СИСТЕМА УЛАВЛИВАНИЯ ПАРОВ ПРИ ПРИЕМЕ И ХРАНЕНИИ НЕФТЕПРОДУКТОВ НА НЕФТЕБАЗАХ
VAPOUR RECOVERY SYSTEM DURING OIL PRODUCTS RECEPTION AND STORAGE AT OIL STORAGE TANKS

Изобретение относится к устройствам для улавливания паров нефтепродуктов и может быть использовано в нефтехимической и других отраслях нефтепродуктообеспечения.
Изобретение наиболее применимо при выдаче и приеме автомобильных бензинов различных марок на нефтебазах. Загрязнение воздушного бассейна на нефтебазах происходит при выделении паров нефтепродуктов в процессе «больших» и «малых» дыханий резервуаров, выдаче горючего в баки машин, неправильной установке дыхательной аппаратуры и другим причинам. Потери от «больших дыханий» обусловлены вытеснением паровоздушной смеси (ПВС) из резервуара при приеме нефтепродукта. При этом объем газового пространства уменьшается и срабатывает дыхательный клапан. Потери от «малых» дыханий вызываются ежесуточными колебаниями температуры и парциального давления паров горючего (в основном бензинов) в газовом пространстве резервуара [В.Г. Коваленко Экологическая безопасность в системах нефтепродуктообеспечения и автомобильного транспорта. М.: ЛитНефтеГаз, 2004].
Температура нефтепродуктов, хранящихся в наземных резервуарах, зависит от температуры окружающей среды. В летнее время нефтепродукты в наземных вертикальных стальных резервуарах (РВС) нагреваются до 30 градусов Цельсия и более. Температура начала кипения бензинов составляет 35 градусов Цельсия [В.В. Анферов, В.Г. Коваленко, А.Н. Ременцов. Техническая оснащенность и персонал в системах нефтепродуктообеспечения. Учебное пособие. М: МАДИ. 2006]. При данной температуре легкокипящие фракции бензинов превращаются в пар и через дыхательный клапан выходят в окружающую среду.
Характерными особенностями в работе нефтебаз являются хранение, прием и выдача горючего в железнодорожные и автомобильные цистерны. Это означает существенные потери от испарения. Данное обстоятельство не только приводит к потерям топлив, но и отрицательно сказывается на здоровье населения. Борьба с потерями нефтепродуктов от «больших» и «малых» дыханий резервуаров на нефтебазах становится важной экологической и экономической задачей.
Известна установка улавливания паров нефтепродуктов из автомобильных цистерн и резервуаров с применением охлаждающей смеси [Ю.А. Матвеев и др. Патент на полезную модель №122994 от 20.12.2012].
В данной установке на горловину автомобильной цистерны 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 связан с основным паропроводом 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 и наполовину заливается низкооктановым компонентом, в качестве которого используется дизельное топливо. Основной 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. Охлаждающая смесь из емкости подается в теплообменник по трубопроводу охлаждающей системы, оборудованному задвижками с помощью насоса. Теплообменник оснащается коленами и сливным краном для слива охлаждающей смеси.
Установка работает следующим образом. 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. 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, расслаиваются двумя перегородками с отверстиями различного диаметра и поглощаются низкооктановым компонентом. Нерастворившаяся часть газообразных углеводородов на выходе из резервуара улавливается фильтром-поглотителем.
При «больших» и «малых» дыханиях с повышением давления парового пространства вертикального резервуара, открывается дыхательный клапан рабочего давления, и пары нефтепродуктов по паропроводу поступают в теплообменник с перекачиваемой охлаждающей смесью. После теплообменника смесь паров с жидким нефтепродуктом поступает в приемное устройство и в резервуар с низкооктановым компонентом.
Недостатками указанной установки являются:
1. Низкая эффективность абсорбции паров нефтепродуктов низкооктановым компонентом. Большой расход абсорбента.
2. Невозможность улавливания легких фракций бензина без смешения с низкооктановым компонентом.
