СИСТЕМА УЛАВЛИВАНИЯ ПАРОВ И ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ПЕРЕЛИВОВ ДЛЯ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТАЛЬНЫХ РЕЗЕРВУАРОВ ДЛИТЕЛЬНОГО ХРАНЕНИЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ

Полезная модель относится к устройствам для приема, хранения и выдачи нефтепродуктов и может быть использована в нефтехимической и других отраслях нефтепродуктообеспечения.
Полезная модель наиболее применима при приеме, хранении и выдаче нефтепродуктов на нефтебазах, оборудованных наземными вертикальными  стальными  резервуарами (РВС) длительного хранения. Сроки хранения автомобильных бензинов в наземных резервуарах без потери качества могут составить от 3 до 5 лет в зависимости  от климатической зоны и вместимости резервуара [1].
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 основном бензинов) 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 [1].  При данной температуре легкокипящие фракции бензинов превращаются в пар и через дыхательный клапан выходят в окружающую среду.
Характерными особенностями в работе нефтебаз, имеющих резервуары длительного хранения, являются длительные сроки хранения горючего в резервуарах, периодическая выдача нефтепродуктов в железнодорожные и автомобильные цистерны, а также получение горючего из железнодорожных цистерн и трубопроводного транспорта. 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.
Загрязнения литосферы и гидросферы происходят в результате утечек  нефтепродуктов из резервуаров и трубопроводов, переливов РВС, проливов из рукавов, автоцистерн и другим причинам [2].
Борьба с потерями горючего от испарения, переливов и утечек становится важной экологической и экономической задачей.
Известно устройство для предотвращения переливов нефтепродуктов при заполнении наземных горизонтальных стальных резервуаров [3].
В данном устройстве на наземный резервуар горизонтальный стальной (РГС), оборудованный  линией приема и выдачи горючего, дыхательным клапаном и замерным люком дополнительно устанавливается следующее оборудование: переносной сигнализатор уровня, электромагнитный клапан, огневой предохранитель, линии связи 12 и 220 вольт,  реле.
Устройство работает следующим  образом. Оператор включает реле  и ток поступает на обмотку катушки  электромагнитного клапана. Сердечник  с управляющим затвором  перемещается вверх, сжимая пружину.   Топливо из автомобильной цистерны  через, трубопровод для приема и выдачи горючего и соответствующую задвижку  поступает в резервуар. При этом уровень горючего  начинает увеличиваться и поднимает подвижную пластину  переносного сигнализатора уровня, который достигает уровня контактной пластины  и замыкает ее. Ток напряжением 12 вольт по линии связи, поступает в реле  и отключает его. После снятия напряжения ток перестает поступать на обмотку катушки. Сердечник  под действием усилия пружины  движется вниз и закрывает отверстие в трубопроводе  управляющим затвором.  При этом прекращается поступление нефтепродукта в резервуар.
Недостатками указанного устройства являются:
1. Отсутствие конструкции, предотвращающей утечки горючего из днища  резервуара.
2. Отсутствие возможности отключения стационарного насоса.
3. Низкая эффективность улавливания паров нефтепродуктов.
4. Отсутствие устройства, обеспечивающего слив нефтепродукта из резервуара при достижении максимального уровня.
Также известен  наземный вертикальный резервуар с двойным дном, оборудованный установкой улавливания паров нефтепродуктов [4].
В данном устройстве наземный РВС оснащается двойным дном с перегородками жесткости, а дыхательный клапан резервуара оборудуется  трубопроводом с задвижкой для отвода паров нефтепродуктов при «малых» и «больших»  дыханиях,  который соединяется с дополнительным заглубленным горизонтальным стальным 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 нефтепродуктом, оборудуется фильтром-поглотителем с активированным углем и приемником паров нефтепродуктов. В качестве низкооктанового нефтепродукта используется дизельное топливо или керосин.
