УСТАНОВКА УЛАВЛИВАНИЯ ПАРОВ НЕФТЕПРОДУКТОВ С ДОПОЛНИТЕЛЬНЫМ РЕЗЕРВУАРОМ СБОРА ПАРОВ И СИСТЕМОЙ ИХ ОХЛАЖДЕНИЯ ДЛЯ НАЗЕМНЫХ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТАЛЬНЫХ РЕЗЕРВУАРОВ

Предлагаемая полезная модель относится к устройствам для приема, хранения и выдачи нефтепродуктов и может быть использована в нефтехимической и других отраслях нефтепродуктообеспечения.
Предлагаемая полезная модель наиболее применима при приеме, и хранении бензинов на терминалах и нефтебазах, оборудованных наземными вертикальными стальными резервуарами большой вместимости (РВС).
Загрязнение воздушного бассейна на нефтебазах и терминалах происходит при выделении паров нефтепродуктов в процессе «больших» и «малых» дыханий резервуаров, неправильной установке дыхательной аппаратуры и другим причинам. Потери от «больших» дыханий обусловлены вытеснением паровоздушной смеси из резервуара при приеме нефтепродукта. При этом объем газового пространства уменьшается, что вызывает  срабатывание  дыхательного клапана. Потери от «малых» дыханий вызываются ежесуточными колебаниями температуры и парциального давления паров горючего  в газовом пространстве резервуара. Температура нефтепродуктов, хранящихся в наземных резервуарах, зависит от температуры окружающей среды. В летнее время нефтепродукты в наземных РВС нагреваются до 30 градусов Цельсия и более. Температура начала кипения бензинов составляет 35 градусов Цельсия [.С. Сафонов и др. Автомобильные топлива. Химмотология. Эксплуатационные свойства. Ассортимент. СПб.: НПИКЦ, 2002].  При данной температуре легкокипящие фракции бензинов превращаются в пар и через дыхательный клапан выходят в окружающую среду.
Характерными особенностями в работе нефтебаз являются периодическая выдача нефтепродуктов в автоцистерны, получение горючего из железнодорожных цистерн и трубопроводного транспорта, а также длительные сроки хранения горючего в резервуарах. Это означает существенные потери от испарения в результате «малых» дыханий, а также периодические потери от «больших» дыханий. Выбросы углеводородов в атмосферу при испарении нефтепродуктов из резервуаров очень велики. Это не только приводит к потерям топлив и загрязнению атмосферы, но и отрицательно сказывается на здоровье населения. Борьба с потерями горючего от испарения становится важной экологической и экономической задачей.
Известен наземный вертикальный резервуар с двойным дном, оборудованный установкой улавливания паров нефтепродуктов [Ю.А. Матвеев, С.М. Аноприенко. Патент на полезную модель № 101023 от 10.01. 2011 г. Наземный вертикальный резервуар с двойным дном, оборудованный установкой улавливания паров нефтепродуктов].
В данном резервуаре дыхательный клапан оборудуется  трубопроводом с задвижкой для отвода паров нефтепродуктов при «малых» и «больших»  дыханиях, который соединяется с дополнительным заглубленным горизонтальным резервуаром Р-5. При этом трубопровод под землей находится в трубопроводе-холодильнике большего диаметра, оборудованным задвижками и заполненным водой (охлаждающей жидкостью в зимнее время). Резервуар Р-5 заполняется низкооктановым компонентом, оборудуется фильтром-поглотителем с активированным углем и приемником паров нефтепродуктов.
Техническое устройство работает следующим образом. Через приемный трубопровод  нефтепродукт поступает в резервуар. С целью улавливания паров при «больших» дыханиях открывается дыхательный клапан, обратный клапан и по  трубопроводу пары поступают в резервуар  с низкооктановым компонентом, оборудованным приемным устройством. При этом часть паров горючего в результате дробления пузырьков двумя перегородками с отверстиями различного диаметра, поглощается низкооктановым компонентом. Нерастворившаяся часть паров нефтепродуктов на выходе из резервуара улавливается фильтром-поглотителем.
