CC BY
50УДК 662.75
МЕТОДЫ СНИЖЕНИЯ ПОТЕРЬ НЕФТЕПРОДУКТОВ В АПК
Ивлева Татьяна Владимировна, ассистент, Пуляев Николай Николаевич, кандидат технических наук, доцент; ФГБОУ ВО РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, Москва, Российская Федерация
Аннотация: В статье рассмотрены вопросы потребления нефтепродуктов в агропромышленном комплексе Российской Федерации. Авторами выявлены основные причины потерь топлива и смазочных материалов у сельскохозяйственных товаропроизводителей при хранении, транспортировке и заправке. Показано, какие потери могут принести трещины в резервуарах, неплотности в запорной арматуре, эксплуатационные и аварийные проливы нефтепродуктов. Но потери можно предотвратить и сократить, своевременно проводя организационно-технические мероприятия и профилактический ремонт складского оборудования. Рассмотрены современные методы ремонта нефтяных резервуаров, тканевых резервуаров, трубопроводов и запорной арматуры. Сделан вывод, что правильная организация работ на нефтескладах, своевременное обслуживание и своевременный ремонт оборудования, поддержание его в состоянии постоянной технической готовности позволяют сберечь нефтепродукты от испарения, утечки и смешения.
Ключевые слова: нефтепродукты; потери нефтепродуктов; дизельное топливо; сельское хозяйство; смешивание нефтепродуктов; ремонт нефтяных резервуаров; проливы нефтепродуктов.
METHODS FOR REDUCING OIL PRODUCT LOSSES IN THE AGRO-INDUSTRIAL COMPLEX
Ivleva Tatyana Vladimirovna, assistant, Pulyaev Nikolay Nikolaevich, Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor; Timiryazev Russian State Agrarian University, Moscow, Russia
Abstract: The article discusses the consumption of petroleum products in the agro-industrial complex of the Russian Federation. The authors identified the main causes of fuel and lubricants losses in agricultural producers during storage, transportation and refueling. It is shown what losses can be caused by cracks in tanks, leaks in shut-off valves, operational and emergency spills of petroleum products. However, losses can be prevented and reduced by conducting timely organizational and technical measures and preventive maintenance of warehouse equipment. Modern methods of repair of oil tanks, fabric tanks, pipelines and shut-off valves are considered. It is concluded that the correct organization of work on oil storage facilities, timely maintenance and timely repair of equipment, maintaining it in a state of constant technical readiness allow to save oil products from evaporation, leakage and mixing.
Keywords: petroleum products; losses of petroleum products; diesel fuel; agriculture; mixing of petroleum products.
Для цитирования: Ивлева Т.В., Пуляев Н.Н. Методы снижения потерь нефтепродуктов в АПК // Наука без границ. 2020. № 4(44). С. 46-54.
For citation: Ivleva T.V., Pulyaev N.N. Methods for reducing oil product losses in the agro-industrial complex // Scince without borders, 2020, no. 4(44), pp. 46-54.
Введение
По словам премьер-министра Российской Федерации Михаила Мишу-стина, «сельское хозяйство - это основа нашей безопасности. И не только продовольственной, но и экономической, социальной» [1]. В то же время агропромышленный комплекс является одним из крупных потребителей энергоресурсов, основным из которых
является дизельное топливо, а также моторное и другие виды масел. Общий расход нефтепродуктов, включая автомобильные бензины, дизельное топливо и масла, в стоимостном выражении с 2000 г. постоянно росли и к настоящему моменту увеличились почти в 4 раза. Статистика потребления топлива сельскохозяйственными организациями представлена в табл. [2].
Таблица
Поставлено топлива организация АПК, тыс. тонн
Вид топлива 2015 год 2016 год 2017 год 2018 год 2018 год к 2017 году
% абс.
Дизельное топливо 4274,3 4258,4 4257,5 4306,5 100,4 19,0
Автомобильный бензин 810,8 775,1 739,8 735,0 99,4 -4,7
Учитывая такие большие объемы потребления топлива, потери нефтепродуктов при хранении на складах сельскохозяйственных товаропроизводителей еще довольно велики.
