ПРИМЕНЕНИЕ МЯГКИХ ОБОЛОЧЕК ВНУТРИ РЕЗЕРВУАРА ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ПОТЕРЬ ОТ ИСПАРЕНИЙ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 622.692

https://doi.org/10.24412/0131-4270-2021-4-39-44

ПРИМЕНЕНИЕ МЯГКИХ ОБОЛОЧЕК ВНУТРИ РЕЗЕРВУАРА ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ПОТЕРЬ ОТ ИСПАРЕНИЙ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ

THE APPLICATION OF SOFT SHELLS INSIDE THE TANK TO PREVENT LOSSES OIL AND OIL PRODUCTS FROM EVAPORATION

Габдинуров Р.Р., Гареев М.М.

Уфимский государственный нефтяной технический университет, 450062, г. Уфа, Россия

ORQD:https://orcid.org/0000L0002-0115-8681, E-mail: [email protected] ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7478L3739, E-mail: [email protected]

Резюме: В статье на основании оценки существующих средств для сокращения потерь от испарений нефти и нефтепродуктов сделан вывод о необходимости разработки нового средства -атмосферной камеры, представляющей собой маслобензо-стойкую мягкую оболочку, расположенную внутри резервуара, предназначенную для сокращения потерь от испарений нефти и нефтепродуктов. Предложена конструкция вертикального и горизонтального резервуаров с атмосферной камерой. Проверен принцип работы резервуара на макете. Построена экспериментальная установка, выполнены испытания. По результатам испытаний при использовании атмосферной камеры в резервуарах исключаются потери от испарений.

Ключевые слова: потери от испарений, резервуары вертикальные, резервуары горизонтальные.

Для цитирования: Габдинуров Р.Р., Гареев М.М. Применение мягких оболочек внутри резервуара для предотвращения потерь от испарений нефти и нефтепродуктов // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2021. № 4. С. 39-44.

D0I:10.24412/0131-4270-2021-4-39-44

Ruslan R. Gabdinurov, Mursalim M. Gareev

Ufa State Petroleum Technological University, 450062, Ufa, Russia ORCID:https://orcid.org/0000-0002-0115-8681, E-mail: [email protected] ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7478-3739, E-mail: [email protected]

Abstract: In the article, based on the assessment of existing technical means for reduce losses oil and oil products from evaporations, it is concluded that it is necessary to develop a new technical mean. A new mean has been developed - an atmospheric chamber, which is an oil-and-petrol-resistant soft shell located inside the tank, designed to reduce losses oil and oil product from evaporation. The design of a vertical and horizontal cylindrical tank with an atmospheric chamber is proposed. The principle of the tank operation was checked on the mock-up. Experimental setup was built, tests were carried out. According to the test results, evaporation losses are excluded, if using an atmospheric chamber in tanks.

Keywords: evaporation losses, vertical tanks, horizontal tanks.

For citation: Gabdinurov R.R., Gareev M.M. THE APPLICATION OF SOFT SHELLS INSIDE THE TANK TO PREVENT LOSSES OIL AND OIL PRODUCTS FROM EVAPORATION. Transport and Storage of Oil Products and Hydrocarbons. 2021, no. 4 pp. 39-44.

DOI:10.24412/0131-4270-2021-4-39-44

Ежегодное увеличение объемов потребления нефтепродуктов неизбежно приводит к увеличению объемов добычи, переработки, транспорта и хранения нефти. Увеличение объемов и оборачиваемости складов нефти и нефтепродуктов увеличивает общий объем потерь от испарений, при этом теряются в первую очередь наиболее ценные фракции нефти и нефтепродуктов, возрастают и экологические требования к объему вредных выбросов.

По различным оценкам, в атмосферу планеты ежегодно выбрасывается от 50 млн до 90 млн т углеводородов. Общий объем выбросов летучих органических соединений от стационарных и передвижных источников в Российской Федерации, по данным Росприроднадзора, за 2018 год составил 2,9 млн т [1]. По ориентировочным оценкам [2] выбросы от «больших» и «малых дыханий» в Российской Федерации только от резервуаров нефтебаз составляют около 100 тыс. т в год, общие потери от «больших» и «малых дыханий» оцениваются в несколько сот тысяч тонн.