Известна абсорбционная установка улавливания паров АСУР-ПБ [В.В. Анферов, В.Г. Коваленко, А.Н. Ременцов. Техническая оснащенность и персонал в системах нефтепродуктообеспечения. Учебное пособие. М: МАДИ. 2006]. Данная установка предназначена для улавливания и рекуперации паров нефтепродуктов на АЗС, нефтебазах, нефтеперерабатывающих заводах. В основу работы установки положен принцип абсорбции - поглощение углеводородов жидким абсорбентом. В качестве абсорбента используется дизельное топливо. Установка состоит из двух блоков: абсорбционного и холодильного, а также пульта управления. В абсорбционном блоке происходит улавливание паров охлажденным абсорбентом. Холодильный блок предназначен для охлаждения хладоносителя и подачи его в абсорбционный блок. Пульт управления обеспечивает автоматическую работу установки. Внутри абсорбционного блока на подшипниковых опорах, установлен ротор, представляющий собой вал с закрепленными на нем несущими дисками. На каждом несущем диске установлены тонкие кольцевые контактные диски таким образом, чтобы между ними выдерживался определенный зазор. В верхней части абсорбционного блока имеются входной и выходной патрубки для паров, в нижней для абсорбента. Корпус абсорбционного блока заполнен абсорбентом до определенного уровня.
Установка работает следующим образом. При вращении ротора на поверхности контактных дисков, погруженных в дизельное топливо, образуется тонкая пленка абсорбента. Воздух, загрязненный парами нефтепродуктов, поступает в абсорбционный блок через входящий патрубок, проходит по зазорам между контактными дисками, очищается, отдавая углеводороды абсорбенту, и покидает абсорбционный блок через выходящий патрубок. Навстречу потоку паровоздушной смеси по нижней части блока протекает абсорбент. Вращение ротора, частично погруженного в дизельное топливо, обеспечивает постоянную замену пленки абсорбента. Для снижения температуры абсорбента установка включает в себя холодильный агрегат. Снижение температуры абсорбента происходит в теплообменнике.
Для улавливания паров с баков машин при помощи установки АСУР-ПБ топливораздаточные колонки оснащаются узлами для сбора паров нефтепродуктов из горловин топливных баков автомобилей. Это специальные раздаточные краны, имеющие дополнительные клапаны для забора паров, двухканальные раздаточные рукава для отвода паров в резервуары, агрегат для подачи паров в резервуар, специальные клапаны, уравновешивающие расходы топлива и паров. При заправке баков машин установка работает следующим образом. Пары нефтепродуктов из баков автомобилей откачиваются агрегатом колонки через раздаточный кран, двухканальный раздаточный рукав, паропровод в резервуар из которого происходит заправка автомобилей.
Недостатками указанной установки являются:
1. Большая потребляемая электрическая мощность холодильным и абсорбционным блоками и агрегатом для подачи паров из баков автомобилей.
2. Большой расход абсорбента.
3. Невозможность улавливания легких фракций бензина без смешения с низкооктановым компонентом.
Также известна установка улавливания паров нефтепродуктов с периодической работой холодильного блока на автозаправочных станциях [Ю.А. Матвеев др. Патент на полезную модель №141280 от 27.05.2014].
На горизонтальный резервуар, имеющий стандартное оборудование, дополнительно на корпус дыхательного клапана горизонтально устанавливается общая трубопроводная линия с задвижкой и обратным клапаном, которая соединена с основным паропроводом, соединенным с заглубленным резервуаром. Заглубленный резервуар оборудуется дыхательным клапаном, фильтром-поглотителем с активированным углем и устройством для приема паров нефтепродуктов, а также наполовину заливается низкооктановым компонентом.
Основной паропровод проходит теплообменник. Теплообменник оборудован линиями охлаждения и связан с холодильным блоком. Холодильный блок с целью включения и выключения соединяется линией связи с соответствующим реле. Также раздаточный кран, который вставляется в топливный бак автомобиля, оборудуется двухканальным раздаточным рукавом, соединенным с топливораздаточной колонкой. Пары нефтепродуктов через рукав с помощью агрегата подаются в участок паропровода, а затем через обратный клапан низкого давления в отдельный резервуар для сбора паров, который оборудован соответствующим манометром. Манометр через линию связи связан с соответствующим реле для включения холодильного блока. Пары нефтепродуктов, откаченные из баков машин, за счет подачи агрегата скапливаются в резервуаре до определенного давления, на которое рассчитан обратный клапан повышенного давления. Давление паров регистрируется соответствующим манометром, который линией связи соединен с соответствующим реле. Реле включает электродвигатель, связанный с помощью муфты с валом, на котором находятся центробежные колеса. Также реле линией связи соединено с соответствующим электродвигателем для открытия задвижки.
