CC BY
342
стандартной развёрткой, динамических колебательных процессов будет выглядеть примерно так, как показано на рисунке 4.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Схиртладце А.Г., Чупина Л.А., Пульбере А.И., Гречишников В.А. Формообразующие инструменты в машиностронии. - М.: Новое знание,2006. -557с.
2 Родин П.Р. Основы формообразования поверхностей резанием. - Киев: Вища школа, 1977. - 192 с.
Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова, г.Павлодар. Материал поступил в редакцию 27.02.2012.
А.Ж. КАСЕНОВ
КЕД1Р-Б¥ДЫРЛЬЩ САЦЫЛАУЫН К¥РАСТЫРУ ЖАЗБАМЕН еЦДЕЛГЕН
A.ZH. KASENOV
FORMATION OF A HOLE SURFACE ROUGHNESS PROCESSED WITH BROACHING SWEEP
Туйшдеме
Мацалада Kedip-будырлыц сацылауын цурастыруда вцдеу эдкШц эртYрлiгi cypemmejedi.
Resume
The article describes the difference between the processing methods in the formation of a hole's surface roughness.
УДК 622.692.5
Ю.П. МАКУШЕВ, в.в. рындин ХРАНЕНИЕ нефтепродуктов и снижение
их потерь
Введение. В статье изложены правила хранения нефтепродуктов, причины их потерь, рекомендации по снижению потерь, приведен пример расчета потерь нефтепродукта при открытом и закрытом способах налива.
Экономия топлива заключается в сокращении потерь при перевозке, перекачке, хранении на складах и заправке техники топливом. Потери
49
нефтепродуктов могут быть количественные и качественные. Количественные потери увеличивают расход нефтепродуктов, повышают стоимость эксплуатации машин, качественные - изменяют физико-химические свойства нефтепродуктов.
Количественные потери наблюдаются при разливе, разбрызгивании и утечках нефтепродуктов через краны, фланцевые и муфтовые соединения на всех этапах транспортировки, хранения, заправки и применения.
Потери нефтепродуктов от испарения. Нефтепродукты в зависимости от испарения, обусловливающего их естественную убыль, распределены на восемь групп [1].
Температура, оС Давление, МПа
Пропан С3Н8 Бутан С4Н!0 Циклопентан С5Н10 Гексан С6Н14 Бензин Аи-80
плюс 40 1,6 0,4 0,11 0,037 0,065
плюс 20 1,0 0,2 0,055 0,016 0,04
0 0,6 0,1 0,023 0,003 0,02
минус 20 0,3 0,05 - - 0,006
минус 40 0,2 0,025 - - 0,0
При нормальных атмосферных условиях пропан и бутан это - газы, а цикло-пентан, гексан, бензин - жидкости. Если в углеводородной молекуле до 4 атомов углерода - это газ, а 5 и более - жидкость. Газы, при повышении давления выше значений, указанных в таблице 1, превращаются в жидкость, а жидкости (цикло-пентан, гексан, бензин) при снижении давления превращаются в газ.
Пропан-бутановую смесь хранят в жидком состоянии в баллонах под давлением 1,6 МПа. При снижении давления жидкая смесь переходит в газообразное состояние.
Для снижения потерь топлива от испарения в резервуарах и поддержания допустимого давления устанавливают дыхательные клапаны, которые открываются при избыточном давлении 0,01 - 0,02 МПа в резервуарах ёмкостью до 40 м3 (автомобильные цистерны) и 0,001 - 0,002 МПа в стационарных резервуарах ёмкостью до 100 000 м3. В комбинированных дыхательных клапанах кроме клапана, открывающегося под избыточным давлением, имеется второй клапан, который открывается под действием
разрежения. Разрежение Рр = ра - р , при котором клапан открывается, составляет 200 - 1000 Па (20 - 100 мм вод. ст.). Чем больше объём ре-
50
зервуара, тем меньше перепад давления на клапане (меньше избыточное давление и разрежение). Снижение перепада давления связано с прочностью резервуара.
Потери жидкого топлива неизбежны при так называемых «дыханиях» резервуаров [2]. Различают малые «дыхания», наблюдаемые из-за разности температур дня и ночи, и большие «дыхания», например при наполнении резервуаров нефтепродуктами.
В резервуаре, имеющем некоторое количество продукта, газовое пространство заполняется паровоздушной смесью. Масса нефтепродукта в этой паровоздушной смеси равна т = р{ V
где р - плотность паров нефтепродукта (0,3 ^ 0,7 кг/м3);
V - объём газового пространства, м3.