Потери нефти и нефтепродуктов условно разделяют на три группы: естественные, эксплуатационные и аварийные [2].

Аварийные потери возникают вследствие розлива продукта из резервуаров, трубопроводов и оборудования при нештатных ситуациях.

Эксплуатационные потери связаны с утечками, розливом, неполным сливом из транспортных емкостей, смешением,

подтеканием, переполнением, плохой герметизацией емкостей и оборудования. Эти потери в отличие от естественных могут быть в основном устранены путем поддержания оборудования в исправном состоянии.

Естественные потери (потери от испарений), являются следствием физико-химических свойств нефтепродуктов, воздействием метеорологических факторов и несовершенством существующих средств сокращения потерь от испарений.

Потери от испарений, в свою очередь, разделяются на 5 групп [3-5]:

1. Потери от «больших дыханий» - это потери при вытеснении паровоздушной смеси (ПВС), насыщенной парами нефти или нефтепродукта, из резервуара при заполнении резервуара новой партией нефти или нефтепродукта.

2. Потери от «малых дыханий» - это потери, возникающие при увеличении и уменьшении давления в газовом пространстве (ГП) резервуаров в результате суточных колебаний температуры и сопровождающиеся «дыханиями» резервуаров при компенсации давления.

3. Потери от «обратного вдоха» - потери в результате донасыщения ПВС в ГП резервуара после откачки продукта.

4. Потери от «вентиляции» ГП - потери от негерметичности ГП, данный вид потерь можно отнести к эксплуатационным потерям.

Организационно-технические мероприятия: -теплоизоляция -термостатирование -снижение объема ГП -герметизация -водяное орошение

Плавающие крыши и понтоны

Диски-отражатели

Микрошарики

Газоуравнительные системы

Хранение под избыточным давлением

Защитные эмульсии

5. Потери при заполнении транспортных емкостей - потери, возникающие при заполнении транспортных емкостей в результате негерметичности процесса налива и «больших дыханий» транспортных емкостей.

В данный момент известно большое количество методов и средств для сокращения потерь от испарений нефти и нефтепродуктов. Классификация методов и средств для сокращения потерь от испарений представлена на рис. 1 [6].

Наибольшую распространенность как средство сокращения потерь от испарений получили понтоны и плавающие крыши. Высокая распространенность понтонов и плавающих крыш обусловлена их надежностью. Эффективность сокращения потерь при использовании понтонов по различным оценкам составляет от 70 до 98%. В свою очередь, сооружение понтонов и плавающих крыш требует значительных капитальных затрат, при их эксплуатации требуются дополнительные меры по обслуживанию. Также применение понтонов невозможно в резервуарах, отличных по форме от РВС, и в транспортных емкостях. Срок окупаемости понтонов будет тем меньше, чем выше коэффициент оборачиваемости резервуаров. Но даже при высокой эффективности при больших коэффициентах оборачиваемости будут иметь место значительные потери от испарений.

Авторами было разработано новое устройство для сокращения потерь от испарений - атмосферная камера [7]. Общий вид резервуара с атмосферной камерой представлен на рис. 2, 3.

Атмосферная камера представляет собой мягкую оболочку, аналогичную газосборнику переменного объема; оболочка размещается внутри резервуара, плавает на поверхности продукта. Оболочка сообщается с атмосферой через дыхательный клапан, тем самым при сливо-наливных операциях исключается контакт атмосферного воздуха с продуктом. Резервуар оснащается предохранительным клапаном, настроенным на большее давление, чем дыхательный клапан атмосферной камеры. Для удаления конденсата из атмосферной камеры предусматривается патрубок для слива конденсата.

В работе [8] была разработана методика определения количества накопленного конденсата в полости атмосферной камеры (АК).