При «малых» дыханиях, с повышением давления, также открывается дыхательный клапан  и пары нефтепродуктов по трубопроводу  через приемное устройство с перегородками, поступают в резервуар с низкооктановым компонентом. При этом большая часть паров превращается в жидкость за счет охлаждения в подземном участке трубопровода, находящегося в трубопроводе холодильнике.
Недостатками указанного резервуара с установкой улавливания паров являются:
1. Низкая эффективность улавливания паров нефтепродукта при «больших» дыханиях.
2. Отсутствие теплообменника  с перекачивающейся охлаждающей жидкостью. Низкая эффективность охлаждения паров высокооктановых нефтепродуктов при прохождении в трубопроводе до приемного устройства.
3. Отсутствие значительного снижения температуры охлаждающей жидкости по сравнению с температурой земной поверхности, что не позволяет пары нефтепродуктов полностью перевести в жидкое агрегатное состояние.
Также известна установка для улавливания паров нефтепродуктов [А.С. Кузнецов и др. Патент на изобретение № 2226122 от 24. 03. 2004 г. Установка для улавливания паров нефтепродуктов.].
Установка для улавливания паров нефтепродуктов состоит из резервуара с хранимым нефтепродуктом, насоса, резервуара с двойными стенками, между которыми протекает холодная вода, образующими рубашку охлаждения (холодильник), и частично заполненого низкооктановым компонентом. Внутри резервуара  установлены: в слое низкооктанового компонента - плоские горизонтальные перегородки, на наружной поверхности внутренних стенок резервуара  - ультразвуковые генераторы, а на выходе из резервуара - фильтр-поглотитель с активированным углем. Установка работает следующим образом.
При создании избыточного давления в резервуаре (2000 Па) через автоматическое устройство происходит включение насоса, и пары горючего по системе трубопроводов поступают в резервуар, подключенный к системе водоснабжения с холодной водой. За счет разности температур в резервуаре  и резервуаре с двойными стенами, создаваемой рубашкой охлаждения (холодильником) при поступлении паров нефтепродуктов, на внутренних стенках пузырьков образуется конденсат. Под действием ультразвуковых генераторов, установленных на наружной поверхности внутреннего резервуара, происходит дробление пузырьков или их полное удаление. В результате чего нефтепродукт, образующийся на внутренних стенках пузырьков, смешивается с низкооктановым компонентом. При этом часть паров горючего в результате дробления пузырьков абсорбируется низкооктановым компонентом. Нерастворившаяся часть паров на выходе из резервуара  улавливается фильтром-поглотителем.
Процесс отвода паров горючего из резервуара  происходит до тех пор, пока в резервуаре не создастся разряжение (250 Па). При срабатывании клапана вакуума насос  отключается.
Недостатками установки для улавливания паров нефтепродуктов являются:
1. 1.Сложность и дороговизна установки.
2. Насос установки работает от избыточного давления паров горючего в резервуаре. При этом не учитывается поступление паров горючего через дыхательный клапан в систему трубопроводов.
3. Большой расход электрической энергии и воды, необходимой для работы рубашки охлаждения (холодильника).
4. Отсутствие значительного снижения температуры воды в рубашке охлаждения по сравнению с температурой земной поверхности, что не позволяет пары нефтепродуктов полностью перевести в жидкое состояние.
Также известна установка улавливания паров нефтепродуктов из резервуаров и баков машин на автозаправочных станциях [Ю.А. Матвеев, В.А. Кузнецов, А.А. Бутузов, А.Ю. Мулгачев. Патент на полезную модель № 131479 от 20.08.2013 г. Установка улавливания паров нефтепродуктов из резервуаров и баков машин на автозаправочных станциях].
В данной установке на резервуар, имеющий устройство для выдачи горючего, сливное устройство, дыхательный клапан, дополнительно на корпус дыхательного клапана, горизонтально устанавливается общая трубопроводная линия с задвижкой и обратным клапаном, которая соединена с основным паропроводом, соединенным с заглубленным горизонтальным стальным резервуаром. Резервуар оборудуется дыхательным клапаном, фильтром-поглотителем с активированным углем и устройством для приема паров нефтепродуктов, которое имеет две перегородки с отверстиями различного диаметра для дробления пузырьков пара. Заглубленный резервуар наполовину заливается низкооктановым компонентом. Основной паропровод под земной поверхностью проходит теплообменник змеевикового типа с охлаждающей смесью, представляющей  15% водный раствор карбоната натрия. Охлаждающая смесь из емкости подается в теплообменник по трубопроводу охлаждающей системы, оборудованному задвижками с помощью насоса.
