Задание
Задание студенту Джуманову Ильвару Фаридовичу
гр. РЭМ-441 «Потери нефтепродуктов от испарения из резервуаров. Расчет потери бензина от больших дыханий».
Задание на расчет потерь бензина.
Определить потери бензина при «большом дыхании» из резервуара РВС-5000, расположенного в г. Уфе на перевалочной нефтебазе. Диаметр резервуара Др = 22,76 м., высота Нр = 11,9 м, высота корпуса крыши hk
=0,57 м, высота взрыва бензина начальная вз
=7м, высота взрыва конечная . Закачка длится t=2,5 часа, с производительностью Q=60м3
/ч. Средняя температура бензина Tср
=298 К.
Время простоя резерва Тср
=17,5 ч. Закачка производится днем в ясную солнечную погоду. Нагрузка дыхательных клапанов Pк.в.=196,2 Па.
Рк.д. =1362 Па. Барометрическое давление Ра=0,1013. Температура начала кипения бензина Тн.к.=319 К, плотность , давление насыщенных паров 311 К. Географическая широта расположения резервуара ’.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение. 4
1. Расчет потерь бензина от «большого дыхания». 6
2. Некоторые методы и средства снижения потерь нефти и нефтепродуктов. 15
2.1 Резервуары для хранения легковоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ) 15
2.2 Резервуары с металлическими и синтетическими понтонами. 15
2.3 Резервуары с плавающей крышей. 16
2.4 Резервуары повышенного давления. 18
2.5 Резервуары с эластичными полимерными оболочками (ПЭО) 19
2.6 Подземное и подводное хранение топлив. 19
2.7 Использование дисков - отражателей. 20
3. Техника безопасности. 22
Заключение. 23
Список литературы.. 24
Введение
Нефть и нефтепродукты проходят сложный путь транспортировки, хранения и распределения. От скважин до установки нефтеперерабатывающего завода, от завода до потребителя. При этом они подвергаются многочисленным транспортным операциям, которые сопровождаются потерями, составляющими около 9% от годовой добычи нефти. Из них 2-2,5% приходятся на потери в сфере транспорта, хранения и распределения нефтепродуктов. Эти потери подразделяются на количественные (утечки, разливы, аварии), качественно-количественные (испарение, смешение). Значительную долю в общем балансе потерь составляют потери от испарения в резервуарах и при сливо-наливных операциях.
Испарение нефти и бензинов приводит к изменению их физико-химических свойств, уменьшению выхода светлых нефтепродуктов при переработке нефти, ухудшению эксплуатационных характеристик двигателей. В связи с этим затрудняется запуск двигателей, надежность их работы, увеличивается расход топлива и сокращается срок эксплуатации. Теряемые легкие углеводороды загрязняют окружающую среду и повышают пожароопасность предприятий.
По данным исследований Всероссийского Научного исследовательского института по сбору, подготовке и транспорту нефти (ВНИИСПТ нефти), при испарении 2% по весу легких фракций автобензин октановое число снижается в среднем Na
=0,4 единицы, а удельная мощность двигателя Na
= 0,24-0,4%.Этому снижению октанового расхода топлива Na
0,3 – 0,36% для различных марок автобензина.
Потери нефтепродуктов на нефтебазах происходят в результате нарушения правил технической эксплуатации сооружений и технологического оборудования. Эти потери (от утечек, смешения, загрязнения, обводнения, неслитого остатка и др.) должна быть полностью ликвидирована или уменьшена путем повышения технического уровня эксплуатации, проведения организационно-технических и профилактических мероприятий.
Одним из основных видов потерь нефти и нефтепродуктов являются потери от «больших дыханий» резервуаров при закачке продукции. «Зеркало» нефтепродуктов при этом как торец поршня в поршневом насосе поднимается вверх и, снимая газовое пространство резервуара, заставляет открыться тарелкам механических дыханий клапанов. Ниже представлен расчет потерь бензина от «большого дыхания» РВС-5000.
1. Расчет потерь бензина от «большого дыхания»
1. Определим площадь зеркала бензина
(1)
где dр
– внутренний диаметр резервуара, м.
dр
=22,76 м.
2. Найдем высоту газового пространства после закачки бензина.
Нг1
=Нр
-Нвз
+, м (2)
где Hр
- высота резервуара, м. Hр
=11,9м.
Нвз
= высота взрыва после закачки бензина, м.
Нвз
=11м.