Масса сконденсированной влаги из воздуха в определенном объеме пространства в результате падения температуры будет определяться формулой

Рис. 1. Классификация методов и средств сокращения потерь от испарений нефти и нефтепродуктов

Системы УЛФ

- Конденсационные

_ Сорбционные

С газосборниками

Компрессионные

Охлаждением

Сжатием

Комбинированные

Адсорбция

Абсорбция

Горючие газы

Инертные газы

Эжекторные

^ Компрессорные

Рис. 2. Резервуар горизонтальный с атмосферной камерой: 1 - стенка резервуара; 2, 3 - днища; 4 - атмосферная камера; 5 - приемо-раздаточный патрубок; 6 -дыхательный патрубок с клапаном; 7 - предохранительный клапан; 8 - патрубок с задвижкой для слива конденсата

т,

вод

= V

возд

(1)

где V;

■ возд объем паровоздушного пространства, охлаждаемого в рассматриваемом процессе, м3; рм - влагоем-

р2 - влагоемкость

кг/м3;

кость воздуха при температуре !1, воздуха при температуре 12, кг/м3.

За температуру 11 при расчете массы сконденсированной влаги следует принимать не начальную температуру воздуха, а температуру точки росы при достижении паровоздушной смесью 100% относительной влажности воздуха; за температуру 12 предлагается принимать температуру в полости расчетного резервуара (принимается допущение: температура во всем объеме резервуара постоянна и не изменяется в процессе поступления нагретого воздуха).

Рис. 3. Резервуар вертикальный с атмосферной камерой: 1 - стенка резервуара; 2 - днище; 3 - крыша; 4 - атмосферная камера; 5 - приемо-раздаточный патрубок; 6 - дыхательный патрубок с клапаном; 7 - предохранительный клапан; 8 - патрубок с задвижкой для слива конденсата

т,

водX

"2 твод(1),

/ "1

(2)

Рис. 4. Схема экспериментальной установки: 1 - бочка; 2 - атмосферная камера; 3 - дыхательный клапан СМДК-50; 4 - предохранительный клапан; 5 - насос; 6 - шаровый кран; 7 -- весы; 8 - опорная рама

Для оценки общей массы сконденсированной воды за промежуток времени необходимо последовательно сложить значения, полученные по формуле (1), исходя из объемов откачки продукта из резервуара и метеорологических параметров, для каждой откачки в отдельности по формуле

где твоД(|) - значение массы сконденсированной воды по формуле (1) рассчитанное для ьй операции откачки в объеме и при условиях проведения операции, кг; п - количество откачек из резервуара проведенных за расчетный период.

Пример расчета. При поступлении Увозд = 50 м3 паровоздушной смеси в полость АК при 60% влажности воздуха при 29 °С и охлаждении ее до t2 = 5 °С для п = 30 одинаковых циклов. При температуре воздуха 29 °С и относительной влажности воздуха 60% температура точки росы будет равна t1 = 20,4 °С. Влагоемкость воздуха рм = 0,0173 кг/ м3, р(2 = 0,0068 кг/м3.

Масса сконденсированной влаги из воздуха за один цикл составит

твод = 50 • (0,0173-0,0068) = 0,525 кг.

Для 30 циклов откачки, произведенных при данных условиях, общая масса сконденсированной воды составит

твод = 30 -0,525 = 15,75 кг.

водУ

Объем накопленной воды за 30 циклов составит 0,015 м3 (при плотности воды 1000 кг/м3), что составляет 0,03% объема одной операции. Таким образом при использовании атмосферной камеры достигается дополнительный эффект от снижения количества подтоварной воды в нефтепродукте.

Схема экспериментальной установки представленная на рис. 4.

Выполнен эксперимент путем сравнения общей массы резервуаров с нефтепродуктами до перекачки и после. Производилось моделирование «больших дыханий» путем перекачки нефтепродукта из одного резервуара в другой. Так как предполагаемая температура в резервуаре незначительно отличается от температуры окружающей среды, по методике [8] количество образованного конденсата будет незначительно, было принято решение не оснащать модельные резервуары патрубком для удаления конденсата.

Модель резервуара с атмосферной камерой представлена на фото 1.

Предварительно выполнен замер порожней экспериментальной установки: масса опорной рамы - 24,1 кг; масса горизонтального резервуара - 24,5 кг; масса вертикального резервуара - 23,3 кг. Произведено наполнение резервуара 187 л бензина АИ-92 плотностью 0,752 кг/м3. Выполнена серия замеров массы экспериментальной установки до начала перекачки и после перекачки 135 л бензина (101,5 кг) из резервуара в резервуар 20 раз (2 т продукта). Результаты замера общих масс экспериментальной установки представлены в табл. 1.