Результаты
Основная причина потерь нефтепродуктов - испарение, на долю которого приходится до 75 % всех потерь при транспортировании и хранении. Наибольшую склонность к испарению имеет бензин. Дизельное топливо и масла теряются главным образом вследствие проливов, утечек и смешения, а также из-за неполного слива.
Наибольшее испарение происходит вследствие так называемых малых и больших дыханий топлива в резервуарах.
Малые дыхания возникают днем при нагревании топлива и газового пространства резервуара. В результате испаряется жидкость и расширяется паровоздушная смесь, давление
в газовом пространстве резервуара повышается, и часть паров выходит в атмосферу. Ночью при охлаждении окружающего воздуха топливо и пары сжимаются, частично конденсируются. В газовом пространстве резервуара возникает вакуум, и в него поступает наружный воздух. Аналогичные явления происходят при изменении атмосферного давления. Потери нефтепродуктов от малых дыханий при одинаковых температурных и барометрических условиях больше у резервуаров с меньшим объемом, так как топливо в них быстрее нагревается [3-5].
В сельском хозяйстве применяют, как правило, горизонтальные резервуары сравнительно небольшой вместимости (10.. .100 м3), поэтому потери от испарения при малых дыханиях могут быть значительными. Скорость испарения топлива и насыщения его парами газового пространства пропорциональна поверхности испарения,
которая зависит от степени заполнения горизонтального резервуара. Поэтому они должны быть по возможности залиты полностью. При этом уменьшается также объем газового пространства и соответственно снижается испарение [6].
Суточные колебания температуры газового пространства резервуаров могут достигать в летнее время 30.. .40 °С, а на поверхности топлива - 10.15 °С. Уменьшение колебаний температуры в резервуаре значительно снижает потери от малых дыханий. Наиболее рациональным методом термоста-тирования резервуаров является заглубление их в грунт. В резервуаре, присыпанном слоем грунта толщиной не менее 0,2 м, потери бензина в 3.4 раза меньше, чем в наземном [7]. Если невозможно полностью заглубить резервуар из-за близости грунтовых вод, наличия скальных пород и т. п., следует стараться заглубить его не менее чем на половину диаметра. В этом случае потери также уменьшаются, хотя не в такой степени, как в полностью заглубленном. Среднегодовые потери бензина от малых дыханий с 1 м3 газового пространства горизонтального резервуара РГСн50 в средней климатической зоне составляют при наземном хранении 9 кг, при полузаглубленном - 6 кг и при заглубленном - 2 кг [8]. Когда невозможно заглубить резервуары, их следует размещать под навесом или в тени лиственных деревьев, чтобы снизить воздействие солнечной радиации.
Нагрев резервуаров можно уменьшить правильной окраской. Исследования показывают, что наибольшие потери наблюдаются при использовании черной краски. При применении зеленой краски, которой окрашивает-
ся большинство резервуаров на заводах-изготовителях, потери снижаются. Минимальные потери - при окраске белой и алюминиевой краской [9].
Потери в наземном горизонтальном резервуаре РГСн50, окрашенном черной краской, при коэффициенте заполнения 0,8 составляют 680 кг в год, зеленой - 550 кг, а алюминиевой -460 кг [4].
В южных районах для снижения температуры газового пространства можно использовать орошение резервуаров водой, которое должно быть непрерывным в дневное время, в противном случае колебания температуры могут возрасти и потери увеличатся.
На складах нефтепродуктов у сельхозтоваропроизводителей и особенно в полевых условиях топливо нередко хранится в металлических бочках, в которых оно нагревается значительно быстрее, чем в резервуарах. Поэтому целесообразно организовать заглубленное или полузаглубленное хранение бочек. Если это невозможно, то следует бочки располагать под навесом или закрывать их брезентом. При хранении бочек вместимостью 200 л на открытой площадке потери бензина составляют 1,03 % в год, в тех же условиях под брезентом - 0,63 %, полузаглубленными - 0,5 % и заглубленными - 0,18 % [4].
