Коршак А.А., Коробков Г.Е., Муфтахов Е.М. Нефтебазы и АЗС

Подождите немного. Документ загружается.

341

ПВС

зр ПВС ПВС

JF Q ,

∂

=⋅− ⋅

∂

(9.6)

где Q

— расход закачки нефтепродукта; J

— плотность потока мас-

сы испаряющегося при этом нефтепродукта; F

— площадь «зерка-

ла» нефтепродукта в резервуаре; ρ

ПВС

— плотность вытесняемой в ат-

мосферу ПВС.

Подставляя (9.6) в (9.5) и полагая для простоты

ПВС

R /0,

∂∂≈

по-

лучаем

зр

ПВС з

ПВС

QQ ǯ

⋅

(9.7)

Нетрудно видеть, что расход ПВС, вытесняемой в атмосферу,

складывается из расхода закачки Q

и расхода, обусловленного испа-

рением нефтепродукта. Многие годы этот факт не учитывался.

Используя формулы, данные в табл. 9.2, можно показать, что

зхр

⎡⎤

⎢⎥

=⋅+

⎢⎥

⎛⎞

⎢⎥

⎜⎟

⎢⎥

⎝⎠

⎣⎦

(9.8)

где

хр

— плотность потока массы испаряющегося нефтепродукта

при его хранении; в

, в

— расчетные коэффициенты, не завися-

щие от времени для резервуаров типа РВС:

()

в Sc

0,261

0,885 0,761

0,087

0,79 ;

–

= ··Δ ·

вв

1 Ř

1 ; 0, 261;

⋅

=+ =

⋅

— скорость закачки нефтепродукта в резервуар; Н

— начальный

уровень заполнения резервуара; τ

— единичное время τ

= 1 ч.

Допущение, что ∂R

ПВС

/ ∂τ ≈ 0 означает, что мы пренебрегли изме-

нением концентрации углеводородов в ПВС, т. е. с = с

= const. Плот-

ность паров нефтепродукта в соответствии с уравнением состояния

при «большом дыхании» равна

342

гу

уу

ρρ

⋅

(9.9)

где Р

г2

— давление в ГП, при котором начинается «выдох»; М

— мо-

лярная масса паров нефтепродукта;

— универсальная газовая по-

стоянная,

Дж

кмоль К

ŞřŗŚ ǯ=

⋅

Так как величины ρ

и С

во времени не изменяются, то форму-

ла (9.3) с учетом (9.7)…(9.9) может быть представлена в виде

хр p

бд у з

ПВС

G С Qd

ŘŖ

ŗǯ

⎧⎫

⎡⎤

⎪⎪

⎢⎥

⋅

⎪⎪

⎢⎥

=⋅⋅ + +

⎨⎬

⎢⎥

⎛⎞

⎪⎪

⎢⎥

⎜⎟

⎪⎪

⎢⎥

⎝⎠

⎣⎦

⎩⎭

∫

(9.10)

После интегрирования получаем

()

1 в 1 в

0 п 0

бд у20 зп 21 1 1

20 0

в Q τ

ττ

G ρС QQ ττ в в

1 вτ τ

−−

⎧⎫

⎡

⎤

⎛⎞⎛⎞

⋅⋅

⎪⎪

=⋅⋅ +⋅−+ ⋅ + −+

⎢

⎥

⎨⎬

⎜⎟⎜⎟

−

⎢

⎥

⎝⎠⎝⎠

⎪⎪

⎣

⎦

⎩⎭

(9.11)

где Q

— дополнительный расход ПВС за счет паров, образующих-

ся в ходе закачки (если считать плотность потока массы J для усло-

вий простоя),

пхррПВС

QJFȦǯ

=⋅

Из формулы (9.11) видно, что потери от «большого дыхания»

складываются из трех составляющих:

1) потерь, которые имели бы место, если бы донасыщения ГП в ходе

закачки не происходило, — ρ

· C

· Q

· (τ

– τ

);

2) потерь, связанных с испарением закачиваемого нефтепродукта

в процессе простоя, — ρ

· C

· Q

· (τ

– τ

3) потерь, связанных с изменением концентрации ПВС в ходе за-

качки, а также с более высокой динамикой процесса испарения

при закачке по сравнению с простоем, —

вв

в Q

Свв

ŗŗ

ŖŖ

Řŗ

ŘŖ ŗ ŗ

ŘŖ Ŗ

ττ

−−

⎡⎤

⎛⎞⎛⎞

⋅⋅

⋅⋅ ⋅ + − +

⎢⎥

⎜⎟⎜⎟

−

⎢⎥

⎝⎠⎝⎠

⎣⎦

343

С достаточной для инженерных расчетов точностью можно при-

нять τ

= 0 и τ

= τ

— продолжительности закачки.

Для расчета потерь от «больших дыханий» за некоторый период

времени необходимо умножить величину G

бд

, вычисленную по фор-

муле (9.10), на коэффициент оборачиваемости резервуара n

об

за то же

время. Последний находится по формуле

()

пр реал

об

р p

0,5

⋅+

⋅

где V

пр

, V

реал

— объемы соответственно принятого в резервуар и реали-

зованного из него нефтепродукта за рассматриваемый период; V

—

геометрический объем резервуара.

Физический смысл коэффициента оборачиваемости следующий —

это условное количество полных заполнений и опорожнений резер-

вуара.

Расчет потерь от «малого дыхания»

В данном случае использование формулы (9.3) привело бы к боль-

шим неточностям в расчете, т. к. рекомендации по нахождению вели-

чины τ

в литературе отсутствуют. Поэтому при выводе формулы для

расчета потерь от «малого дыхания» применим другой метод.