Конструкция работает следующим образом. Через приемный трубопровод нефтепродукт поступает в резервуар. При этом уровень горючего  начинает увеличиваться, а соответственно объем парового пространства  уменьшаться. С целью улавливания паров при «больших» дыханиях открывается дыхательный клапан, обратный клапан   и по  трубопроводу, соединенному с дополнительным резервуаром, оборудованным приемным устройством  пары поступают в резервуар  с низкооктановым нефтепродуктом. При этом часть газообразных углеводородов поглощается низкооктановым нефтепродуктом. Нерастворившаяся часть газообразных углеводородов на выходе из резервуара  улавливается фильтром-поглотителем.
При «малых» дыханиях, связанных с изменением температур, с повышением давления, также открывается дыхательный клапан  и пары нефтепродуктов по трубопроводу  через приемное устройство с перегородками, поступают в резервуар с низкооктановым нефтепродуктом. При этом большая часть паров превращается в жидкость за счет охлаждения в подземном участке трубопровода, находящегося в трубопроводе холодильнике.
В случае утечки горючего через днище резервуара, нефтепродукт останется в резервуаре за счет второго днища.
Недостатками данного резервуара при приеме, хранении и выдаче нефтепродуктов являются:
1. Отсутствие устройства, предотвращающего переливы   нефтепродуктов из   резервуара, а также  устройства, обеспечивающего слив нефтепродукта из резервуара при достижении максимального уровня.
2. Низкая эффективность улавливания паров нефтепродуктов.
3. Отсутствие автоматических устройств, отключающих насос подачи нефтепродуктов, закрывающих входящий трубопровод, а также повышающих эффективность абсорбции паров нефтепродуктов.
Также известен наземный вертикальный резервуар с двойным дном, оборудованный установкой улавливания паров нефте-продуктов с охлаждающей смесью [5].
В указанном устройстве на корпус дыхательного клапана резервуара устанавливается паропровод с запорной арматурой, соединенный с заглубленным резервуаром, который оснащается приемным устройством для паров горючего и фильтром поглотителем, при этом паропровод под землей проходит систему охлаждения, включающую   теплообменник змеевикового типа, трубопровод с задвижками, насос и емкость с охлаждающей смесью.
Необходимо отметить, что   охлаждающая смесь снижает температуру в теплообменнике на 7-9 градусов Цельсия ниже температуры земной поверхности.
Устройство работает  следующим  образом. Через приемный трубопровод  нефтепродукт поступает в резервуар. С целью улавливания паров при «больших» дыханиях открывается дыхательный клапан, и по  паропроводу, соединенному с дополнительным резервуаром, оборудованным приемным устройством  пары поступают в 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 нефтепродуктом. Нерастворившаяся часть газообразных углеводородов на выходе из резервуара  улавливается фильтром-поглотителем.
При «малых» дыханиях, также открывается дыхательный клапан,  и пары нефтепродуктов по паропроводу  через приемное устройство поступают в резервуар  с низкооктановым компонентом. Насос охлаждающей системы при указанных дыханиях целесообразно включать при температурах свыше 30 градусов Цельсия.
В случае утечки горючего через днище резервуара, нефтепродукт останется в резервуаре за счет второго днища.
Недостатками данного резервуара являются:
1. Отсутствие устройства, предотвращающего переливы  нефтепродуктов из   резервуара.
2. Низкая эффективность улавливания паров нефтепродуктов при «малых» дыханиях.
3. Большой расход охлаждающей смеси и электроэнергии.
4. Отсутствие автоматических устройств, отключающих насос подачи нефтепродуктов, закрывающих входящий трубопровод, а также повышающих эффективность абсорбции паров нефтепродуктов.
Наиболее близкой к указанной проблеме являетсярезервуар с двойным дном, оборудованный устройством для предотвращения переливов и установкой улавливания паров нефтепродуктов [6].
