CC BY
58
УДК 622.692; 622.691
ПРИМЕНЕНИЕ СПЕЦИАЛЬНОГО ПОКРЫТИЯ НА ОБЪЕКТАХ ТРАНСПОРТА И ХРАНЕНИЯ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ
О. С. Босюк, В. Ю. Данов, В. П. Пивнов, М. А. Пивнова
THE USE OF SPECIAL COATINGS ON OBJECTS OF TRANSPORT AND STORAGE OF OIL AND OIL PRODUCTS
O. S. Bosuk, V. Ju. Danov, V. P. Pivnov, M. A. Pivnova
Аннотация. Актуальность и цели. Потери легких фракций углеводородов из нефти и нефтепродуктов за счет суточного колебания температуры объектов хранения влекут за собой серьезные экономические потери. Цель данного исследования -уменьшение суточных колебаний температуры газового пространства резервуара за счет применения специального покрытия, снижающего уровень воздействия солнечной радиации. Материалы и методы. Поиск решения проблемы сокращения испарения легких фракций углеводородов был осуществлен с помощью экспериментальных исследований на примере моделей вертикальных и горизонтальных резервуаров. Результаты. В работе подробно описаны виды потерь нефтепродуктов, а также способы их сокращения. На основе экспериментов, моделирования и технико-экономического анализа предложен способ сокращения потерь легких фракций углеводородов от испарения. Выводы. За счет применения специального светоотражающего покрытия объектов транспорта и хранения нефтепродуктов возможно значительно снизить количество испарения легких фракций углеводородов из нефти и нефтепродуктов.
Ключевые слова: хранение нефтепродуктов, потери нефтепродуктов, светоотражающее покрытие.
Abstract. Background. Loss of light fractions of hydrocarbons from oil and oil products due to the daily fluctuations of temperature of the storage entail serious economic losses. The aim of this study reduce daily temperature fluctuations of gas space of the tank through the application of special coatings reduce the level of exposure to solar radiation. Materials and methods. The solution reduce the evaporation of light fractions of hydrocarbons was carried out with the help of experimental studies on models of vertical and horizontal tanks. Results. In the work described in detail the types of losses of petroleum products, as well as ways to reduce them. On the basis of experiments, simulation and techno-economic analysis of the proposed method to reduce loss of light fractions of hydrocarbons from evaporation. Conclusions. By applying a special reflective coating of objects of transport and storage of petroleum products may significantly reduce the amount of evaporation of light fractions of hydrocarbons from oil and oil products.
Key words: storage of petroleum products, the loss of petroleum products, reflective coating.
Введение
Нефть и нефтепродукты проходят сложный путь транспорта, хранения и распределения потребителям. При транспортировке нефти и нефтепродуктов, а также в процессе хранения важно не допускать снижения количественных и качественных показателей. Борьба с потерями углеводородов является одним из наиболее значимых путей экономии топливно-энергетических ре-
сурсов. Существенная доля потерь легких фракций углеводородов из нефти и нефтепродуктов от испарения приходится на объекты хранения (резервуары, цистерны и другие емкости). Разработка мер, направленных на сокращение потерь легких фракций углеводородов в процессе испарения из объектов транспорта и хранения нефти и нефтепродуктов, а также снижение загрязнения окружающей среды, является первостепенной задачей, стоящей перед нефтегазовой промышленностью Российской Федерации.
1. Потери нефти и нефтепродуктов и способы их сокращения
Безвозвратные потери нефти и нефтепродуктов распределяются следующим образом: потери на нефтепромыслах - 4,0 %; на нефтеперерабатывающих заводах - 3,5 %; при транспортировке и хранении нефти и нефтепродуктов на нефтебазах и нефтепродуктопроводах - 2,0 %. Всего - 9,5 % [1].
Испарение легких фракций углеводородов приводит к изменению физико-химических свойств, ухудшению их товарных качеств. Вследствие ухудшения товарных качеств нефтепродуктов могут наблюдаться такие явления, как затруднение запуска двигателей, снижение надежности работы узлов и систем двигателей, а также сокращение срока эксплуатации агрегатов. Кроме того, может наблюдаться увеличенный расход топлива. При потере углеводородов из нефти и нефтепродуктов загрязняется окружающая среда и повышается пожарная опасность на предприятиях.
Все потери нефти и нефтепродуктов можно разделить на количественные, качественно-количественные и качественные. Кроме того, потери нефти и нефтепродуктов в зависимости от причины их возникновения принято разделять на три группы потерь, характеризующих естественную убыль, эксплуатационные потери и безвозвратные потери при авариях.
В случае количественно-качественных потерь происходит количественная потеря преимущественно за счет испарения легких фракций углеводородов с одновременным ухудшением качества нефтепродуктов.
Условно потери нефти и нефтепродуктов от испарения принято разделять на следующие виды:
1) потери при заполнении резервуаров («большие дыхания»);
2) потери при неподвижном хранении («малые дыхания»);
3) потери вследствие выкачки нефти либо нефтепродукта во время до-насыщения газового пространства («обратный выдох»);
4) потери по причине негерметичности газового пространства («вентиляция»).