- объем, ограничиваемый поверхностью крыши и плоскостью, проходящей через верхний срез цилиндрической части резервуара (для вертикальных цилиндрических резервуаров с конической крышей, здесь hk
– высота конуса крыши, м.)
, м (3)
3. Абсолютное давление в газовом пространстве резервуара до закачка Рр
=101325Па
4. Находим высоту газового пространства резервуара до закачки с учетом конуса крыши.
(4)
где - высота взлива бензина конечная, м.
=11м.
- высота взлива бензина начальная, м.
=7м.
=5,09м.
5. Найдем объем газового пространства резервуара
, м3
(5)
где fб
- площадь зеркала бензина, м2
6. Найдем отношение абсолютного давления газового пространства резервуара к средней температуре бензина
(6)
7. По графику (рис.1.) для определения плотности бензиновых паров, исходя из уравнения состязания
(7)
найдем плотность паров бензина, где р1
– абсолютное давление в газовом пространстве, Па
Рис.1. График для определения плотности бензиновых паров
М- молярная масса паров бензина, кг/моль;
- универсальная газовая постоянная, Дж/(моль∙К)
=8314,3 Дж/(моль∙К)
Т – средняя температура бензина, Тпср
= 298 К.
8. По формуле Воинова находим молярную массу бензиновых паров
(8)
где Тп
=Тн.к
-30К (9)
где Тн.к
– температура начала кипения бензина, К
Тн.к
= 319К,
Тогда Тн
=319-3=289К.
Подставляем значение Тн
в формулу (8)
М = 52,629-0,246∙289+0,001∙2892
=65,056 кг/моль
9. Подставляя данные в формулу (7), получим:
10. Находим суммарное время до окончания закачки бензина
, (10)
где fпр
- время простоя резервуара до закачки,
fпр
=17,5г
f3
- время закачки резервуара,
f3
=2,5 часа
f=17,5+2,5=20часов
11. Найдем прирост средней относительной концентрации в газовом пространстве резервуара за время простоя , (табл 25 [2]) , где Сs – концентрация бензиновых паров на линии насыщения.
(для =20часов при солнечной погоде) (11)
12. Вычислим скорость выхода паровоздушной смеси через 2 дыхательных клапана типа НДКМ-200
, (11)
где Q – производительность закачка, м3
/ч
Q=60м3
/м3
,
d – диаметр (внутренний) дыхательного клапана НДКМ-200, d=200мм = 0,2м.
2 – число дыхательных клапанов.
13. Произведем нахождение величины - прироста средней относительной концентрации в газовом пространстве резервуара за время выкачки бензина (по графику24 [2]), рис.3.
Рис. 3. Зависимость часового прироста относительной концентрации в газовом пространстве во время выкачки из резервуара, оборудованного двумя дыхательными клапанами типа НДКМ:
1 - РВС-300;
2 – РВС-500;
3 – РВС-10 000;
4 – РВС-20 000;
(12)
14. Найдем среднюю относительную концентрацию в газовом пространстве резервуара в рассматриваемый период
(13)
где - высота газового пространства резервуара после закачки бензина, м
=1,09
- высота газового пространства резервуара до закачки бензина, м
=5,09
- время закачки, час. =2,5 часа
- средняя относительная концентрация в газовом пространстве резервуара за время 2,5 часовой закачки
=0,052
- средняя относительная концентрация в газовом пространстве резервуара за время простоя, =0,2
15. Определим давление насыщенных паров бензина
По графику 23 [2] для Тп ср
=2980
К (рис.4)
Рs
= 28800 Па
Рис.4. График для определения давления насыщенных паров нефтепродуктов: 1 – авиационные бензины; 2 – автомобильные бензины
16. Определим среднее расчетное парциальное давление паров бензина
(14)
где - средняя относительная концентрация в газовом пространстве резервуара в рассматриваемый период, = 0,544
- среднее расчетное парциальное давление паров бензина, =28800 Па
=0,544ּ28800=15667 Па
17. Рассчитаем потери бензина на одного «большого дыхания»
(15)
где - объем закачиваемого в резервуар бензина за 2,5 часа,
=2,5ּQ=2.5ּ650=1625 м3
- объем газового пространства резервуара перед закачкой бензина, м3
, =2070 м3
- абсолютное давление в газовом пространстве в конце закачки
Р2
=Ра
+Рк.у
, (16)
где Ра
– барометрическое (атмосферное) давление Ра
=101320 Па,
Рк.у
– нагрузка дыхательных клапанов, Па
Рк.у
= 1962
Р2
= 101320+1962=103282 Па
Р1
– абсолютное давление в газовом пространстве в начале закачки, Па
Р1
=Ра
-Рк.в.