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 дополнительный резервуар для сбора паров. 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 манометром, который линией связи соединен с реле. Реле включает электродвигатель, связанный с помощью муфты с валом, на котором находятся центробежные колеса. Вал устанавливается на подшипниковых опорах. Установка работает следующим образом.
С возрастанием давления поднимается тарелка  дыхательного клапана  резервуара  и пары по открытой трубопроводной системе, обратный клапан  попадают в основной паропровод, соединенный с заглубленным резервуаром, оборудованным приемным устройством. Пары проходят  теплообменник  с перекачиваемой охлаждающей смесью. При этом основная часть паров горючего 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 паров на выходе из резервуара через дыхательный клапан улавливается фильтром-поглотителем.
Пары горючего 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, где скапливаются до давления срабатывания обратного клапана повышенного давления. При достижении давления срабатывания обратного клапана манометр  через линию связи и реле  включает электродвигатель, который начинает вращать вал с центробежными колесами  для перемешивания низкооктанового компонента по всему объему резервуара. Также через линию связи  реле включает насос  для подачи охлаждающей смеси по теплообменнику. После открытия обратного клапана повышенного давления пары нефтепродуктов  по паропроводу  поступают в теплообменник  с перекачиваемой охлаждающей смесью. Затем смесь паров с жидким нефтепродуктом поступает в приемное устройство и в заглубленный резервуар с вращающимся валом  и центробежными колесами. В резервуаре происходит абсорбция паров нефтепродукта перемешиваемым по всему объему низкооктановым компонентом. После закрытия обратного клапана повышенного давления оператор открывает соответствующую задвижку, и пары нефтепродукта за счет повышенного давления аналогичным образом поступают в заглубленный резервуар и абсорбируются низкооктановым компонентом.
Недостатками установки улавливания паров нефтепродуктов из резервуаров и баков машин на автозаправочных станциях являются:
1. Применимость установки только на автозаправочных станциях.
2. Отсутствие автоматизированного включения насоса системы охлаждения при поступлении паров нефтепродуктов в систему трубопроводов.
3. Отсутствие учета  поступление паровоздушной смеси через дыхательный клапан из резервуара в систему трубопроводов.
Наиболее близкой к указанной проблеме является наземный вертикальный резервуар с двойным дном, оборудованный установкой улавливания паров нефте-продуктов с охлаждающей смесью [Ю.А. Матвеев, В.А. Кузнецов, А.А. Бутузов, А.Ю. Мулгачев. Патент на полезную модель № 116478 от 20.08.2013 г. Наземный вертикальный резервуар с двойным дном, оборудованный установкой улавливания паров нефте-продуктов с охлаждающей смесью].
На резервуар, имеющий приемный и раздаточный патрубки, трубопровод для приема и выдачи нефтепродуктов, задвижки, световой и замерной люки, вентиляционный патрубок, дыхательный клапан  повышенного давления, люк-лаз, дыхательный клапан рабочего давления, оборудуется дополнительный паропровод 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, которое имеет две перегородки с отверстиями различного диаметра. Заглубленный резервуар наполовину заливается низкооктановым компонентом. Дополнительный паропровод под земной поверхностью  проходит теплообменник змеевикового типа с охлаждающей смесью.
Охлаждающая смесь из емкости подается в теплообменник по трубопроводу охлаждающей системы, оборудованному задвижками с помощью насоса. Вода в емкость для охлаждающей смеси подается из пожарного трубопровода. Теплообменник оснащается коленами и сливным краном для слива охлаждающей смеси. Охлаждающая система с теплообменником, насосом и емкостью находится под землей в технологическом колодце.
Вертикальный стальной резервуар монтируется двойным дном с перегородками жесткости. Пространство между днищами оборудуется устройством с задвижкой для проверки уровня загазованности нефтепродуктами.
Установка работает следующим образом. С целью улавливания паров при «больших» дыханиях открывается дыхательный клапан, обратный клапан и по паропроводу, соединенному с дополнительным резервуаром пары поступают в теплообменник с перекачиваемой охлаждающей смесью, которая подается из емкости по трубопроводу охлаждающей системы с помощью насоса.