В свете представленных выше фактов важной задачей является сокращение потерь от испарения вследствие «малых дыханий».
Существуют различные методы снижения потерь нефти и нефтепродуктов от испарения при малых и больших дыханиях. Общепринятая система классификации способов сокращения потерь нефти и нефтепродуктов от испарения представлена на рис. 1.
Добиваясь хранения нефти или нефтепродуктов в изотермических условиях либо снижения амплитуды температурного колебания посредствам отражения солнечной радиации, можно полностью устранить либо уменьшить потери от «малых дыханий».
Рис. 1. Классификация методов сокращения потерь нефтепродуктов от испарения
Наиболее простыми, а соответственно, и дешевыми способами снижения амплитуды колебания температуры газового пространства резервуара в течение суток являются:
- применение специальной защитной окраски объектов транспорта и хранения нефти и нефтепродуктов - резервуаров;
- сооружение защитных экранов;
- естественное затенение небольших резервуаров с помощью высадки растений.
Более сложные и, как следствие, дорогие - применение тепловой изоляции, орошение стенок и крыши резервуаров либо их размещение под землей.
Нанесение краски на стенки и крышу резервуаров широко применяется как способ сокращения потерь легких фракций углеводородов от испарения. Кроме того, окраска резервуара защищает его от коррозии. Цвет окраски в значительной степени оказывает влияние на нагрев стенок и крыши резервуаров, соответственно, и на нагрев нефти и нефтепродуктов, находящихся в резервуарах, и, как следствие, на объем потерь нефти и нефтепродуктов. Зависимость отражающей способности окрашенных поверхностей резервуаров от их цвета краски представлена в табл. 1.
На практике распространен способ уменьшения объема потерь легких фракций углеводородов из нефти и нефтепродуктов при испарении за счет окрашивания наружных поверхностей стенок и крыши резервуаров красками, отражающими солнечный свет (табл. 2).
Таблица 1
Отражающая способность поверхностей резервуаров в зависимости от их окраски [2]
Окраска Коэффициент отражения Окраска Коэффициент отражения
Зеркальная 100,0 Алюминиевая 59,2
Белая 90,0 Светло-серая 57,0
Светло-кремовая 88,5 Серая 47,0
Светло-розовая 86,5 Алюминиевая (выветрившаяся) 35,5
Голубая 85,0
Светло-зеленая 78,5 Неокрашенная 10,0
Алюминиевая (новая) 67,0 Черная 0
Таблица 2 Зависимость потерь нефтепродуктов от испарения в вертикальных стальных резервуарах от вида окраски их поверхности [1]
Вид окраски Потери из РВС в долях единицы Сокращение потерь от вида окраски, %
Черная или красная (новый неокрашенный резервуар) 1,00 0
Белая краска (МЛ - 12 ПХБ - 1) 0,46 54
Алюминиевая старая обветренная после 2-3 лет эксплуатации 0,82 18
Алюминиевая после 0,5-1 года эксплуатации 0,63 37
Алюминиевая свежая со сроком эксплуатации до 0,5 года 0,56 44
2. Экспериментальное исследование специальных типов покрытий
Уменьшение суточных колебаний температуры газового пространства резервуара предлагается за счет применения специального покрытия, снижающего уровень воздействия солнечной радиации на основе отражающей пленки.
С целью определения эффективности применения светоотражающей пленки были проведены экспериментальные исследования на моделях вертикальных и горизонтальных резервуаров. Модели резервуаров были покрыты белой, алюминиевой красками и специальной пленкой. Нагрев от солнечного света имитировался с помощью прожектора. Изменение температуры окружающего модели резервуаров воздуха наблюдалось посредствам ртутных и цифровых термометров. Также в процессе эксперимента производились контрольные взвешивания резервуаров с нефтепродуктом на весах с высоким классом измерения. Эксперименты проводились на резервуарах, заполненных нефтепродуктами на 90, 50 и 25 %. Результаты экспериментов представлены на рис. 2-4.
О 50 ion lio 200 250 300 ^50 400 450 500
Время, мин
—•—Температур а окружающей среды
Температура резервуара, окрашенного в белый цвет —А—Температура резервуара, покрытого специальной птенкоп
Рис. 2. Динамика изменения температуры окружающей среды и нефтепродуктов в случае заполнения резервуаров на 90 %
1?
О 50 100 150 200 250 300 350 400 450
Время, мин
> Темпер ат> р а окру ж а ю щей ср еды
Температу ра резервуара, окрашенного е белый цвет —^—Температура резервуара, покрытого специальной пленкой
Рис. 3. Динамика изменения температуры окружающей среды и нефтепродуктов в случае заполнения резервуаров на 50 %
В ходе эксперимента наблюдался нагрев моделей резервуаров и окружающего воздуха за счет исходящего от прожектора излучения. При этом абсолютная температура, до которой нагревалась модель резервуара, окрашенного в белый цвет, за счет теплового излучения была значительно выше
(в среднем на 4 °С) температуры нагрева резервуара с нанесенным светоотражающем покрытием. Кроме того, динамика роста температуры резервуара, окрашенного в белый цвет, была выше, чем у резервуара со специальным покрытием. Такой же эффект наблюдался и во время остывания резервуаров: резервуар со светоотражающим покрытием остывал быстрее резервуара, окрашенного в белый цвет. Замеры изменения массы резервуаров с нефтепродуктами показали, что потери нефтепродуктов в моделях резервуаров, окрашенных белой краской, в 1,5-2 раза больше, чем потери в резервуарах со светоотражающим покрытием. Такая разница в количестве потерь может быть объяснена разницей температуры, до которой нагревались модели резервуаров.
