Выбор оптимального решения компоновки резервуарного парка предприятий нефтепродуктовопроводного транспорта

Паутова Татьяна Алексеевнаа; Судниковича Вера Геннадьевна

ВОДОСНАБЖЕНИЕ, КАНАЛИЗАЦИЯ, СТРОИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ОХРАНЫ ВОДНЫХ РУСУРСОВ

УДК 628.3.034.2

ПАУТОВА ТАТЬЯНА АЛЕКСЕЕВНА, аспирант, patama@mail.ru

СУДНИКОВИЧВЕРА ГЕННАДЬЕВНА, канд. техн. наук, доцент, hitroglazaya@mail.ru

Иркутский государственный технический университет,

664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83

ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО РЕШЕНИЯ КОМПОНОВКИ РЕЗЕРВУАРНОГО ПАРКА ПРЕДПРИЯТИЙ НЕФТЕПРОДУКТОВОПРОВОДНОГО ТРАНСПОРТА

Изложены основные требования для металлических резервуаров при проектировании нефтебаз. Приведена методика расчета укрупненных норм водопотребления и водоотведения на предприятиях нефтепродуктообеспечения Разработана программа для подбора оптимальной компоновки резервуарных парков предприятий нефтепродуктовопроводного транспорта.

Ключевые слова: математическое моделирование, оптимизация систем водоотведения, экономические и технологические критерии, оптимизация проектных решений строительства, перевооружение и реконструкция систем водоотведения промышленных предприятий.

PAUTOVA, TATIANA ALEKSEYEVNA, P.G., patama@mail.ru

SUDNIKOVICH, VERA GENNADYEVNA, Cand. of tech. sc., assoc. prof.,

hitroglazaya@mail.ru

Irkutsk State Technical University,

83 Lermontova st., Irkutsk, 664074, Russia

CHOICE OF THE OPTIMAL SOLUTION FOR ARRANGEMENT OF THE RESERVOIR STORAGE AT THE OIL-TRANSPORTING PLANT

The main requirements for metal trunks used in projecting of oil storages are considered in the paper. The method of calculation of the average standards of water consumptions and

draining at the oil storage plants is described. The program for choosing the optimal arrangement of reservoirs for oil storage plants was developed.

Keywords, mathematical modeling of drainage system, optimization of drainage systems, economical and technological criterions, optimization of designed decision of construction, reconstruction of drainage systems of industrial enterprises.

Предприятия нефтепродуктовопроводного транспорта (в том числе нефтебазы) отличаются определенным набором сооружений, основным из которых являются резервуарные парки. Более точное определение нефтебаз характеризует их как сложные многофункциональные системы с объектами различного производственно-хозяйственного назначения, выполняющие задачи бесперебойного и надежного обеспечения потребителей нефтью и нефтепродуктами, а также как самостоятельные предприятия, обеспечивающие необходимые условия приема, хранения и отпуска нефти и нефтепродуктов, регенерации масел, сбора и отгрузки отработанных нефтепродуктов.

Выбор того или иного типа резервуара для хранения нефтепродукта должен быть обоснован технико-экономическим расчетом в зависимости от категории нефтебазы, климатических условий, условий эксплуатации и характеристики нефти или нефтепродукта.

По общей вместимости и максимальному объему одного резервуара нефтебазы подразделяются на пять категорий складирования - I, II, 111а, 111б, 111в [3, 5]. Так при I категории общая вместимость склада составляет свыше 100 000 м3, и не ограничивается максимальный объем одного резервуара. При общей вместимости склада до 2 000 м3 включительно категория склада будет уже Шв, и максимальный объем одного резервуара ограничивается 700 м3.

Резервуары следует размещать группами, общая вместимость одной группы не должна превышать (м3),

200 000 - при использовании резервуаров с плавающей крышей или понтоном вместимостью 50 000 м3 и более;

120 000 - при использовании резервуаров с плавающей крышей вместимостью не менее 50 000 м3;

120 000 - при хранении нефти и нефтепродуктов с температурой вспышки выше 45 °С в резервуарах со стационарной крышей вместимостью 50 000 м3 и менее;

80 000 - при хранении нефти и нефтепродуктов с температурой вспышки 45 °С и ниже в резервуарах со стационарной крышей вместимостью 50 000 м3 и менее.