Выталкивание паровоздушной смеси из газового пространства резервуара в атмосферу сопровождается потерями нефтепродукта, которые происходят по следующим причинам.
Потери от вентиляции газового пространства. Если в крыше резервуара имеются в двух местах отверстия, расположенные на некотором расстоянии н по вертикали, то более тяжелые бензиновые пары будут выходить через нижнее отверстие, а атмосферный воздух будет входить через верхнее отверстие. Установится естественная циркуляция воздуха и бензиновых паров в резервуаре, образуется так называемый газовый сифон.
Объёмная потеря газа в единицу времени (м3/с) в результате работы газового сифона определится уравнением
е=и-а-.12 М
Рс
где ^ - коэффициент расхода отверстия; а - площадь отверстия; - перепад давления, под действием которого происходит истечение
= Н. (р, -рв) ц
отверстиями; рс и р паровоздушной смеси и воздуха; g - ускорение свободного падения.
где н - высота между отверстиями; рс и рь - плотность, соответственно,
51
Потери от вентиляции могут происходить через открытые люки резервуаров путем простого выдувания бензиновых паров ветром. Поэтому люки необходимо тщательно герметизировать.
Потери от больших «дыханий» - это вытеснение паров нефтепродуктов из газового пространства закачиваемым нефтепродуктом. Нефтепродукт, поступая в резервуар, сжимает паровоздушную смесь до давления, на которое отрегулирован дыхательный клапан. Как только избыточное давление станет равным расчетному давлению дыхательного клапана (2000 Па), из резервуара будут выходить пары нефтепродукта, начнется большое «дыхание» («выдох»). Применение дыхательных клапанов, которые поддерживают избыточное давление испарившегося нефтепродукта, снижают потери. Часть испарившихся фракций переходит в жидкое состояние и возвращается в первоначальное состояние.
При откачке нефтепродукта из резервуара происходит обратное явление. Как только разрежение в резервуаре станет равным перепаду давления, на который отрегулирован дыхательный клапан, в газовое пространство начнет входить атмосферный воздух - происходит «вдох».
Потери от насыщения газового пространства. Если в пустой резервуар, содержащий только воздух, залить небольшое количество нефтепродукта, последний начнет испаряться и насыщать газовое пространство. При нормальных физических условиях (НФУ) И '1 Г1 "|П| иТп
= 273,15 К молярный объём любого газа ?'ми = 2.2.41.it1 кили,. Плотность паров бензина с молярной массой Мпб = 110кг/моль при НФУ определяется по формуле [3]
Потери от малых «дыханий» происходят в результате: - повышения температуры газового пространства в дневное время (при нагреве солнечными лучами). Паровоздушная смесь стремится расшириться, концентрация паров нефтепродукта повышается, давление растет. Когда избыточное давление в резервуаре станет равным давлению открытия дыхательного клапана, он откроется и из резервуара начинает выходить паровоздушная смесь - происходит «выдох». В ночное время из-за снижения температуры часть паров конденсируется, паровоздушная смесь сжимается, в газовом пространстве создается вакуум, дыхательный клапан открывается и в резервуар входит атмосферный воздух - происходит «вдох»; 52
- снижения атмосферного давления. При этом избыточное давление (разность между давлением в газовом пространстве резервуара и атмосферным давлением) может превысить перепад давления, на который установлен дыхательный клапан. Он откроется и произойдет «выдох» (барометрические малые «дыхания»). При повышении атмосферного давления может произойти «вдох».
Потери топлива при «малых дыханиях» зависят от объёма залитого топлива уд, изменения температуры АТ и коэффициента объемного расширения в , 1/К. При повышении температуры объём нефтепродукта увеличивается и определяется по формуле
АГ = Гд (1+ Р-АТ).
В результате увеличения объёма топлива на АГ пары топлива, находящиеся в резервуаре, вытесняются в атмосферу. В таблице 2 приведены значения коэффициента объёмного расширения в нефтепродуктов в зависимости от плотности р при 20 °С.
Таблица 2
Зависимость коэффициента объемного расширения от плотности
р, кг/м3 в, К-1 р, кг/м3 в, К-1
0,72 - 0,74 0,001183 0,86 - 0,88 0,000782
0,74 - 0, 76 0,001118 0,88 - 0,90 0,000734
0,76 - 0,78 0,001054 0,90 - 0,92 0,000688
0,78 - 0,80 0,000995 0,92 - 0,94 0,000645
0,80 - 0,82 0,000937 0,94 - 0,96 0,000604
0,82 - 0,84 0,000882 0,96 - 0,98 0,000564
Снижение потерь от малых дыханий достигается уменьшением колебания температуры газового пространства. Средняя температура парового пространства в резервуаре выше температуры наружного воздуха на 2 - 8°С для вертикальных и на 1 - 10 °С для горизонтальных резервуаров. Потери топлива от «больших дыханий» (при заполнении резервуара топливом) с 1 м3 вытесняемой паровоздушной смеси могут составить летом до 0,7 кг, зимой - 0,4 кг.