Измерения производились путем постановки экспериментальной установки на весы при помощи домкрата.

I 1. Модель резервуара с атмосферной камерой I 2. Уровень налива в вертикальном резервуаре

I Таблица 1

Результаты экспериментальных измерений

№ Время и дата измерения Масса экспериментальной установки, кг Среднее арифметическое значение, кг Отклонение результатов, кг Квадратичное отклонение, кг2

Измерения до начала перекачки

1 18.09.2021 10.12 212,5 -0,0125 0,000156

2 18.09.2021 10.15 212,6 0,0875 0,007656

3 18.09.2021 10.18 212,3 -0,2125 0,045156

4 18.09.2021 10.21 212,6 212,51 0,0875 0,007656

5 18.09.2021 10.24 212,4 -0,1125 0,012656

6 18.09.2021 10.27 212,5 -0,0125 0,000156

7 18.09.2021 10.30 212,7 0,1875 0,035156

8 18.09.2021 10.33 212,5 -0,0125 0,000156

Измерения после перекачки

9 18.09.2021 22.08 212,5 0,0125 0,000156

10 18.09.2021 22.11 212,4 -0,0875 0,007656

11 18.09.2021 22.13 212,5 0,0125 0,000156

12 18.09.2021 22.16 212,4 212,50 -0,0875 0,007656

13 18.09.2021 22.18 212,6 0,1125 0,012656

14 18.09.2021 22.21 212,3 -0,1875 0,035156

15 18.09.2021 22.24 212,6 0,1125 0,012656

16 18.09.2021 22.28 212,6 0,1125 0,012656

Измерение уровня налива продукта проводилось по внешнему уровнемеру и шкале, нанесенной на вертикальный резервуар (фото 2).

Выполним обработку измерений в соответствии с [9]. Грубые промахи в измерениях в табл. 1 отсутствуют. Оценка среднеквадратического отклонения (СКО) результатов измерений до начала перекачки при п<20 определяется по формуле

X ^ -х )2

' (п -1)

3-0,000156 + 2-0,007656 + 0,045156 + 0,012656 + 0,035156

(8 -1) = 0,124.

Оценка СКО измерений после перекачки

(3)

2 - 0,000156 + 2 - 0,007656 + 3 - 0,012656 + 0,035156 (8-1) = 0,113.

СКО результата измерения вычисляется по формуле

5 = ° = 0124 _ 0,044;

б,

4п л/8 0,113 _

л/8 _

(4)

0,040.

0_ ^ 202

(6)

где 0 - граница ьй неисключенной составляющей систематической погрешности, НСП принята равной 0,1 (погрешность средства измерения).

Отношение НСП к случайной погрешности

0

0,1

б 0,044

0

0,1

: 2,27 > 0,8;

_ 2,51 > 0,8.

т„ = 212,50 ±0,1 кг.

Измеренные значения массы до и после эксперимента находятся в пределах погрешности измерений (т = = 212,5±0,1 кг).

Отклонения результатов испытаний в условиях сходимости определяются по формуле

°сх _ хтш х)(хтах ^ _ ^|(212,3 - 212,51)(212,7 - 212,51)| _ 0,20 кг; (7)

■>сх11

■■ д/|(212,3 - 212,50)(212,6 - 212,50) _ 0,14 кг.

Сходимость результатов измерений при доверительной вероятности Р = 0,95 определяется по формуле

г = 2,77 • асх =2,77 • 0,20=0,554. гн = 2,77 • 0,14 = 0,388.

(8)

Отношение сходимости к результатам измерения в процентах определяются по формуле

Готн _ = -100% _

0,554

Г

х 212,51

0,388

100% _ 0,26%;

(9)

отн I I

212,50

100% _ 0,18%.

Относительная погрешность измерений определяется по формуле

Доверительные границы случайной погрешности СКО результата измерения вычисляются по формуле

4 = tpS, (5)

где tp - коэффициент Стьюдента, при доверительной вероятности измерений 0,95 и числе измерений 8 tp = 2,365.