Па, (17)
где Рк.в.
– нагрузка вакуумного дыхательного клапана, Рк.в.
= 196,2 Па
Р1
=101320-196,2=101123,8 Па
Ру
– среднее расчетное парциальное давление паров бензина, Ру
= 15667 Па
- плотность паров бензина, кг/м3
, =2,98 кг/м3
18. Определим, на какое давление должен быть установлен дыхательный клапан, чтобы при расчетных условиях пп. 1-17 не было потерь от «большого дыхания».
(16)
где - объем газового пространства резервуара до закачки, м3
, =2070 м3
- объем газового пространства после прекращения закачки, м, =1625 м3
- величина упругости бензиновых паров, Па, =15667 Па
- абсолютное давление в газовом пространстве в конце закачки
=103282 Па
Естественно, такое значительное давление вертикальный цилиндрический резервуар типа РВС выдержать не сможет, поэтому нельзя перегружать дыхательные клапаны во избежание потерь «от большого дыхания».
2. Некоторые методы и средства снижения потерь нефти и нефтепродуктов
Транспортирование, хранение, приём и выдача горючего (моторных топлив) обычно сопровождается потерями, которые с точки зрения их предотвращения условно можно разделить на потери естественные, эксплуатационные, организационные и аварийные. Ущерб, наносимый потерями топлива, определяется не только их стоимостью, но и загрязнением окружающей среды [3]. Загрязнение атмосферы парами нефтепродуктов оказывает вредное воздействие на окружающую среду и здоровье человека. К естественным потерям нефтепродуктов следует отнести потери от испарения. Потери топлива при использовании наиболее широко распространённого соврем
2.1 Резервуары для хранения легковоспламеняющихся жидкостей
(ЛВЖ)
При хранении ЛВЖ стравливание паров происходит практически постоянно и только в атмосферу. Периодичность стравливания и количество продуктов, стравливаемых в атмосферу, зависит от типа и конструкции резервуара.
2.2 Резервуары с металлическими и синтетическими понтонами
Понтон состоит из металлических поплавков, выполненных в виде коробов - сегментов.
Синтетические понтоны практически непотопляемы вследствие отсутствия полых поплавков, могут легко быть смонтированы как во вновь строящихся, так и в действующих резервуарах, имеют значительно меньший вес и меньшую стоимость по сравнению с металлическими понтонами, незначительно уменьшают полезную емкость резервуара.
Впервые в 1968 г. Ново - Горьковском НПЗ был смонтирован понтон из синтетических материалов в резервуаре с крекинг - бензином. Уменьшение потерь от испарения составило 70 % [3].
Герметичность понтона, плотность затвора и, следовательно, эффективность его эксплуатации характеризуется степенью насыщения бензиновыми парами газового пространства, заключённого между кровлей и понтоном в резервуаре.
Степень насыщения газового пространства в момент замера определяется величиной, измеренной концентрации бензиновых паров, делённой на величину концентрации насыщения при минимальной суточной температуре, имея в виду, что концентрация насыщения по своей величине будет соответствовать давлению насыщенных паров.
При удовлетворительном монтаже понтона и отсутствии дефектов это отношение не должно превышать 0.3, что соответствует сокращению потерь топлива в размере около 80 % по сравнению с резервуаром без понтона. Если отношение меньше 0.3, то понтон работает удовлетворительно, а если больше 0.3, то понтон не имеет достаточной герметичности [3].
2.3 Резервуары с плавающей крышей
В отличие от резервуара с понтоном в резервуаре с плавающей крышей отсутствует кровля (рис.5). Существуют резервуары емкостью 3000, 10000, 50000 м3
с плавающими крышами.
Плавающая крыша имеет расположенные по периметру 32 короба - понтона трапециевидной формы. В нижнем положении она покоится на трубчатых опорных стойках на отметке 1800 мм от днища, а при заполнении — поднимается вместе со стойками. Положение плавающей крыши фиксируется двумя направляющими из труб диаметром 500 мм, предназначенных для отбора проб и замера уровня. Вода с плавающей крыши отводится по дренажной системе, состоящей из стальных труб с шарнирами. Спуск с площадки на плавающую крышу происходит по лестнице. Зазор между плавающей крышей и корпусом резервуара по проекту составляет 200 мм (максимальный — 300 мм и минимальный—120 мм). Для герметизации кольцевого зазора между плавающей крышей и корпусом применен мягкий уплотняющий затвор РУМ-1[3].