Большие дыхания возникают в результате вытеснения паров топлива из резервуара при его заполнении, а также вследствие поступления наружного воздуха в резервуар при выкачивании из него топлива. Уменьшить такие потери можно, прежде всего сократив число внутрискладских перекачек. Заполнять резервуары в летнее время следует по возможности ночью, когда
давление в газовом пространстве минимально, а сливать топливо целесообразнее днем при максимальном давлении в газовом пространстве. Если необходимо полностью опорожнить резервуар, топливо нужно перекачивать с максимальной скоростью, чтобы концентрация паров, оставшихся в резервуаре, была наименьшей. При частичном сливе топлива скорость перекачки должна быть минимальной. В этом случае концентрация паров в газовом пространстве будет максимальной, поэтому снижаются потери от выхода при последующем наполнении резервуара. Скорость заполнения последнего во всех случаях должна быть максимально возможной.
Наряду с потерями от испарения при больших и малых дыханиях топливо частично испаряется вследствие вентиляции резервуара из-за негерметичности крышек люков и заглушек патрубков, неисправности дыхательных и предохранительных клапанов и т.п. Поэтому необходимо следить за исправностью арматуры, наличием прокладок под крышками и заглушками. Измерять уровень топлива, отбирать пробы и выполнять другие работы, связанные с разгерметизацией резервуара, следует по возможности рано утром при минимальной температуре топлива и отсутствии ветра.
Наличие в сварных швах резервуаров и трубопроводов свищей и трещин приводит к возникновению капельных или струйных подтеканий. При подтекании со скоростью 2 капли в секунду потери составят 130 л в месяц. Через отверстие диаметром 2,5 мм в течение месяца могут утечь 25 тыс. л, если давление в трубопроводе будет составлять всего 0,1 МПа. Значительные потери могут вызвать свищи
в стенках резервуаров, трубопроводов и тары, которые имеют, как правило, коррозионное происхождение.
В том случае, когда нет сквозных повреждений сварного шва и стенок бочек, резервуаров и трубопроводов, но материал стенки или шва имеет пористую структуру из-за коррозии металла, непровара и т. п., на наружной поверхности стенки появляются влажные пятна. Они могут привести к значительным потерям топлива, особенно при достаточно высокой температуре окружающего воздуха.
Подтекания появляются при негерметичности запорных вентилей и задвижек, установленных на автозаправщиках и автомобильных цистернах. Они могут быть следствием износа рабочих органов запорной арматуры, повреждения их посадочных поверхностей, попадания под клапан вентиля посторонних предметов, а также из-за неполного закрытия вентилей и задвижек обслуживающим персоналом.
Проливы нефтепродуктов в эксплуатационных условиях возникают при заполнении резервуаров, тары и транспортных средств, при расстыковке разборных соединений трубопроводов, несвоевременном закрытии или открытии запорной арматуры. Топливо проливается также через неплотно закрытые люки и пробки при температурном расширении или вследствие его выплескивания во время перевозки в автоцистернах. Некоторое количество нефтепродукта теряется при сливе отстоя из резервуаров и цистерн.
Аварийные проливы топлива, связанные с повреждением резервуаров, трубопроводов и другого оборудования, происходят редко, но зато вызванные ими потери очень большие.
Основными причинами их являются стихийные бедствия, а также разрушение трубопроводов и рукавов вследствие внешнего воздействия (например, при наезде на них сельскохозяйственной техники и тягово-транс-портных средств) или из-за увеличения внутреннего давления выше допустимого.
Утечки топлива можно предотвратить, своевременно проведя организационно-технические мероприятия и профилактический ремонт складского оборудования.
Наиболее распространенным и традиционным способом ремонта резервуаров в агропромышленном комплексе является электросварка. С ее помощью устраняют трещины и сквозные отверстия практически любого размера путем установки металлических заплат, наплавкой и наваркой. При возникновении подтеканий в сварных швах или стенках резервуаров дефектное место вырубают и заваривают. В сварных швах вырубают участки, превышающие длину трещины на 200.300 мм (по 100.150 мм с каждой стороны). В крайних точках вырубленного шва сверлят отверстия диаметром 6...12 мм, чтобы предотвратить дальнейшее распространение трещин в процессе сварки. Нельзя наваривать металл на дефектный участок, а также чеканить шов.
Для ремонта трещин размером до 20 мм без полного опорожнения резервуара можно использовать безогневую комплексную ремонтную технологию [10]. Процесс ремонта по данной технологии основан на применении низкотемпературной пайки с использованием безогневого индукционного нагревателя с помощью низкотемпературных припоев, представляющих
собой многокомпонентные сплавы.