При этом основная часть паров горючего 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 паров нефтепродуктов на выходе из резервуара улавливается фильтром-поглотителем.
При «малых» дыханиях также открывается дыхательный клапан, и пары нефтепродуктов по паропроводу через приемное устройство с перегородками поступают в резервуар с низкооктановым компонентом. В период «малых» дыханий пары превращаются в жидкость за счет охлаждения в теплообменнике.
Недостатками указанного резервуара с установкой улавливания паров c охлаждающей смесью являются:
1. Отсуствие промежуточного резервуара для сбора паров.
2. Недостаточная абсорбция паров низкооктановым компонентом в заглубленном резервуаре.
3. Повышенный расход охлаждающей смеси, абсорбента и потребляемой электрической энергии.
Предполагаемая полезная модель позволяет решить задачу повышения эффективности улавливания паров нефтепродуктов, хранящихся в наземных вертикальных резервуарах, когда испарения происходят в основном в связи с изменением температуры («малые» дыхания), а также в связи с приемом горючего («большие» дыхания).
Решение указанной задачи достигается тем, что на корпус дыхательного клапана резервуара устанавливается паропровод, соединенный с заглубленным резервуаром, который оснащается приемным устройством для паров горючего и валом для вращения центробежных колес, при этом пары из резервуара компрессором откачиваются в дополнительный резервуар сбора паров, оборудованный обратными клапанами с различными давлениями открытия, а также тем, что под давлением работы компрессора пары нефтепродуктов скапливаются в дополнительном резервуаре и периодически через обратный клапан повышенного давления и соответствующую задвижку поступают в основной паропровод  с системой охлаждения, включающую теплообменник, насос и емкость с охлаждающей смесью, а затем в заглубленный резервуар для дополнительной абсорбции паров.
Данные признаки являются существенными для решения задачи  полезной модели, так как значительно повышается эффективность улавливания паров нефтепродуктов в наземных резервуарах, уменьшается расход охлаждающей смеси, абсорбента и потребляемой электрической энергии, а также улучшается экологическая обстановка в районах расположения нефтебаз.
Сущность полезной модели пояснена чертежами (фиг.1, фиг.2), на  которых изображены: разрезы резервуара с установкой улавливания паров, а также теплообменника с системой охлаждения и заглубленным резервуаром с  низкооктановым компонентом.
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 задвижкой 13, который соединяется с заглубленным горизонтальным стальным резервуаром 14. Резервуар 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. Заглубленный резервуар наполовину заливается низкооктановым компонентом 20. Дополнительный паропровод 11 под землей проходит теплообменник 21 с охлаждающей смесью, состоящей из 15 граммов бикарбоната натрия и 100 грамм воды. Охлаждающая смесь из емкости 22 подается в теплообменник по трубопроводу охлаждающей системы 23, оборудованному задвижками 4 с помощью насоса 24. Вода  в емкость для охлаждающей смеси подается из пожарного трубопровода 25. Теплообменник оснащается коленами 26 и задвижкой 4 для слива охлаждающей смеси. Охлаждающая система с теплообменником, насосом и емкостью находится под землей в технологическом колодце 27.  Охлаждающая смесь позволяет снизить температуру в теплообменнике на 6-9 градусов Цельсия по сравнению с температурой земной поверхности, что позволяет превратить пары бензина в жидкое состояние.
Также паропровод 11 через участок паропровода 28 с соответствующей задвижкой 13 связан с дополнительным резервуаром для сбора паров 29. Пары нефтепродуктов при открытии дыхательного клапана рабочего давления 10 регистрируются манометром 30, который через линию связи 31 с помощью  соответствующего реле 32 включает компрессор 33. Пары нефтепродуктов по паропроводу 11 с помощью компрессора 33  подаются в участок паропровода 28, а затем через обратный клапан низкого давления 34 в дополнительный резервуар для сбора паров 29. Пары нефтепродуктов, откаченные по паропроводу 11 и участку паропровода 28 за счет подачи компрессора 33, скапливаются в резервуаре 29 до определенного давления, на которое рассчитан обратный клапан повышенного давления 35. Давление паров на участке трубопровода 28 после обратного клапана повышенного давления 35 регистрируется соответствующим манометром 30, который линией связи 31 соединен  с  соответствующим  реле 32. Реле 32 с помощью линии связи 31 включает электродвигатель 36, связанный с помощью муфты 37  с валом 38, на котором находятся центробежные колеса 39. Вал 38 устанавливается на подшипниковых опорах 40. Также через линию связи 31 соответствующее  реле 32 включает насос 24 для подачи охлаждающей смеси по теплообменнику 21.