Рис.5 . Схема устройства резервуаров с плавающей крышей (а) и понтоном (б):
1 - корпус резервуара; 2 - стационарная крыша; 3 - нижние опоры понтона, 4 - направляющие плавающей крыши; 5 - плавающая крыша; б -уплотняющий скользящий затвор; 7- скользящая лестница; 8 -пластиковые покрытия понтона; 9 - пенополиуретановый слой; 10 -уплотнители; 11 - кольца жесткости; 12 - сборник осадков; 13 -дренажная система.
По данным [3], в США в среднем для 18000 резервуаров, из которых около 7000 со стационарной крышей, а остальные - с плавающей крышей или понтоном, потери следующие:
Таблица 1
| Давление насыщенных паров нефтепродукта в резервуаре, кПа | Потери, т/мес, из резервуаров | |
| со стационарной крышей | с плавающей крышей или понтоном | |
| 10-35 | 70 | 9 |
| 36-65 | 95 | 18 |
| 67-75 | 325 | 41 |
2.4 Резервуары повышенного давления
К резервуарам повышенного давления относятся каплевидные и сферические емкости типа ДИСИ и др. Промышленные испытания по определению эффективности каплевидного резервуара емкостью 2000 м в части сокращения потерь от испарения автобензина при различных операциях впервые проводились в осенний период 1958 г.
Дыхательный клапан был отрегулирован на избыточное давление 3000 мм вод. ст. и вакуум 130 мм вод. ст. Испытания показали, что при низких температурах окружающего воздуха потерь бензина от «малых дыханий» не было. Потери от «больших дыханий» снизились на 33—48%. Резервуары типа ДИСИ имеют емкость 400, 700, 1000 и 2000 м3
и рассчитаны на избыточное давление от 1300 до 2000 мм вод. ст. и вакуум 30—50 мм вод. ст. Расположение поясов ступенчатое. С внутренней стороны стенки для увеличения устойчивости при вакууме имеются кольца жесткости.
Стоимость резервуаров повышенного давления значительно выше стоимости вертикальных цилиндрических «атмосферных» резервуаров. На многих химических и нефтехимических предприятиях большое количество легковоспламеняющихся жидкостей (метанол, этиловый спирт, изопропиловый спирт, стирол, метилстирол и др.) хранят в «атмосферных» резервуарах, вследствие чего происходят большие потери продуктов и загазовывается воздушный бассейн [3].
2.5 Резервуары с эластичными полимерными оболочками (ПЭО)
Поиск способов исключения потерь от испарения ЛВЖ при их хранении ведет к разработке конструкции резервуаров с эластичными полимерными оболочками (ПЭО). Эта конструкция вообще исключает потери продукта от испарения.
ПЭО представляет собой мешок, который вкладывается в пространство, образуемое несущими конструкциями. Такие резервуары могут быть наземными и подземными.
Разработаны два типа резервуаров: цилиндрические и траншейные. Цилиндрические резервуары имеют предварительно напряженную стенку, купольное покрытие и грунтовое днище. Внутри этой конструкции подвешивается цилиндрическая полимерная оболочка.
Траншейные резервуары представляют собой котлованы, закрытые железобетонным покрытием или легким перекрытием из полимерных материалов. В траншею свободно укладывается оболочка - вкладыш, в котором хранится продукт.
Оболочки - вкладыши изготавливают из полимерных пленочных материалов: резинотканевые и на основе совмещенного полиамида. Широкое применение находят эластичные резервуары из полимерных материалов небольшого объема для хранения и перевозки автотранспортом [6].
2.6 Подземное и подводное хранение топлив
Проводились испытания по хранению углеводородных топлив в шахтных подземных емкостях, сооружаемых в монолитных осадочных, метаморфических и изверженных горных породах.
Производственный эксперимент подтвердил, что при хранении нефтепродуктов в подземных емкостях потерь бензина и дизельных топлив почти не происходит.
За рубежом находит применение подводное хранение топлив. Строительство подводных хранилищ большой емкости непосредственно на морском промысле делает ненужным прокладку нефтепроводов к берегу. Кроме того, нефть из такого хранилища может перекачиваться в крупнотоннажные танкеры, которые из-за своих размеров не могут заходить в порты [6].