Вместимость резервуара с плавающей крышей должна быть не более 120 000 м3, с понтоном или стационарной крышей - не более 50 000 м3.

Резервуары вместимостью 1 000 м3 следует располагать в группе не более чем в четыре ряда; вместимостью от 1 000 м3 до 10 000 м3 - не более чем в три ряда; вместимостью 10 000 м3 и более - в один или два ряда.

Резервуары вместимостью до 400 м3 для нефти и нефтепродуктов допускается располагать на одной площадке в группе общей вместимостью до 4 000 м3, при этом расстояние между стенками резервуаров не нормируется,

а расстояние между ближайшими резервуарами соседних групп следует принимать 15 м.

Расстояние между наземными резервуарами для нефти и нефтепродуктов, располагаемыми в одной группе, должно быть:

- 0,5 диаметра, но не более 20 м для резервуаров с плавающей крышей;

- 0,65 диаметра для резервуаров с понтоном;

- 0,75 диаметра, но не более 30 м для резервуаров со стационарной крышей при хранении в них нефти и нефтепродуктов с температурой вспышки 45 °С и ниже и 0,5 диаметра, но не более 20 м при хранении в них нефти и нефтепродуктов с температурой вспышки более 45 °С.

Расстояние между стенками ближайших резервуаров, расположенных в соседних группах, должно быть: 40 м - для наземных резервуаров; 15 м -для подземных резервуаров.

Металлические резервуары должны периодически зачищаться:

- не менее двух раз в год - под топлива для реактивных двигателей, авиационных бензинов, авиационных масел и их компонентов;

- не менее одного раза в год - для присадок к смазочным маслам и масел с присадками;

- не менее одного раза в два года - для остальных масел, автомобильных бензинов, дизельных топлив, парафинов и других аналогичных им по свойствам нефтепродуктов [4].

Гидравлическое испытание резервуара на плотность и прочность проводят, заполняя его водой. Промывку и испытания рекомендуется проводить в теплое время года или при температуре окружающего воздуха не ниже +5 °С. Резервуар считается выдержавшим гидравлическое испытание, если в процессе испытания по истечении 24 ч на поверхности корпуса резервуара или по краям днища не появится течи и уровень воды не будет снижаться, то есть утечек не допускается. Резервуар вместимостью более 5 000 м3 выдерживается под нагрузкой в течение 72 ч [1].

Исследования показали, что рациональная компоновка резервуарного парка позволяет сократить расходы производственных и поверхностных сточных вод. Для подбора рациональной компоновки резервуаров можно использовать «ручной» способ подбора вариантов для каждой категории нефтебаз. Однако данный способ является самым трудоемким и требует очень много времени. Наибольшие затраты времени и труда требуются при расчете резервуарного парка нефтебазы I категории, так как она характеризуется максимальным грузооборотом. С целью сокращения трудоемкости расчетов был составлен программный комплекс для подбора наименьшей площади резерву-арного парка. В данной программе используются два метода исследования операций: метод простого перебора и метод ветвей и границ; помимо использования данных методов в программе можно произвести «ручной» подбор резервуаров. Исследование операций заключается в разработке и применении методов нахождения оптимальных решений на основе математического и статистического моделирования [6]. Характерной особенностью исследования операций является системный подход к поставленной проблеме - главный методологический принцип исследования операций. Он заключается в том,

что любая решаемая задача должна рассматриваться с точки зрения влияния на критерии функционирования системы в целом. Для исследования операций характерно то, что при решении каждой проблемы могут возникать новые задачи. Важная особенность исследования операций состоит в стремлении найти оптимальное решение поставленной задачи (принцип «оптимальности»). Как было упомянуто ранее, нами были применены два метода оптимизации:

1. Метод простого перебора, который заключается в решении задачи путем перебора всех возможных вариантов. Данный метод является аналогом «ручного» подбора компоновки резервуаров, но требует гораздо меньше времени для нахождения оптимального варианта.