Полезная модель работает следующим образом. Через приемный трубопровод 3 нефтепродукт поступает в резервуар 1. При этом уровень горючего 41 начинает увеличиваться, а соответственно объем парового пространства 42 уменьшаться. Оператор закрывает соответствующую задвижку 13 участка паропровода 28, и открывает задвижку 43 паропровода 11. Затем оператор включает электродвигатель 36 для вращения центробежных колес 39 и насос 24 подачи охлаждающей смеси в теплообменник 21. С целью улавливания паров при «больших» дыханиях открывается дыхательный клапан 10, обратный клапан 12  и по  паропроводу 11, соединенному с заглубленным резервуаром 14, оборудованным приемным устройством 17 пары поступают в теплообменник 21 с перекачиваемой охлаждающей смесью, которая подается из емкости 22 по трубопроводу охлаждающей системы 23 с помощью насоса 24.
При этом основная часть паров горючего в результате охлаждения в теплообменнике переходит в жидкое состояние, а пары, не перешедшие  в жидкость, расслаиваются двумя перегородками с отверстиями различного диаметра 18,19 и абсорбируются низкооктановым компонентом 20, который перемешивается по всему объему резервуара 14 центробежными колесами 39.  Нерастворившаяся часть паров нефтепродуктов на выходе из резервуара 14 при срабатывании клапана 15  улавливается фильтром-поглотителем 16. После окончания перекачки нефтепродукта оператор выключает насос 24, электродвигатель 36  закрывает задвижку 43 и открывает задвижку 13 участка паропровода 28.
При «малых» дыханиях, с повышением давления парового пространства резервуара, также открывается дыхательный клапан 10 и пары нефтепродуктов поступают в паропровод 11 и участок паропровода 28. Поступление паров в паропровод регистрируется соответствующим манометром 30, который через линию связи 31 с помощью соответствующего реле 32 включает компрессор 33. После падения давления в паропроводе 11 компрессор автоматически отключается.
С  помощью компрессора 33 через участок паропровода 28 и обратный клапан низкого давления 34 пары попадают в дополнительный резервуар для сбора паров 29. В данном резервуаре пары скапливаются до давления срабатывания обратного клапана повышенного давления 35.  Поступление паров в участок паропровода 28 после обратного клапана повышенного давления 35 регистрируется соответствующим манометром 30, который через линию  связи 31 с помощью соответствующего реле 32 включает электродвигатель 36, который начинает вращать вал 38 с центробежными колесами 39 для перемешивания низкооктанового компонента по всему объему заглубленного резервуара 14. Также через линию связи 31 реле 32  включает насос 24 для подачи охлаждающей смеси   по теплообменнику 21.
После открытия обратного клапана повышенного давления 35 пары нефтепродуктов  по участку паропровода 28 и паропроводу 11 поступают в теплообменник 21 с перекачиваемой охлаждающей смесью. Затем смесь паров с жидким нефтепродуктом поступает в приемное устройство 17 и в резервуар 14 с вращающимся валом 38 и центробежными колесами 39. В резервуаре 14 происходит абсорбция паров нефтепродукта перемешиваемым по всему объему низкооктановым компонентом 20. После закрытия обратного клапана повышенного давления оператор открывает задвижку 44 и пары нефтепродукта за счет повышенного давления аналогичным образом поступают в заглубленный резервуар 14 и абсорбируются низкооктановым компонентом. После завершения всех операций оператор выключает электродвигатель 36 и насос для подачи охлаждающей смеси 24.
Периодическая работа электродвигателя и насоса подачи охлаждающей смеси значительно снижают потребление электроэнергии, а также расход охлаждающей смеси и абсорбента при работе установки.