-Туймазыхиммаш″, Республика Башкортостан на 10, 25, 50,
3
75, 100 м или серийно выпускаемые ГУП нефтебаза ″Красный Яр″, Новосибирская обл., резервуары типа РГС/РГСП, ЕП и т.д. Ресивер-пароотделитель производства ЗАО ″Остров″, г.Мытищи. Компрессор низкого давления 2ГУ0,5-1/11-16С производства ЗАО ″Энергомаш″. Испаритель-теплообменник до +1°С производства ОАО ″Уралтехнострой-Туймазыхиммаш″, Республика Башкортостан или ЗАО Газхолодтехника, г.Москва. Холодильная машина производства ЗАО ″Остров″, г.Мытищи или фирмы ″Норд″, г.Москва. Дроссель (дроссельный вентиль) 6MA-MM-VI (для жидкостной линии), SS-4RS6 (для линии бензовоздушной смеси) производства фирмы SWAGELOK. Испаритель-теплообменник до -40°С производства ОАО ″Уралтехнострой-Туймазыхиммаш″, Республика Башкортостан или ЗАО Газхолодтехника, г.Москва.
Использование предложенной установки позволяет не только эффективно снизить концентрацию выбрасываемых углеводородов в атмосферу и потерю нефтепродуктов при хранении и выдаче. Но и утилизировать пары углеводородов в резервуарах с любой формой поперечного сечения, а также обеспечивает легкость переналадки имеющихся установок, простоту в обслуживании и ремонте.