Уменьшить потери от испарения при больших «дыханиях» резервуара можно проведением следующих мероприятий:
Снижение потерь от малых дыханий достигается уменьшением колебания температуры газового пространства. Средняя температура парового
53
пространства в резервуаре выше температуры наружного воздуха на 2 - 8 °С для вертикальных и на 1 - 10 °С для горизонтальных резервуаров. Потери топлива от «больших дыханий» (при заполнении резервуара топливом) с 1 м3 вытесняемой паровоздушной смеси могут составить летом до 0,7 кг, зимой - 0,4 кг.
Уменьшить потери от испарения при больших «дыханиях» резервуара можно проведением следующих мероприятий:
- уменьшением различных перекачек нефти внутри нефтебазы;
- заполнением резервуара снизу под уровень находящегося в резервуаре продукта, что снижает на 30 ^ 50 % потери по сравнению с наливом открытой струёй сверху;
- установкой на крыше резервуаров возвращающих адсорберов, в которые улавливается паровоздушная смесь;
- установкой газовых труб, с помощью которых соединяют между собой резервуары, предназначенные для хранения одного сорта нефтепродуктов (при заполнении одного резервуара паровоздушная смесь будет вытесняться в другой, а не теряться в атмосфере);
- запрещением проветривания резервуара перед заполнением.
В качестве примера ниже даётся расчёт потерь бензина при различных способах налива цистерны АЦ - 8,5-255Б. Эксплуатационный закачиваемый объём цистерны Vзак составляет 8,5 м3 при диаметре Б = 1,22 м. Объёмный расход бензина при наливе £=40 м3/ч. Температура начала кипения бензина Тнк =311К. Налив ведется при температуре бензина Т=295К и атмосферном давлении, равном давлению в газовом пространстве
Р к = Р 755 мм рт. ст. = 133,322.755 = 100658 Па
п.б а А 3
(здесь использована связь 1 мм рт. ст. = 133,322 Па).
Решение. Продолжительность налива цистерны
Зная температуры Т и Тнк, можно вычислить давление насыщенных паров автомобильного бензина по приближённой формуле [4]
.
Молярную массу Мпб паров бензина (её не следует отождествлять с относительной молекулярной массой Мг и называть размерную величину Мпб (кг/кмоль) «молекулярная масса»; они равны лишь численно [3]) можно найти по формуле [4]
54
./ . ■■..:■ мг.-г' . 1К1-И--; :л/ с ш I - ■ 1.1 ц-.| -■ ■ ' \-ov.i, . Для определения плотности паров бензина рпб воспользуемся формулами, вытекающими из уравнений состояния идеального газа Клапейрона-Менделеева [3],
где у = ?:■: и ч I Дж/(кмоль.К) - молярная (универсальная) газовая постоянная; . = л'м 1. - удельная газовая постоянная паров бензина, Дж/ (кг.К).
Масса нефтепродукта, теряемого при заполнении транспортной ёмкости, определяется по формуле [4]
где кт - коэффициент, учитывающий степень насыщенности паровоздушной смеси и превышения объёма вытесняемой паровоздушной смеси над объёмом Vзак закачиваемого нефтепродукта.
Значение коэффициента Ц, при заполнении цистерны сверху открытой струёй, зависит от времени заполнения, способа налива и определяется из выражения
Тогда Ит = 1).77|.Р.7.:.™ ™
При наливе бензина сверху или снизу закрытой струёй
где аТ - постоянный коэффициент, учитывающий высоту (равную диаметру 1,22 м) наливаемой ёмкости [4],
Следовательно, т - ^-и.*-'
: .'I ' '. и масса потерянного бензина
55
Из результатов расчёта видно, что по сравнению с наливом открытой струёй налив бензина под уровень (затопленной струёй) в рассматриваемом случае позволяет сократить потери в 2,4 раза.
Потери увеличиваются при большой поверхности испарения. Поэтому для уменьшения потерь выгоднее хранить нефтепродукт в большей ёмкости, чем в нескольких малых ёмкостях. Конструкция резервуара должна быть такой, чтобы при допустимой высоте налива свободная поверхность, граничащая с воздушной средой, была минимальной. Верхняя часть вертикального резервуара должна быть конически сходящейся.