В стенках или днище резервуара поврежденное место вырубают и приваривают накладку из листовой стали, толщина которой равна толщине основного металла. Размер накладки должен быть больше поврежденного участка на 100 мм с каждой стороны.
В последнее время повреждение резервуаров устраняют при помощи полимерных клеевых композиций, использование которых позволяет избежать пожароопасных сварочных работ. Они не требуют больших капитальных затрат на внедрение и технологичны. С помощью подобных композиций можно устранять трещины, задиры и сквозные отверстия разных размеров и другие повреждения.
Повреждения резинотканевых резервуаров - сквозные проколы или дефекты оболочки, расслоение углов и негерметичность в месте присоединения арматуры к оболочке - можно устранять без слива топлива. После этого заполненный резервуар разрешается эксплуатировать непродолжительное время (до опорожнения). Течь через сквозные проколы и дефекты оболочки устраняют при помощи резиновых пробок, которые ввинчивают в дефектное место, а через расслоившиеся углы - установкой зажимных планок. При подтеканиях в местах присоединения арматуры следует подтянуть гайки крепежных болтов и шпилек.
При значительном повреждении оболочки и расслоении конструкционных швов для ремонта резинотканевых резервуаров используют металлические пробки (при диаметре повреждения не более 30 мм), зажимные шайбы, а также клеи холодного отверждения или горячую и холодная
вулканизацию.
Горячая вулканизация является одним из наиболее эффективных методов ремонта, так как она максимально приближена к производству резины и позволяет достичь свыше 90 % от прочности резинотканевого слоя. К преимуществам горячей вулканизации по сравнению с другими методами относятся прочность, долговечность и быстрота ремонта [11].
К преимуществам холодной вулканизации относятся отсутствие специального оборудования, возможность склейки на месте и сравнительно небольшое время, необходимое для проведения работ.
Недостатками холодной вулканизации являются: проведение работ только при плюсовых температурах; уменьшение надёжности соединения при сильной запылённости и влажности. При выполнении вулканизации с соблюдением технологии прочность холодной сварки достигает 70 % от прочности резинотканевого слоя.
Способ ремонта трубопроводов зависит от места их прокладки, конструкции и условий эксплуатации. Сварные трубопроводы стационарных складов предварительно опорожняют, повреждения устраняют сваркой или при помощи эпоксидного клея. Если невозможно удалить нефтепродукты, то применяют скобы или хомуты с прокладками, позволяющие в короткий срок устранить утечку. Если хомут с прокладкой установить трудно (например, при толстом сварном шве), используют сальниковые разъемные хомуты. У фланцевых соединений трубопроводов при подтекании подтягивают болты, а если невозможно устранить течь этим способом, заменяют прокладки.
Для предупреждения потерь нефтепродуктов при аварийных проливах вертикальные стальные резервуары, а также группы наземных горизонтальных резервуаров на стационарных складах ограждают сплошным земляным валом высотой не менее 1 м и шириной в верхней части не менее 0,5 м. Откосы укрепляют дерном или камнем. Потери нефтепродуктов от смешения происходят, как правило, из-за несовершенства технологической схемы приема и выдачи нефтепродуктов или в результате небрежности обслуживающего персонала.
Допустимая концентрация одного нефтепродукта в другом зависит от их сорта и запаса качества. Лимитирующим показателем является тот, который имеет наибольшую склонность к изменению. Например, добавление небольшого количества автомобильного бензина в зимнее дизельное топливо практически не влияет на его показатели - цетановое число, вязкость и т. п. Наибольшему изменению подвергается температура вспышки, которая в данном случае служит браковочным показателем.
Возможность смешения нефтепродуктов вследствие их случайного налива в один и тот же резервуар можно полностью устранить, если обеспечить точный учет заполненных резервуаров и их распределение по сортам хранимых продуктов, планировать виутрискладские перекачки с учетом технологической схемы склада и организовать четкую работу обслуживающего персонала при проведении этих операций.