Установка работает следующим образом. Через сливное устройство нефтепродукт поступает в резервуар. Оператор включает холодильный блок. С возрастанием давления поднимается тарелка дыхательного клапана резервуара и пары по открытой трубопроводной системе, обратный клапан попадают в основной паропровод, соединенный с дополнительным резервуаром. Пары проходят теплообменник. При этом основная часть газообразных углеводородов в результате охлаждения переходит в жидкое состояние, а пары, не перешедшие в жидкость, поглощаются низкооктановым компонентом. Нерастворившаяся часть газообразных углеводородов на выходе из резервуара через дыхательный клапан улавливается фильтром-поглотителем. Пары из баков автомобиля при заправке вытесняются нефтепродуктом. По двухканальному рукаву с помощью агрегата через участок паропровода и обратный клапан низкого давления пары попадают в резервуар для сбора паров. При достижении определенного давления паров, соответствующий манометр, через реле включает холодильный блок для установления заданного температурного режима, который должен быть в пределах от минус 5 до минус 10 градусов Цельсия. В резервуаре пары скапливаются до давления срабатывания обратного клапана повышенного давления. При достижении установленного давления соответствующий манометр через линию связи и соответствующее реле включает электродвигатель, для вращения вала с центробежными колесами. Одновременно через линию связи соответствующее реле включает соответствующий электродвигатель для открытия задвижки подачи паров.
После открытия обратного клапана повышенного давления и задвижки пары нефтепродуктов по паропроводу поступают в теплообменник с установленным температурным режимом. Затем смесь паров с жидким нефтепродуктом поступает в приемное устройство и в резервуар с вращающимся валом и центробежными колесами. В резервуаре происходит абсорбция паров нефтепродукта разбрызгиваемым по всему объему низкооктановым компонентом.
Недостатками указанной установки являются:
1. Невозможность улавливания легких фракций бензина без смешения с низкооктановым компонентом.
2. Низкая эффективность работы при «малых» дыханиях резервуаров.
Наиболее близкой к указанной проблеме является установка улавливания паров нефтепродуктов с дополнительным резервуаром сбора паров и системой их охлаждения для наземных вертикальных стальных резервуаров [Ю.А. Матвеев Ю.А. и др. Патент на полезную модель №142402 от 27.06.2014].
На предлагаемый резервуар, имеющий стандартное оборудование оснащается дополнительный паропровод с обратным клапаном и задвижкой, который соединяется с заглубленным горизонтальным стальным резервуаром. Резервуар оборудуется клапаном, фильтром-поглотителем с активированным углем и устройством для приема паров нефтепродуктов. Заглубленный резервуар наполовину заливается низкооктановым компонентом. Дополнительный паропровод под землей проходит теплообменник с охлаждающей смесью. Охлаждающая смесь из емкости подается в теплообменник по трубопроводу охлаждающей системы с помощью насоса. Также паропровод через участок паропровода с соответствующей задвижкой связан с дополнительным резервуаром для сбора паров. Пары нефтепродуктов при открытии дыхательного клапана рабочего давления регистрируются манометром, который через линию связи с помощью соответствующего реле включает компрессор. Пары нефтепродуктов по паропроводу подаются в участок паропровода, а затем через обратный клапан низкого давления в дополнительный резервуар для сбора паров. Пары нефтепродуктов скапливаются в резервуаре до определенного давления. Давление паров на участке паропровода после обратного клапана повышенного давления регистрируется соответствующим манометром, который линией связи соединен с соответствующим реле. Реле включает электродвигатель, связанный с помощью муфты с валом, на котором находятся центробежные колеса. Также через линию связи соответствующее реле включает насос для подачи охлаждающей смеси по теплообменнику.
Установка работает следующим образом. При приеме горючего оператор включает электродвигатель для вращения центробежных колес и насос подачи охлаждающей смеси в теплообменник. С целью улавливания паров при «больших» дыханиях открывается дыхательный клапан, обратный клапан и по паропроводу пары поступают в теплообменник с перекачиваемой охлаждающей смесью. При этом основная часть паров горючего переходит в жидкое состояние, а пары, не перешедшие в жидкость, абсорбируются низкооктановым компонентом. При «малых» дыханиях, с повышением давления парового пространства резервуара, также открывается дыхательный клапан, и пары нефтепродуктов поступают в паропровод и участок паропровода. Поступление паров в паропровод регистрируется соответствующим манометром, который включает компрессор. После падения давления в паропроводе компрессор автоматически отключается. С помощью компрессора пары попадают в дополнительный резервуар для сбора паров. Поступление паров в участок паропровода после обратного клапана повышенного давления регистрируется манометром, который включает электродвигатель для вращения вала с центробежными колесами. Также через линию связи реле включает насос для подачи охлаждающей смеси по теплообменнику. После открытия обратного клапана повышенного давления пары нефтепродуктов попадают в теплообменник с перекачиваемой охлаждающей смесью. Затем смесь паров с жидким нефтепродуктом поступает в приемное устройство и в резервуар с вращающимся валом и центробежными колесами. В резервуаре происходит абсорбция паров нефтепродукта низкооктановым компонентом. После закрытия обратного клапана повышенного давления оператор открывает задвижку, и пары нефтепродукта за счет повышенного давления аналогичным образом поступают в заглубленный резервуар. Недостатками указанной установки являются:
1. Невозможность улавливания легких фракций бензина без смешения с низкооктановым компонентом.