Качественные потери нефтепродуктов происходят при длительном хранении в результате внутренних химических превращений, от загрязнения и обводнения или их смешивании. При хранении топлив, при высокой температуре происходит интенсивное окисление с образованием смол. Окисление происходит под действием кислорода, которого в воздухе 21 % по объёму. При повышении температуры на 10 °С, скорость окисления увеличивается в 3 раза.
Цвет резервуара влияет на потери бензина от нагрева лучами солнечного света и испарения. Если бензин хранится в наземных резервуарах, то для уменьшения нагрева их окрашивают в белый цвет. Белый цвет отражает солнечные лучи от поверхности резервуара и нагрев уменьшается. Черный цвет «притягивает» солнечные лучи, увеличивая нагрев.
В таблице 3 указаны потери бензина за год хранения в зависимости от цвета резервуара.
Таблица 3
Потери бензина в зависимости от цвета резервуара
Цвет резервуара Коэффициент отражения Потери, % Цвет резервуара Коэффициент отражения Потери, %
Черный - 1,24 Голубой 0,85 0,56
Серый 0,47 1,03 Светло - кремовый 0,88 0,45
Алюминие-вый 0,67 0,83 Белый 0,90 0,42
От степени заполнения резервуара зависит содержание смол в топливе. Например, при полном заполнении резервуара и 25% заполнении содержание смол за 10 месяцев хранения увеличилось, соответственно, в 4 и 20 раз. Увеличение содержания смол приводит к образованию нагара в цилиндрах двигателя.
56
В таблице 4 указаны потери бензина за год в зависимости от степени заполнения резервуара.
Таблица 4
Влияние степени заполнение резервуара на потери бензина за год
Степень заполнения, % Потери, % в климатической зоне Степень заполнения, % Потери, % в климатической зоне
средней южной средней южной
90 0,3 0,4 60 1,6 2,3
80 0,6 0,9 40 3,6 5,2
70 1,0 1,5 20 9,6 13,9
Для снижения потерь нефтепродуктов от испарения производят газовую обвязку резервуаров. Газовую обвязку целесообразней выполнять с применением конденсатосборника (рисунок 1). В этом случае необходимо, чтобы операция заполнения одних резервуаров совпадала по времени с опорожнением других. Паровоздушная смесь из заполняемых резервуаров вытесняется не в атмосферу, а поступает в опорожняемые резервуары [5]. Часть паровоздушной смеси конденсируется в сборнике 8.
1, 2, 3 - резервуары с одинаковыми нефтепродуктами;
4 - дыхательный клапан; 5 - задвижка; 6 - отвод; 7 - коллектор;
8 - конденсатосборник Рисунок 1 - Схема газовой обвязки со сборником конденсата
Газоуравнительная система отличается от газовой обвязки наличием конденсатосборника и газгольдера (рисунок 2). Система служит для того, чтобы аккумулировать (накапливать) часть паровоздушной смеси при несовпадении операций закачки - выкачки. Благодаря этому сокращаются потери нефтепродуктов по сравнению с газовой обвязкой, изображенной на рисунке 1. Газгольдер 3 (англ. держатель газа) - стационарное стальное сооружение для приёма и хранения газовых
57
фракций нефтепродукта. Конструкция газгольдера может быть резинотканевой или синтетической.
1 - резервуар; 2 - дыхательный клапан; 3 - газгольдер; 4 - регулятордавления; 5 - сборный газопровод; 6 - конденсатосбор-ник; 7 - насос для откачки конденсата; 8 - конденсатопровод Рисунок 2 - Газоуравнительная система парка резервуаров
Для снижения потерь нефтепродуктов от испарения применяют плавающие понтоны, которые закрывают более 95 % поверхности («зеркала») нефтепродукта. Понтоны бывают металлические и синтетические. Важным узлом понтона является уплотнительный затвор между ковром понтона и стенкой резервуара. Конструкция уплотнения может быть мягкой и жесткой. Мягкие затворы изготавливают в виде оболочек с наполнителями (жидкость, воздух), пористого эластичного материала или резинотканевых материалов.
Для снижения загрязнения атмосферы выбросами углеводородов в районах НПЗ, нефтебаз необходимо осуществлять мероприятия (таблица 5) с целью сокращения потерь нефтепродуктов из резервуаров [6].