Смешение нефтепродуктов вследствие налива в незачищенные резервуары можно предотвратить тщательной зачисткой резервуаров с последующей
промывкой, причем предпочтение следует отдать наиболее эффективным химико-механическим методам очистки резервуаров [12].
Полностью устранить смешение нефтепродуктов можно в том случае, если каждый из них перекачивать по специально отведенному для него трубопроводу. Однако это требование для сельскохозяйственных товаропроизводителей в большинстве случаев технически невыполнимо и экономически нецелесообразно. Поэтому, как правило, несколько сортов нефтепродуктов перекачивают по одному трубопроводу. При небольшой протяженности складского трубопровода следует после каждой перекачки трубопровод полностью освобождать от нефтепродукта - самотеком или при помощи сжатого воздуха от компрессора. Если времени на опорожнение нет, то при-
меняют последовательную перекачку, то есть вытесняют один нефтепродукт другим. Чтобы смеси образовывалось как можно меньше, следует до предела увеличить скорость перекачки и обеспечить безостановочную работу перекачивающих средств, а также своевременно переключать резервуары, в которые принимают нефтепродукты.
Смешение нефтепродуктов из-за перетекания их из резервуара в резервуар предотвращают, своевременно ремонтируя задвижки и вентили.
Выводы
Правильная организация работ на нефтескладах, своевременное обслуживание и своевременный ремонт оборудования, поддержание его в состоянии постоянной технической готовности позволяют сберечь нефтепродукты от испарения, утечки и смешения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Правительство утвердило стратегию развития АПК до 2030 года [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.agroinvestor.ru/analytics/news/33422-pravitelstvo-utverdilo-strategiyu-razvitiya-apk-do-2030-goda/.
2. Агропромышленный комплекс России в 2018 году [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://mcx.ru/upload/iblock/8d8/8d8123f866d7b99917c45650f229d86f.pdf.
3. Коваленко В.П., Пуляев Н.Н. Методические рекомендации по проектированию топливозаправочных комплексов. - М. : ООО УМЦ «Триада», 2015. - 64 с.
4. Коваленко В.П., Пуляев Н.Н. Нефтепродуктообеспечение в АПК. - М. : ООО «УМЦ «Триада», 2013. - 100 с.
5. Коваленко В.П., Пуляев Н.Н., Коротких Ю.С. Оптимизация процессов перевозки жидких грузов в АПК. - М. : ООО «УМЦ «Триада», 2016. - 110 с.
6. Пуляев Н.Н., Коротких Ю.С., Приваленко А.Н. Обеспечение экономии топливно-энергетических ресурсов и качества топливно-смазочных материалов. - М. : ООО «Автограф», 2018. - 120 с.
7. Результаты исследований потерь нефтепродуктов от испарения из баков автомобилей при их заправке / О.Н. Дидманидзе, Б.С. Дидманидзе, В.В. Варнаков, Д.В. Варнаков, Е.А. Варнакова, Е.В. Лычагин // Международный технико-экономический журнал. 2014. № 5. С. 97-103.
8. Левин М.Ю., Нагорнов С.А., Левина Е.Ю. Совершенствование технологии хранения светлых нефтепродуктов с использованием интеллектуального нефтесклада // Наука в центральной России. 2019. № 6 (42). С. 84-91.
9. Применение гранулированного пеностекла в качестве покрытия зеркала испарения резервуаров: результаты экспериментов / В.М. Писаревский, Л.В. Ковба, С.Н. Ле-
вин, С.Ю. Савельева, О.Б. Азжеурова, Н.В. Морозова, Н.В. Горская // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2019. № 3. С. 17-19.
10. Неисправности и способы ремонта резервуарных емкостей для светлых нефтепродуктов [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://chemtech.ru/neispravnosti-i-sposoby-remonta-rezervuarnyh-emkostej-dlja-svetlyh-nefteproduktov/.
11. Ериков А.П., Ерикова С.А. Современные способы ремонта резинотканевых резервуаров в полевых условиях // Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе. 2015. № 1. С. 55-58.
12. Богданов В.С., Пуляев Н.Н., Коротких Ю.С. Обеспечение качества топливно-сма-зочных материалов при хранении - резерв повышения ресурса машин в АПК. - М. : ООО «УМЦ «Триада», 2014. - 234 с.