2. Метод ветвей и границ, который является общим алгоритмическим методом для нахождения оптимальных решений различных задач оптимизации. По существу, метод является комбинаторным (алгоритм перебора) с отсевом множества допустимых решений, не содержащих оптимальных решений. Данный метод применяется для решения задач целочисленного линейного программирования. А для решения нашей задачи как раз и необходим принцип целочисленности.

Общая идея методов характеризуется как поиск минимума и максимума во множестве допустимых значений. Для нашей программы с помощью вышеописанных методов будет производиться выбор варианта компоновки ре-зервуарного парка с наименьшей площадью из числа всех возможных. Таким образом будет осуществляться поиск минимума во множестве всех допустимых значений.

Программа позволяет не только проводить оптимизацию размеров ре-зервуарного парка на основе минимизации площади, занимаемой им, но и рассчитывать расход воды, необходимый на зачистку днищ и промывку стенок резервуаров в зависимости от типа нефтепродуктов. Для этого в программе учитывается сама методика расчета укрупненных норм водопотребления и водоотведения на предприятиях нефтепродуктообеспечения [2].

На нефтебазах водоемкими операциями технологического процесса являются зачистка резервуаров, эксплуатация котельной, производство анализов в лаборатории, охлаждение насосных агрегатов.

Расчет общего количества воды Q (м3/год), используемой на зачистку резервуаров, определяется по формуле

Q=—.

10

где Р - норма расхода воды (либо на днище, либо на стенки резервуара), приведенная в методике, м3/10 м2; Б - площадь промывки, м2.

Рассмотрим два варианта компоновки резервуаров, рассчитанных с помощью предлагаемой программы. Сначала возьмем нефтебазу категории 111в с необходимым объемом 1600 м3, I типом нефтепродуктов и первым методом расчета (методом ветвей и границ). Программа самостоятельно подберет оптимальный вариант компоновки резервуарного парка с минимальной площадью, а затем мы сами сделаем подборку резервуаров для данного грузооборо-

та (1600 м3). При этом в программе есть ограничение по типам резервуаров для каждой категории нефтебазы.

На рис. 1 видно, что программа выдала такую компоновку: один резервуар объемом 200 м3 и два резервуара объемом 700 м3. Данная комбинация имеет следующие характеристики: площадь резервуаров - 205,31 м2, расход воды на зачистку днища - 211,46 м3, расход воды на промывку стенок -571,6 м3, общий расход воды на данные резервуары - 783,06 м3.