Таблица 5
Способы сокращения потерь нефтепродуктов от испарения
Наименование мероприятия Сокращение потерь, %
1 Оснащение резервуаров понтонами, имеющих большую емкость и оборачиваемость. 80 - 90
2 Оборудование резервуаров со светлыми нефтепродуктами, имеющих большую оборачиваемость, дисками-отражателями 20 - 30
3 Герметизация резервуаров и дыхательной арматуры, своевременный профилактический ремонт трубопроводов и запорной арматуры 30 - 50
4 Окраска наружной поверхности резервуаров покрытиями с низким коэффициентом излучения 27 - 45
5 Одновременная окраска внутренней и внешней поверхностей резервуара 30 - 65
6 Герметизация налива в транспортные средства с использованием установки улавливания и рекуперации паров нефтепродуктов из резервуаров 80 - 90
58
Утечки светлых нефтепродуктов можно дополнительно снизить за счет применения хлопушек. Хлопушки (хлопуши) устанавливают внутри вертикальных резервуаров на приёмо-раздаточном патрубке и служат для налива и слива нефтепродуктов, и для дополнительной защиты от возможных утечек нефтепродукта из резервуара при неисправности запорной арматуры. Хлопуша имеет корпус с наклонным срезом и плотно прилегающей к нему крышкой, соединенной с корпусом рычажным механизмом. При наполнении резервуара струя нефтепродукта, обладая энергией скорости и давлением, приподнимает крышку хлопушки. При остановке перекачки крышка хлопушки под действием собственного веса опускается на свое место, плотно закрывая трубу.
При выдаче нефтепродукта из резервуара крышка хлопушки открывается принудительно при помощи вращающегося барабана с намотанным на него тросом. Крышка хлопушки изготавливается из искробезопасного материала (алюминиевого сплава). По условному диаметру приёмно-раз-даточного устройства подбирают марку хлопушки.
Рекомендуемая подача нефтепродукта в процессе закачки-выкачки должна быть в пределах от 100 до 1300 м3/ч. При больших значениях подачи (скорости движения нефтепродукта) возможно образование статического электричества.
Выводы
Потери нефтепродуктов можно уменьшить путём подземного хранения, окраски в белый цвет наземных резервуаров, полного (допустимого) заполнения резервуаров; использования понтонов, дисков-отражателей, дыхательных клапанов, хлопушек (хлопуш); создания высокой герметичности резервуаров, дыхательных и предохранительных клапанов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Хранение нефти и нефтепродуктов: Учебное пособие. 2-ое изд., пере-раб. и доп./Под общей редакцией Ю.Д. Земенкова. - Тюмень: Издательство «Вектор Бук», 2003. - 536 с.
2 ГОСТ 25560-82. Устройства дыхательных цистерн для нефтепродуктов. Технические условия.
3 Рындин В.В. Теплотехника. - Павлодар: Издательство «Кереку», 2007. - 460 с.
4 Транспорт и хранение нефти и газа в примерах и задачах: Учебное по-собие./Под общей редакцией Ю.Д. Земенкова. - СПб.: Недра, 2004. - 544 с.
5 Коршак А.А. Нефтебазы и АЗС: Учебное пособие/ А. А. Коршак, Г.Е. Корабейников, Е.М. Муфтахов.- Уфа: Дизайн полиграф сервис, 2006. - 416 с.
59
6 РД 153 - 39.4 - 078 - 01. Правила технической эксплуатации резервуаров магистральных нефтепроводов и нефтебаз.
Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии, Омск;
Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова, г.Павлодар. Материал поступил в редакцию 27.02.2012.
Ю.П. МАКУШЕВ, В.В. РЫНДИН
МУНАй еНШДЕРШЩ СА^ТАУЫ ЖЭНЕ ЖОFАЛТУДЫЩ Т0МЕНДЕУ1
U.P. MAKUSHEV, V.V. RYNDIN
STORAGE OF MINERAL OIL AND DECREASE IN THEIR LOSSES
Туйшдеме
Макрлада мунайды жогалтудыц твмедетук оны жогалтулардыщ ce6enmepi мен мунай втмдершц сактау epeжeлepi баяндалады. Толыктырудыц ашъщ жэне жабъщ эдiстepi арк^ълы мунай внмин жогалту есебн мысалдар кeлтipдi.
Resume
In article the rules of storage of mineral oil, the reasons of their losses, recommendations on decrease in losses are worded, the example of calculation of losses of mineral oil for the open and closed methods of the infusion is given.
УДК 621.91.02
ж.к. мусина геометрический анализ влияния расположения вершин двухвершинного спирального сверла на условия резания
При сверлении отверстий двухвершинным спиральным сверлом без поперечной кромки на укороченную внутреннюю режущую кромку АВ действует радиальная сила ^ и AFr - дополнительная сила, действующая на неукороченную режущую кромку СБ (рисунок 1).
60