4 = 2,365-0,044 = 0,104; 4|| = 2,365-0,040=0,094. Границы суммарной неисключенной систематической погрешности (НСП) при менее трех НСП определяются по формуле:

^-100% _ 2,365-0,0-44-100% _ 0,02;

<4п

212,51л/8

(10)

5 0,040

То есть случайной погрешностью в обоих случаях можно пренебречь и принять границы погрешности А = ±0.

Результаты измерений, определенные в результате обработки, можно записать как

т = 212,51 ±0,1 кг;

_ 2,365-0,040 Ю0О/о _ 0,02%.

х 212,50л/8

Величины отношения сходимости к результатам измерения и относительной погрешности измерений составляют менее 1%, что означает высокую точность и сходимость измерений.

Выполним сравнение с нормами [10]. При сдаче в резервуары нефтебаз и АЗС нефтепродукта 1-й группы во 2-й климатической зоне, для резервуаров наземных стальных без понтона вместимостью до 400 м3 в весенне-летний период (с 1 апреля по 30 сентября) норма убыли равна 0,41 кг на тонну принятого продукта. Норма убыли при приеме 2 т нефтепродукта составит

Ен = 0,41-2 = 0,82 кг.

Для резервуара с понтоном данная норма равна 0,36 кг на тонну принятого продукта. Норма убыли при приеме 2 т нефтепродукта составит

Енп) = 0,36 • 2 = 0,72 кг.

Из сравнения расчетов по нормам убыли с экспериментальными данными сделан вывод, что при использовании резервуаров с атмосферными камерами исключаются потери от естественной убыли нефтепродуктов.

Выводы

1. Из оценки существующих средств для сокращения потерь от естественной убыли нефти и нефтепродуктов сделан вывод о необходимости разработки нового

средства, позволяющего исключить потери от естественной убыли.

2. Разработана конструкция резервуара с атмосферной камерой, позволяющая исключить потери от естественной убыли.

3. Сооружена и испытана экспериментальная установка с резервуарами, оборудованными атмосферной камерой.

4. При применении атмосферной камеры в резервуарах достигается исключение потерь от испарений нефти и нефтепродукта при сливо-наливных операциях, что подтверждается результатами эксперимента.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Охрана окружающей среды в России. 2020: Сб. ст. / Росстат. M.: Федеральная служба государственной статистики, 2020. 113 с.

2. Коршак А.А. Современные средства сокращения потерь бензинов от испарения. Уфа: ДизайнПолиграфСервис, 2001. 144 с.

3. Абузова Ф.Ф., Бронштейн И.С., Новоселов В.Ф. и др. Борьба с потерями нефти и нефтепродуктов при их транспортировке и хранении. М.: Недра, 1981. 248 с.

4. Коршак А.А. Ресурсосберегающие методы и технологии при транспортировке и хранении нефти и нефтепродуктов. Уфа: ДизайнПолиграфСервис, 2006. 192 с.

5. Коршак А.А., Коробков Г.Е., Муфтахов Е.М. Нефтебазы и АЗС: учеб. пособие. Уфа: ДизайнПолиграфСервис, 2006. 416 с.

6. Пархоменко В.В. Обоснование параметров универсальной управляемой камеры для сокращения потерь нефтепродуктов при хранении в резервуарах: дис. канд. техн. наук: 25.00.19. Ставрополь, 2010. 136 с.

7. Патент РФ № 202016 U 1 МПК B65D 88/54 (2006.01), B65D 90/00 (2006.01) Емкость для хранения нефти и нефтепродуктов / Габдинуров Р.Р., Гареев М.М. Опубл.: 27.01.2021. Бюл. № 3.

8. Габдинуров Р.Р., Гареев М.М. Методика определения количества конденсата в полости атмосферной камеры // Тезисы докл. XV Междунар. учеб.-науч.-практ. конф. «Трубопроводный транспорт - 2020». Уфа: Изд-во УГНТУ, 2020. C. 89-90.

9. ГОСТ Р 8.736-2011 Государственная система обеспечения единства измерений. Измерения прямые многократные. Методы обработки результатов измерений.