В данной конструкции  вертикальный стальной  резервуар оборудован  трубопроводом для приема и выдачи нефтепродуктов,  задвижками,  световым и замерным люками, вентиляционным патрубком, дыхательными клапанами, люк-лазом,  дополнительным паропроводом, который соединен с заглубленным горизонтальным стальным резервуаром, оборудованным фильтром-поглотителем с активированным углем  и  устройством  для приема паров нефтепродуктов. При этом, заглубленный резервуар наполовину заливается низкооктановым нефтепродуктом.  Дополнительный трубопровод для приема паров оснащается под землей  трубопроводом - холодильником, заполненным водой (охлаждающей жидкостью) и  оборудованным наливными и сливными задвижками.
РВС также оснащается двойным дном  с перегородками жесткости  и устройством   для проверки уровня загазованности нефтепродуктами. Необходимо отметить, что вертикальный резервуар дополнительно оборудуется устройством для предотвращения переливов нефтепродуктов,  соединенным линиями связи  с реле, насосом  и электромагнитным клапаном, и трубопроводом для предотвращения переливов нефтепродуктов при достижении максимального уровня, который связан с паропроводом  для улавливания паров нефтепродуктов.
Устройство работает  следующим  образом. Через приемный трубопровод  нефтепродукт поступает в резервуар. При этом уровень горючего  начинает увеличиваться, а соответственно объем парового пространства  уменьшаться. С целью улавливания паров при «больших» дыханиях открывается дыхательный клапан, обратный клапан   и по  паропроводу, соединенному с дополнительным резервуаром, оборудованным приемным устройством  пары поступают в заглубленный резервуар  с низкооктановым нефтепродуктом. При этом часть газооб-разных углеводородов в результате дробления пузырьков двумя перегородками с отверстиями различного диаметра  поглощается низкооктановым неф-тепродуктом. Нерастворившаяся часть газооб-разных углеводородов на выходе из резервуара  улавливается фильтром-поглотителем.
С повышением температуры нефтепродукта, начинает увеличиваться давление пара в резервуаре. С целью улавливания паров при «малых» дыханиях открывается дыхательный клапан, обратный клапан   и по  паропроводу, соединенному с дополнительным резервуаром, оборудованным приемным устройством  пары поступают в резервуар  с низкооктановым нефтепродуктом. При этом большая часть паров превращаются в жидкость за счет охлаждения в подземном участке трубопровода, находящегося в трубопроводе холодильнике. Оставшаяся часть паров превращается в жидкость и растворяется в низкооктановом нефтепродукте, который имеет температуру ниже температуры пара в РВС.
В случае утечки горючего через днище резервуара, нефтепродукт останется в резервуаре за счет второго днища. Контроль загазованности пространства между днищами осуществляется с помощью устройства, оборудованного задвижкой.
При достижении уровнем горючего подвижной пластины  она начинает подниматься и соединяется с контактной пластиной. Ток напряжением  12 вольт по линии связи, поступает в реле  и отключает его и насос. После снятия напряжения ток по линии связи  перестает поступать на обмотку катушки электромагнитного клапана, который закрывает отверстие в трубопроводе приема и выдачи горючего  управляющим затвором.
В случае неисправности или отсутствия системы предотвращения переливов нефтепродукт под давлением открывает обратный клапан  и по трубопроводу, затем по  паропроводу   поступает в заглубленный РГС.
Недостатками данного резервуара при приеме, хранении и выдаче нефтепродуктов являются:
1. Недостаточная эффективность улавливания паров нефтепродуктов.
2. Отсутствие автоматического устройства, повышающего абсорбцию паров горючего низкооктановым нефтепродуктом при «малых» дыханиях.
Предполагаемая  полезная модель позволяет решить задачу повышения эффективности улавливания паров нефтепродуктов, хранящихся в наземных вертикальных стальных резервуарах при «малых» дыханиях.
Решение  указанной  задачи  достигается  тем, на   резервуаре с двойным дном, оборудованным устройством для предотвращения переливов и установкой улавливания паров нефте-продуктов  внутри паропровода выше  дыхательного клапана устанавливается специальная контактная пластина, соединенная  линией связи с реле, которая при контакте с тарелкой дыхательного клапана с помощью реле на определенный период времени включает электродвигатель для вращения  вала с центробежными колесами,  при этом вал находится  в заглубленном  резервуаре с низкооктановым нефтепродуктом.