REFERENCES
1. 1. Pravitel'stvo utverdilo strategiyu razvitiya APK do 2030 goda [The government approved the strategy for the development of agriculture until 2030]. Available at: https:// www.agroinvestor.ru/analytics/news/33422-pravitelstvo-utverdilo-strategiyu-razvitiya-apk-do-2030-goda/.
2. Agropromyshlennyj kompleks Rossii v 2018 godu [Agro-industrial complex of Russia in 2018]. Available at: http://mcx.ru/upload/iblock/8d8/8d8123f866d7b99917c45650f229d 86f.pdf.
3. Kovalenko V.P., Pulyaev N.N. Metodicheskie rekomendacii po proektirovaniyu toplivozapravochnyh kompleksov [Guidelines for the design of refueling complexes]. Moscow, OOO UMC «Triada», 2015, 64 p.
4. Kovalenko V.P., Pulyaev N.N. Nefteproduktoobespechenie v APK [Oil products supply in the agro-industrial complex]. Moscow, OOO «UMC «Triada», 2013, 100 p.
5. Kovalenko V.P., Pulyaev N.N., Korotkih Yu.S. Optimizaciya processov perevozki zhidkih gruzov v APK [Optimization of liquid cargo transportation processes in the agro-industrial complex]. Moscow, OOO «UMC «Triada», 2016, 110 p.
6. Pulyaev N.N., Korotkih Yu.S., Privalenko A.N. Obespechenie ekonomii toplivno-energeticheskih resursov i kachestva toplivno-smazochnyh materialov [Ensuring the economy of fuel and energy resources and the quality of fuel and lubricants]. Moscow, OOO «Avtograf», 2018, 120 p.
7. Didmanidze O.N., Didmanidze B.S., Varnakov V.V., Varnakov D.V., Varnakova E.A., Lychagin E.V. Rezul'taty issledovanij poter' nefteproduktov ot ispareniya iz bakov avtomobilej pri ih zapravke [Results of studies of oil product losses from evaporation from car tanks during refueling]. Mezhdunarodnyj tekhniko-ekonomicheskij zhurnal, 2014, no. 5, pp. 97-103.
8. Levin M.Yu., Nagornov S.A., Levina E.Yu. Sovershenstvovanie tekhnologii hraneniya svetlyh nefteproduktov s ispol'zovaniem intellektual'nogo neftesklada [Improving the storage technology of light oil products using intelligent oil storage]. Nauka v central'noj Rossii, 2019, no. 6 (42), pp. 84-91.
9. Pisarevskij V.M., Kovba L.V., Levin S.N., Savel'eva S.Yu., Azzheurova O.B., Morozova N.V., Gorskaya N.V. Primenenie granulirovannogo penostekla v kachestve pokrytiya zerkala ispareniya rezervuarov: rezul'taty eksperimentov [Application of granulated foam glass as a coating for the evaporation mirror of tanks: experimental results]. Transport i hranenie nefteproduktov i uglevodorodnogo syr'ya, 2019, no. 3, pp. 17-19.
10. Neispravnosti i sposoby remonta rezervuarnyh emkostej dlya svetlyh nefteproduktov [Malfunctions and ways to repair tank containers for light oil products]. Available at: https://chemtech.ru/neispravnosti-i-sposoby-remonta-rezervuarnyh-emkostej-dlja-
svetlyh-nefteproduktov/.
11. Erikov A.P., Erikova S.A. Sovremennye sposoby remonta rezinotkanevyh rezervuarov v polevyh usloviyah [Modern methods of repairing rubber-fabric tanks in the field]. Modernizaciya i nauchnye issledovaniya v transportnom komplekse, 2015, no. 1, pp. 55-58.
12. Bogdanov V.S., Pulyaev N.N., Korotkih Yu.S. Obespechenie kachestva toplivno-smazochnyh materialov pri hranenii - rezerv povysheniya resursa mashin v APK [Ensuring the quality of fuel and lubricants during storage - a reserve for increasing the resource of machines in the agro-industrial complex]. Moscow, OOO «UMC «Triada», 2014, 234 p.
Материал поступил в редакцию 20.04.2020 © Ивлева Т.В., Пуляев Н.Н.