2.7 Использование дисков – отражателей
Эффективным средством сокращения потерь от «больших дыханий» являются диски-отражатели (рис. 6).
Подвешенный под монтажным патрубком дыхательного клапана диск - отражатель препятствует распространению струи входящего в резервуар воздуха вглубь газового пространства, изменяя направление струи с вертикального на горизонтальное. Слои газового пространства, находящиеся у поверхности продукта, не перемешиваются входящей струей воздуха, и поэтому концентрация паров продукта в паровоздушной смеси, вытесняемой в атмосферу при заполнении резервуара, уменьшается, что снижает потери от «больших дыханий».
Простота конструкции и короткий срок окупаемости позволяют широко внедрять диски-отражатели в резервуарах. Диаметр диска-отражателя обычно равен 2,6—2,8 диаметра люка резервуара, сделанного для дыхательного клапана. Диск-отражатель подвешивается под патрубком люка на расстоянии, равном диаметру последнего, на стойке с фиксатором.
Рис.6. Диск отражатель с центральной стойкой
1 – дыхательный клапан; 2- огне – преградитель; 3 – монтажный патрубок; 4 – диск – отражатель; 5 – стойка для подвешивания диска [2].
3. Техника безопасности
Резервуарный парк должен соответствовать нормам и техническим условиям проектирования складских предприятий и хозяйств.
Эксплуатация резервуарного парка организована в соответствии с «Правилами технической эксплуатации резервуаров», другими действующими документами.
Для предупреждения разлива нефтепродукта предусматриваем обвалование высотой, рассчитанной на половину объема резервуаров, с запасом на высоту 0,2 м. На ограждающих валах предусматриваем лестницы – переходы.
Резервуарные парки обеспечиваем первичными средствами пожаротушения.
Наполнение и опорожнение герметичного резервуара осуществляется при производительности насосов, не превышающей норм пропускной способности дыхательных клапанов. Гидравлический клапан заливается незамерзающей жидкостью со сменой его 2-3 раза в год. Существуют сроки осмотра оборудования и арматуры резервуаров.
Резервуары заземлены и имеют молниеотводы. При наполнении резервуаров осуществляется визуальный или автоматический контроль уровня. Лестницы и замерные площадки очищаются от снега и льда.
Водоспускные краны и задвижки в зимнее время утепляем. Открытие и закрытие задвижек необходимо производить плавно, без рывков во избежание гидравлического удара.
Заключение
Борьба с потерями нефтепродуктов в настоящее время очень актуальна и приобретает на нефтяных объектах все большее распространение, т.к. легче и экономичнее внедрить мероприятие, быстро себя окупающее, чем вводить новую скважину в эксплуатацию.
В своей работе я предпринял попытку разобрать вопрос определения величины потерь «от большого дыхания» резервуара, но существуют и другие разновидности потерь легких фракций от испарения, такие как потери от «малого дыхания», от обратного выдоха, от вентиляции газового пространства, от выдувания «газового сифона» и т.д.
В качестве жидких потерь тоже существует немало различных видов – аварий, утечки, смешение при последовательной перекачке, слив остатков цистерн на промывочно-пропарочных пунктах, зачистке резервуаров, перелив резервуаров, неполная очистка сточных вод перед сбросом в водоемы.
Во втором разделе при анализе методов борьбы с потерями ограниченный объем выпускной работы не позволил остановиться еще на ряде способов, применяющихся у нас в России и за рубежом.
Сюда можно отнести газоуравнительную систему с газосборником и без него, перевод резервуаров на повышенное избыточное давление, изотермическое хранение, применение микрошариков и пен и т.д.
Список литературы
1. Едигаров С.Г., Бобровский С.А. Проектирование и эксплуатация нефтебаз и газохранилищ. М.: Недра, 1993
2. Константинов Н.А. Потери нефти и нефтепродуктов. М.: Недра, 1991
3. Новоселов В.Ф. Расчеты при проектировании и эксплуатации нефтебаз и нефтепродуктов М.: Недра, 1995
4. Нормы естественной убыли нефтепродуктов, М.: Вега, 2004 г.
5. Семенова Б.А. Вопросы экономики при хранении нефтепродуктов. М.: ВНИИОЭНГ, 1992.
6. Шишкин Г.В. Справочник по проектированию нефтебаз, М.: Недра, 1998