Данные признаки являются существенными для решения задачи полезной модели, так как повышается эффективность улавливания паров нефтепродуктов в наземных резервуарах при «малых» дыханиях, а также повышается промышленная и пожарная безопасность эксплуатации резервуарного парка и уменьшается потребление электрической энергии.
Сущность полезной модели пояснена чертежами  (фиг.1,  фиг.2, фиг.3),  на которых изображены: разрезы вертикального стального резервуара, дыхательного клапана с паропроводом и контактной пластиной, а также дополнительного заглубленного резервуара с приемным устройством,  валом и центробежными колесами.
В данной полезной модели  вертикальный стальной резервуар 1, имеет 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,  паропровод 11 с обратным клапаном 12 и задвижкой 13, заглубленный горизонтальный стальной резервуар  14, оборудованный дыхательным клапаном 10, фильтром-поглотителем с активированным углем 15 и  устройством  для приема паров нефтепродуктов 16 с двумя перегородками 17,18 для дробления пузырьков пара. Заглубленный резервуар наполовину заливается низкооктановым нефтепродуктом 19.
При этом паропровод для приема паров оснащается под землей 20 трубопроводом - холодильником 21, заполненным водой (охлаждающей жидкостью) и  оборудованным наливными и сливными задвижками 22,23.
РВС также оснащен двойным дном 24 с перегородками жесткости 25 и устройством 26 с задвижкой 27 для проверки уровня загазованности нефтепродуктами. Вертикальный стальной  резервуар оборудуется устройством для предотвращения переливов нефтепродуктов 28, которое включает подвижную и контактную пластины 29,30. Устройство  соединено линиями связи 31 с реле 32, насосом 33 и электромагнитным клапаном 34. При этом РВС оборудуется трубопроводом для предотвращения переливов нефтепродуктов при достижении максимального уровня 35 с обратным клапаном 12 и задвижкой 13. Также трубопровод 35 соединяется с паропроводом  11, который соединен с заглубленным резервуаром 14.
Дополнительно на паропровод 11 выше дыхательного клапана 10 устанавливается специальная контактная пластина  36, которая линией  связи  12 вольт 31 соединена с реле 32.  Пластина 36 имеет отверстия для прохода пара.  Реле  также линией связи 31, связано с электродвигателем 37. Одной из функций реле является временное включение электродвигателя. Электродвигатель с помощью муфты 38 соединен с валом 39 на котором крепятся центробежные колеса 40. Вал 39 устанавливается на подшипниковых опорах 41 и герметично закрепляется в отверстиях резервуара 42 с помощью сальников 43. При подъеме тарелки 44 дыхательного клапана 10 и касании ее контактной пластины 36 происходит включение реле 32.  Необходимо отметить, что вал 39 с центробежными колесами 40 включается реле 32 на определенное время - равное времени абсорбции паров горючего низкооктановым нефтепродуктом. Данное время может составить от 3 до 5 минут.
Полезная модель работает  следующим  образом. Через приемный трубопровод 3 нефтепродукт поступает в резервуар 1. При этом уровень горючего 45 начинает увеличиваться, а соответственно объем парового пространства 46 уменьшаться. С течением времени уровень горючего и объем парового пространства стабилизируются. При повышении температуры горючего давление в паровом пространстве увеличивается и достигает давления срабатывания дыхательного клапана 10. С целью улавливания паров при «малых» дыханиях открывается дыхательный клапан 10, обратный клапан 12  и по  паропроводу 11, соединенному с дополнительным резервуаром 14, оборудованным приемным устройством 16 пары поступают в резервуар  с низкооктановым нефтепродуктом 19. При этом  тарелка 44 дыхательного клапана 10 замыкает контактную пластину 36 и  через линию связи 31,  реле 32 включает электродвигатель 37, который начинает вращать  вал 39 с центробежными колесами 40 в течение определенного количества времени. Низкооктановый нефтепродукт, имеющий температуру меньше температуры пара, разбрызгивается центробежными колесами по всему объему заглубленного резервуара. Часть газооб-разных углеводородов  превращается в жидкость за счет охлаждения в подземном участке паропровода 11, находящегося в трубопроводе холодильнике 21, значительное количество паров абсорбируется низкооктановым неф-тепродуктом. Нерастворившаяся часть газообразных углеводородов на выходе из резервуара 14 через дыхательный клапан 10  улавливается фильтром-поглотителем 15.