18
1б
О 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
Время, мин
* Темггер ату ра окружающей ср еды
Температура резерву ара. окрашенного в белый цвет А Температура резервуара, покрытого специальной пленкой
Рис. 4. Динамика изменения температуры окружающей среды и нефтепродуктов в случае заполнения резервуаров на 25 %
На основании экспериментальных данных, в частности динамики изменения температуры, а также согласно нормативно-технической документации был проведен расчет количества потерь нефтепродуктов. Результаты проведенного расчета подтвердили снижение количества потерь нефтепродуктов за счет применения светоотражающего покрытия.
В работе также был рассмотрен вопрос крепления покрытия к стенкам резервуаров и цистерн. Так как на сегодняшний день светоотражающее покрытие резервуаров и цистерн не применяется, были проанализированы имеющиеся патенты и разработки крепления покрытий в нефтегазовой промышленности и смежных областях.
По итогам результатов экспериментов работы был проведен технико-экономический анализ применения специальной светоотражающей пленки
для снижения количества потерь от испарения в резервуарах и цистернах, который подтвердил эффективность применения данной разработки.
Заключение
По результатам экспериментов, математических моделей и технико-экономического анализа применения различных типов красок и покрытий резервуаров и цистерн можно сделать следующие выводы:
- применение светоотражающей пленки снижает количество потерь нефтепродуктов почти в два раза по сравнению с резервуарами, окрашенными белой краской;
- увеличивается срок эксплуатации дыхательных клапанов на резервуарах и предохранительных клапанов на цистернах за счет снижения частоты срабатывания клапанов;
- улучшается экологическая обстановка за счет снижения количества выбросов легких углеводородов;
- снижается пожароопасная обстановка на нефтебазах, оборудованных резервуарами со специальным покрытием;
- сохраняется качество хранимого нефтепродукта в резервуарах со светоотражающим покрытием;
- достигаемый экономический эффект от применения специального светоотражающего покрытия резервуаров и цистерн выше, чем в случаях применения резервуаров, окрашенных в белый цвет.
Выводы, полученные в ходе работы, позволяют с уверенностью говорить о высокой эффективности применения специального светоотражающего покрытия объектов хранения нефтепродуктов.
Список литературы
1. URL: http://gazovikneft.ru/articles/poteri/ (дата обращения: 27.01.2016).
2. Топливо, смазочные материалы и технические жидкости : учеб. пособие / В. В. Остриков, С. А. Нагорнов, О. А. Клейменов, В. Д. Прохоренков, И. М. Курочкин, А. О. Хренников, Д. В. Доровских. - Тамбов : Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2008. - 304 с.
Босюк Олег Сергеевич старший преподаватель, кафедра нефтепродуктообеспечения и газоснабжения,
Российский государственный университет нефти и газа им. И. М. Губкина, начальник управления предпроектных работ и экспертизы проектов, ЗАО «Газпром Инвест Юг» E-mail: bosyuk_oleg@mail.ru
Данов Виктор Юрьевич
заместитель начальника отдела, ПАО «Газпром» E-mail: danovvj@mail.ru
Bosyuk Oleg Sergeevich senior lecturer,
sub-department of oil and gas supply, Russian State University of oil and gas named after I. M. Gubkin, head of department of pre-work and examination projects, CJSC «Gazprom Invest Yug»
Danov Victor Yurjevich deputy head of department, PJSC «Gazprom»
Пивнов Валентин Петрович
ассистент,
кафедра нефтепродуктообеспечения и газоснабжения,
Российский государственный университет нефти и газа им. И. М. Губкина E-mail: pivnovalentin@rambler.ru
Pivnov Valentin Petrovich assistant,
sub-department of oil and gas supply, Russian State University of oil and gas named after I. M. Gubkin
Пивнова Марина Андреевна
ведущий документовед, факультет проектирования сооружения и эксплуатации систем трубопроводного транспорта,
Российский государственный университет нефти и газа им. И. М. Губкина E-mail: rina91@bk.ru
Pivnova Marina Andreevna lead document specialist, department of design, construction and operation of pipeline transport systems,
Russian State University of oil and gas named after I. M. Gubkin
УДК 622.692; 622.691 Босюк, О. С.
Применение специального покрытия на объектах транспорта и хранения нефти и нефтепродуктов / О. С. Босюк, В. Ю. Данов, В. П. Пивнов, М. А. Пивнова // Модели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе. - 2016. - № 2 (18). -С. 120-127.