10. РД 153-39.4-033-98 Нормы естественной убыли нефтепродуктов при приеме, транспортировании, хранении и отпуске на объектах магистральных нефтепродуктопроводов М.: Транснефтепродукт, 1998. 24 с.

REFERENCES

1. Okhrana okruzhayushchey sredy vRossii. 2020 [Environmental protection in Russia. 2020]. Moscow, Federal'naya sluzhba gosudarstvennoy statistiki Publ., 2020. 113 p.

2. Korshak A.A. Sovremennyye sredstva sokrashcheniya poter' benzinov ot ispareniya [Modern means of reducing evaporation losses of gasoline]. Ufa, DizaynPoligrafServis Publ., 2001. 144 p.

3. Abuzova F.F., Bronshteyn I.S., Novoselov V.F. Borba s poteryami nefti i nefteproduktov pri ikh transportirovke i khranenii [Struggle with losses of oil and oil products during their transportation and storage]. Moscow, Nedra Publ., 1981. 248 p.

4. Korshak A.A. Resursosberegayushchiye metody i tekhnologii pri transportirovke i khranenii nefti i nefteproduktov [Resource-saving methods and technologies for the transportation and storage of oil and oil products]. Ufa, DizaynPoligrafServis Publ., 2006. 192 p.

5. Korshak A.A., Korobkov G.YE., Muftakhov YE.M. NeftebazyiAZS [Oil depots and gas stations]. Ufa, DizaynPoligrafServis Publ., 2006. 416 p.

6. Parkhomenko V.V. Obosnovaniye parametrov universal'noy upravlyayemoy kamery dlya sokrashcheniya poter' nefteproduktov pri khranenii v rezervuarakh. Diss. kand. tekhn. nauk [Substantiation of the parameters of a universal controlled chamber to reduce losses of oil products during storage in tanks. Cand. tech. sci. diss.]. Stavropol, 2010. 136 p.

7. Gabdinurov R.R., Gareyev M.M. Yemkost dlya khraneniya neftiinefteproduktov [Tank for storing oil and oil products]. Patent RF, no. 202016, 2021.

8. Gabdinurov R.R., Gareyev M.M. Metodika opredeleniya kolichestva kondensata v polosti atmosfernoy kamery [Method for determining the amount of condensate in the cavity of the atmospheric chamber]. Trudy XV Mezhd. ucheb.-nauch.-prakt. konf. «Truboprovodnyy transport - 2020» [Proc. of the XV International Educational and Scientific Practical Conference "Pipeline Transport - 2020"].Ufa, 2020, pp. 89-90.

9. GOST R 8.736-2011 Gosudarstvennaya sistema obespecheniya yedinstva izmereniy. Izmereniya pryamyye mnogokratnyye. Metody obrabotki rezul'tatov izmereniy [State Standard R 8.736-2011 State system for ensuring the uniformity of measurements. Multiple Direct measurements. Methods of measurement results processing. Main positions].

10. RD 153-39.4-033-98 Normy yestestvennoy ubyli nefteproduktov pri priyeme, transportirovanii, khranenii i otpuske na ob'yektakh magistral'nykh nefteproduktoprovodov [RD 153-39.4-033-98 Norms of natural loss of petroleum products when receiving, transporting, storing and dispensing at the facilities of main oil product pipelines]. Moscow, Transnefteprodukt Publ., 1998. 24 p.

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ / INFORMATION ABOUT THE AUTHORS

Габдинуров Руслан Рамилевич, аспирант кафедры транспорта и хранения нефти и газа, Уфимский государственный нефтяной технический университет.

Гареев Мурсалим Мухутдинович, д.т.н., проф., заместитель завкафедрой транспорта и хранения нефти и газа, Уфимский государственный нефтяной технический университет.

Ruslan R. Gabdinurov, Postgraduate Student of the Department of Transportation and Storage of Oil and Gas, Ufa State Petroleum Technological.

Mursalim M. Gareev, Dr. Sci. (Tech.), Prof., Deputy Head of the Department of Transport and Storage of Oil and Gas, Ufa State Petroleum Technological University.