При «больших» дыханиях, которые в резервуарах длительного хранения происходят 1 раз в несколько лет, перед наливом горючего оператор отключает линию связи 31 от контактной пластины 36 и включает вручную электродвигатель 37, который приводит во вращение вал 39 с центробежными колесами 40. С целью улавливания паров при «больших» дыханиях открывается дыхательный клапан 10, обратный клапан 12  и по  паропроводу 11, соединенному с дополнительным резервуаром 14, оборудованным приемным устройством 16 пары поступают в резервуар  с низкооктановым нефтепродуктом 19. При этом, значительное количество паров  абсорбируется низкооктановым неф-тепродуктом. Нерастворившаяся часть газооб-разных углеводородов на выходе из резервуара  улавливается фильтром-поглотителем 15.
В случае утечки горючего через днище резервуара, нефтепродукт останется в резервуаре за счет второго днища 24. Контроль загазованности пространства между днищами осуществляется с помощью устройства 26, оборудованного задвижкой 27.
При достижении уровнем горючего подвижной пластины 29 она начинает подниматься и соединяется с контактной пластиной 30. Ток напряжением 12 вольт по линии связи 31, поступает в реле 32 и отключает его и насос 33. После снятия напряжения ток по линии связи 31 перестает поступать на обмотку катушки электромагнитного клапана 34, который закрывает отверстие в трубопроводе приема и выдачи горючего 3 управляющим затвором.
В случае неисправности или отсутствия системы предотвращения переливов горючего нефтепродукт под давлением открывает обратный клапан 12 и по трубопроводу 35, паропроводу 11  поступает в заглубленный резервуар 14.
Использование предлагаемой полезной модели  позволяет снизить экологическую, промышленную и пожарную опасность  резервуарного парка, уменьшить потребление электроэнергии,  а также значительно повысить эффективность улавливания паров нефтепродуктов при «малых» дыханиях.
Литература:
1.  Сафонов А.С. и др. Автомобильные топлива. Химмотология. Эксплуатационные свойства. Ассортимент. СПб.: НПИКЦ, 2002.
2. Коваленко В.Г. Экологическая безопасность в системах нефтепродуктообеспечения и автомобильного транспорта. М.: ЛитНефтеГаз, 2004.
3. Матвеев Ю.А., Марцев Ю.П. и др. Устройство для предотвращения переливов нефтепродуктов при заполнении наземных горизонтальных стальных резервуаров. Патент на полезную модель № 88142 от 27.10.2009. М.: ВНИИГПЭ.
4. Матвеев Ю.А., Аноприенко С.М. Наземный вертикальный резервуар с двойным дном, оборудованный установкой улавливания паров нефтепродуктов. Патент №101023 от 10.01.2011.М.: ВНИИГПЭ.
5. Матвеев Ю.А. и др. Наземный вертикальный резервуар с двойным дном, оборудованный установкой улавливания паров нефтепродуктов с охлаждающей смесью. Патент №116478 от 27.05.2012.  М.: ВНИИГПЭ.
6. Матвеев Ю.А. и др. Резервуар с двойным дном, оборудованный устройством для предотвращения переливов и установкой улавливания паров нефтепродуктов. Патент №108027 от 10.09.2011. М.: ВНИИГПЭ.