Расчет количественного состава резервуаров

Стартовые параметры склада

Т ип склада: 111 в ▼

" Расчеты------------

Необходимый объем: 1600

□бьем, м3

Р 100 Г7 200 р 300 |7 400 |7 700

1000

2000

3000

5000

10000

15000

20000

30000

Размеры

Диаметр, м2 Б днища, м2 5 стенок, м2

4,73 17,56 44,41

6,63 34,51 62,25

7,58 45,10 88,66

8,53 57,12 99,77

10,43 85,40 146,39

10,43 85,40 195,19

15,18 180,89 284,08

18,98 282,79 355,20

20,92 343,55 489,38

28,50 637,62 801,83

34,20 Э18,17 962,20

39,90 1249,73 1122,56

45,60 1632,30 1282,93

расход

Объем, м3 100 200 300 400 700 1000 2000 3000 5000 10000 15000 20000 30000

Количество

0

1 О О 2 О О О О О О О О

Т ип нефтепродукта: 11 ▼ |

Метод: | метод 1

I

Площадь = 205,31

Расход воды на днище = 211,46

Расход воды на стенки - 571 ,6

Общий расход воды = 783,06

Расход воды на днище Расход воды на стенки

01, тЗ 011, тЗ (3111, тЗ □ IV 30, тЗ 0IV 100, тЗ 01, тЗ ОМ, тЗ 0111, тЗ 0ІУ, тЗ

18,09 21,95 27,75 59,89 87,81 71,50 86,15 92,81 111,02

35,54 43,13 54,52 117,67 172,53 100,22 120,76 130,10 155,62

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

46,46 56,38 71,26 153,80 225,52 142,74 172,00 185,30 221,65

58,83 71,41 90,25 194,77 285,59 160,63 193,56 208,52 249,43

87,96 106,75 134,93 291,20 426,98 235,69 274,00 305,96 365,98

87,96 106,75 134,93 291,20 426,98 314,26 378,67 407,95 487,98

186,32 226,11 285,81 616,83 904,45 457,38 551,12 593,74 710,21

291,27 353,49 446,81 964,31 1413,94 571,87 689,09 742,37 888,00

353,86 429,44 542,81 1171,51 1717,76 787,90 949,40 1022,81 1223,45

656,74 797,02 1007,43 2174,27 3188,08 1290,95 1555,55 1675,83 2004,85

945,71 1147,71 1450,70 3130,95 4590,84 1459,14 1866,66 2010,99 2405,49

1287,22 1562,16 1974,57 4261,57 6248,64 1807,33 2177,77 2346,16 2806,41

1681,27 2040,37 2579,03 5566,13 8161,49 2065,52 2488,88 2681,32 3207,32

ииіиу- нормы расхода воды для зачистки днищ ииіиу- нормы расхода воды для зачистки днищ

и стенок для каждой группы и стенок для каждой группы

1 (тЗ/т2) = 1,03 IV (тЗ/'т2) осадок 30 мм = 3,41 I (тЗ/пп2) = 1,61 III (тЗ/т2)= 2,09

II (тЗ/т2) = 1,25 IV (тЗ/т2) осадок 100 мм = 5 II (тЗ/т2) = 1,94 IV (тЗ/т2) = 2,5

I (тЗ/т2)= 1,58

Рис. 1. Первый вариант компоновки (программный)

Далее для сравнения рассмотрим вариант с ручным подбором типов резервуаров (рис. 2). Все начальные условия остались прежними, кроме компоновки резервуаров. При подборе возможен любой из возможных вариантов, например: два резервуара по 100 м3, два резервуара по 300 м3 и два резервуара по 400 м3. Такая компоновка имеет следующие характеристики: площадь резервуаров - 239,56 м2, расход воды на зачистку днища - 246,76 м3, расход воды на промывку стенок - 749,74 м3, общий расход воды на данные резервуары - 996,50 м3.

Сравнительная оценка полученных результатов двух вариантов расчета показала разницу значений по площадям резервуаров на 11 %, а по расходам воды - на 21 %.

Расчет количественного состава резервуаров

Стартовые параметры склада

Т ип склада: [ый ^

Объем, м3

р 100 р 200 р 300 р 400 р 700

1000

2000

3000

5000

10000

15000

20000

30000

Размеры

Диаметр, м2 5 днища, м2 Б стенок, м2

4,73 17,56 44,41

6,63 34,51 62,25

7,58 45,10 88,66

8,53 57,12 99,77

10,43 85,40 146,39

10,43 85,40 195,19

15,18 180,89 284,08

18,98 282,79 355,20

20,92 343,55 489,38

28,50 637,62 801,83

34,20 918,17 962,20

39,90 1249,73 1122,56

45,60 1632,30 1282,93

Расчеты

Необходимый объем: 11600 Расчитать

1 ( Ш?Ш 1

Объем, м3 Количество Т ип нефтепродукта: [ I

100 200 2 0 Метод: | метод

300 2 Г

400 2 Площадь = 239,56

700 0

1000 2000 0 0 Расход воды на днище = 246,76

3000 5000 0 0 Расход воды на стенки = 749,74

10000 15000 0 0 Общий расход воды = 996,5

20000 0

30000 0

Расход воды на днище 131, тЗ ОН, тЗ 0111, тЗ 01У 30, тЗ 0ІУ100, тЗ Расход воды на стенки 01, тЗ 011, тЗ 0111, тЗ 01У, тЗ