2. Низкая эффективность работы теплообменника.
3. Большой расход охлаждающей смеси.
Предлагаемое изобретение позволяет решить задачу повышения эффективности улавливания паров нефтепродуктов, при приеме и хранение в наземных вертикальных резервуарах.
Решение указанной задачи достигается тем, что дыхательные клапана вертикального стального резервуара оборудованы паропроводом, соединенным с резервуаром для сбора паров и с заглубленным двухсекционным резервуаром, при этом паропровод оснащен компрессором, манометрами, задвижками и обратными клапанами, а также тем, что система оборудуется холодильным блоком с охлаждающим элементом в заглубленном резервуаре. При этом в первую секцию заглубленного резервуара заливается низкооктановый компонент и она оборудуется валом с вращающимися колесами и охлаждающим элементом, а во вторую секцию заливается бензин А-76 и она оснащается паропроводом подачи паров. Также при этом участки паропроводов до и после резервуара для сбора паров оборудованы обратными клапанами с различными давлениями открытия, а манометры на паропроводе выполнены с возможностью включения с помощью реле компрессора, холодильного блока, электродвигателя и задвижки отвода паров.
Данные признаки являются существенными для решения задачи изобретения, так как повышается эффективность улавливания паров нефтепродуктов в резервуарах, снижается расход абсорбента и потребляемой электрической энергии, а также производится экономия за счет улавливания легких фракций товарных бензинов с последующим их использованием в качестве товарных бензинов.
Необходимо отметить, что для превращения в жидкость паров от «малых» дыханий нужно снизить температуру ниже температуры кипения бензинов, то есть меньше чем 35 градусов Цельсия. Для превращения в жидкость паров от «больших» дыханий необходимо снизить температуру до значений от минус 5 до минус 10 градусов Цельсия. Также при этом применяется абсорбент (низкооктановый компонент).
Сущность изобретения пояснена чертежами (фиг.1, фиг.2), на которых изображены: разрезы резервуара с установкой улавливания паров, а также разрез заглубленного двухсекционного с холодильным блоком.
На предлагаемый резервуар 1, имеющий приемный и раздаточный патрубки 2, трубопровод для приема и выдачи нефтепродуктов 3, задвижки 4, световой и замерной люки 5,6, вентиляционный патрубок 7, дыхательный клапан повышенного давления 8, люк-лаз 9, дыхательный клапан рабочего давления 10, оборудуется дополнительный паропровод 11 с обратным клапаном 12 и задвижками 13, который соединяется с заглубленным двухсекционным стальным резервуаром 14. Первая секция резервуара оборудуется клапаном 15, фильтром-поглотителем с активированным углем 16 и устройством для приема паров нефтепродуктов 17, которое имеет две перегородки с отверстиями различного диаметра 18,19 для дробления пузырьков пара. Данная секция резервуара наполовину заливается низкооктановым компонентом (дизельное топливо) 20 и предназначена для улавливания паров при «больших» дыханиях. Для улавливания паров при «малых» дыханиях вторая секция резервуара заливается бензином А-76 летнего вида 21, при этом в данную секцию подводится паропровод 11, который опускается ниже уровня бензина. Дополнительный паропровод 11 проходит под землей 22 и имеет участок змеевикообразного вида для снижения давления паров нефтепродуктов. Паропровод связан с холодильным блоком 23. Холодильный блок оборудован охлаждающим элементом 24, находящимся в резервуаре 14. Также паропровод 11 через участок паропровода 25 с соответствующими задвижками 13 связан с отдельным резервуаром для сбора паров 26. Пары нефтепродуктов при открытии дыхательного клапана рабочего давления 10 регистрируются соответствующим манометром 27. Внутри манометра на определенном значении установлена контактная пластина. При контакте стрелки манометра с пластиной через линию связи 28 с помощью соответствующего реле 29 происходит включение компрессора 30. Пары нефтепродуктов по паропроводу 11 с помощью компрессора 30 подаются в участок паропровода 25, а затем через обратный клапан низкого давления 31 в отдельный резервуар для сбора паров 26. При падении давления в паропроводе компрессор отключается. Пары нефтепродуктов, откаченные по паропроводу 11 и участку паропровода 25 за счет подачи компрессора 30, скапливаются в резервуаре 26 до определенного давления, на которое рассчитан обратный клапан повышенного давления 32. Давление паров на участке трубопровода 25 после обратного клапана 32 регистрируется соответствующим манометром 27, который также оборудован контактной пластиной, установленной на определенном значении. Манометр линией связи 28 соединен с соответствующим реле 29. При контакте стрелки манометра с пластиной через линию связи 28 и соответствующее реле 29 включается электродвигатель 33, связанный с помощью муфты 34 с валом 35, на котором находятся центробежные колеса 36. Вал 35 устанавливается в первой секции резервуара 14 на подшипниковых опорах. Также через линию связи 28 и соответствующее реле 29 от манометра включается холодильный блок 24 и открывается задвижка отвода паров 37.
Изобретение работает следующим образом. Через приемный трубопровод 3 нефтепродукт поступает в резервуар 1. При этом уровень горючего начинает увеличиваться, а соответственно объем парового пространства уменьшаться. С целью улавливания паров при «больших» дыханиях открывается дыхательный клапан 10, обратный клапан 12 и пары поступают в паропровод 11. В паропроводе пары регистрируются соответствующим манометром 27, который через линию связи 28 и соответствующее реле 29 связан с компрессором 30. При контакте стрелки манометра с пластиной через линию связи 28 с помощью соответствующего реле 29 включается компрессор 30. После падения давления в паропроводе 11 компрессор автоматически отключается. С целью недопущения попадания паров в двухсекционный резервуар, соответствующая задвижка 13 на паропроводе 11закрыта.
С помощью компрессора 30 через участок паропровода 28 и обратный клапан низкого давления 31 пары попадают в резервуар для сбора паров 26, где скапливаются до давления срабатывания обратного клапана повышенного давления 32.
Поступление паров в участок паропровода 25 после обратного клапана повышенного давления 32 регистрируется соответствующим манометром 27. При контакте стрелки манометра с пластиной, через линию связи 28 с помощью соответствующего реле 29 включается холодильный блок 23 с охлаждающим элементом 24 для понижения температуры в резервуаре 14. Также открывается задвижка 37 и включается электродвигатель 33, который начинает вращать вал 35 с центробежными колесами 36 для перемешивания охлажденного низкооктанового компонента по всему объему первой секции резервуара 14. После закрытия обратного клапана повышенного давления через задвижку 37 пары нефтепродукта за счет повышенного давления аналогичным образом поступают в первую секцию резервуара 14.
При этом основная часть паров горючего в результате охлаждения переходит в жидкое состояние, а пары, не перешедшие в жидкость, расслаиваются двумя перегородками с отверстиями различного диаметра 18,19 и абсорбируются низкооктановым компонентом 20. Нерастворившаяся часть паров на выходе из секции резервуара 14 при срабатывании клапана 15 улавливается фильтром-поглотителем 16. После окончания перекачки нефтепродукта оператор выключает холодильный блок 23, электродвигатель 33 закрывает соответствующие задвижки 13 участка паропровода 25, а также закрывает задвижку 37.
При «малых» дыханиях, с повышением давления парового пространства резервуара, также открывается дыхательный клапан 10 и пары нефтепродуктов поступают в паропровод 11. Далее пары при открытых соответствующих задвижках 13 на паропроводе 11 и закрытых задвижках на участках паропровода поступают во вторую секцию резервуара 14 с бензином А-76.
В данной секции резервуара 14 происходит превращение паров горючего в жидкость за счет снижения температуры и абсорбция паров нефтепродукта бензином А-76. Превращение паров нефтепродукта в жидкость происходит за счет более низкой температуры в подземном резервуаре по сравнению с температурой испарения паров при «малых» дыханиях. Температура в подземном резервуаре даже в летний период не превышает 15-18 градусов Цельсия.
Периодическая работа электродвигателя и холодильного блока значительно снижают потребление электроэнергии. При этом смесь легких фракций нефтепродуктов с бензином А-76 может быть использована для добавления в товарные бензины марок нормаль-80 и А-76. Также смесь дизельного топлива и бензина может быть сдана на переработку или использована в качестве растворителя.