За бесконечно малый промежуток времени dτ потери от «малого

дыхания» dG

мд

по определению составляют

мд

= ρ

· c · dV

ПВС

. (9.12)

Из уравнения газового состояния

, а

гг

R ТР

⋅

уŘ

. По-

этому остается выразить величину изменения объема ПВС за вре-

мя dτ. Для этого воспользуемся методом профессора Н. Н. Констан-

тинова.

Вес воздуха в ГП резервуара равен

(

)

гуг

возд

возд г

PPV

−⋅

⋅

где Р

, Т

— давление и температура в газовом пространстве резер-

вуара объемом V

; Р

— парциальное давление углеводородов в ГП;

возд

— газовая постоянная воздуха.

344

Соответственно, изменение количества воздуха в ГП при «дыха-

нии» составит

гу

возд

возд г

dG d

⎛⎞

−

⎟

⎜

⎟

=− ⋅

⎜

⎟

⎜

⎟

⎜

⎝⎠

. (9.13)

Знак «минус» показывает, что с увеличением времени масса воз-

духа в ГП уменьшается.

Согласно уравнению газового состояния, масса воздуха в 1 м

ПВС равна (Р

– Р

) / (R

возд

· Т

). Поделив на эту величину левую

и правую части уравнения (9.13), получим

гу

ПВC г

гу г

dV V d

PP T

⎛⎞

−

⎟

⎜

⎟

=− ⋅ ⋅

⎜

⎟

⎜

⎟

⎜

−

⎝⎠

. (9.13а)

Подставляя найденные величины

ПВС

с dVρ

в (9.12), можем

пер

еписать его в виде

ггу

мд

y гг

dG d

RT Т

⎛⎞

⋅−

⎟

⎜

⎟

=−

⎜

⎟

⎜

⎟

⎜

⋅

⎝⎠

. (9.14)

Интегрируя левую часть (9.14) от 0 до G

мд

, а правую от нуля до τ

(продолжительность «выдоха»), получаем

()

(

)

() ()

(

)

()

(

)

()

(

)

ln ln ...

...

гу

гг г

мд

y гггг

гу гу

гг

РРτ

РР

VP Р

RTτТτТ Т

РРτРР

Тτ Т

⎡

−

⎢

=− ⋅ ⋅ − ⋅ −

⎢

⎣

⎡⎤

−−

⎢⎥

−+

⎢⎥

⎣⎦

(9.15)

где Р

(0), Т

(0) — парциальное давление углеводородов и темпера-

тура ГП в момент начала «выдоха»; Р

(τ), Т

(τ) — то же в момент его

окончания.

Как и Н. Н. Константинов, будем считать, что Р

(τ) = Р

max

(τ) = Т

г max

. Поскольку

()

min

гг

ТТ

≈⋅

, то получаем:

(

)

min

гг

РР

ТТ

≈

Выразим теперь величину

(

)

(

)

гу

РР

−

В момент окончания «вдо-

ха» масса воздуха в ГП резервуара составляла

345

1min

min

()

гг

возд

PPV

−⋅

⋅

(9.16)

где Р

min

— минимальное парциальное давление углеводородов в ГП;

г min

— минимальная температура в ГП.

В момент начала «выдоха» эта же масса равна

(

)

(

)

гу г

возд

возд г

PP V

⎡⎤

−⋅

⎢⎥

⎣⎦

⋅

. (9.17)

Так как левые части (9.16) и (9.17) равны, то равны и правые, от-

куда следует, что

(

)

(

)

1min

min

гг

РР

ТТ

−

(9.18)

Учитывая (9.18), можем переписать (9.15) в окончательном виде

2max

max max

1min

min

1 ln ...

... 1 ln .

гг

мд г

y гг

гг

VPP

GP P

RT T

⎧

⎡⎤

⎛⎞

⎪

−

⎪

⎟

⎜

⎢⎥

⎪

⎟

⎜

=⋅⋅− −−

⎨

⎟

⎢⎥

⎜

⎟

⎪

⎜

⎟

⎝⎠

⎢⎥

⎪

⎣⎦

⎪

⎩

⎧⎫

⎡⎤

⎛⎞

⎪⎪

−

⎪⎪

⎟

⎜

⎢⎥

⎟

−⋅⋅− −

⎜

⎨⎬

⎟

⎢⎥

⎜

⎟

⎪⎪

⎜

⎝⎠

⎢⎥

⎪⎪

⎣⎦

⎩⎭

(9.19)

Нетрудно видеть, что данная формула отличается от привычной

формулы Н. Н. Константинова, вывод которой повторен в прил. Д.

Однако зависимость (9.19) выведена строже и потому точнее.

9.4. Сокращение потерь нефтепродуктов от их испарения

Все мероприятия, направленные на сокращение потерь нефтепро-

дуктов от испарения могут быть разделены на две группы:

1) уменьшающие объемы «выдохов» резервуаров;

2) уменьшающие концентрацию углеводородов в «выдохах».

К первой группе методов относится применение газовых об-

вязок, газоуравнительных систем, а также организационных меро-

приятий.

Газ ов ой о бвязкой называется система трубопроводов, объединяю-

щих газовые пространства резервуаров с одинаковым нефтепродук-

том (рис. 9.1).

346

Рис. 9.1. Схема газовой об-

вязки:

1, 2, 3 — резервуары

с нефтепродуктом;

4 — дыхательный

клапан; 5 — задвиж-

ка; 6 — отвод; 7 —

коллектор; 8 — кон-

денсатосборник

Благодаря этому, в тех случаях, когда операция заполнения одних

резервуаров совпадает по времени с опорожнением других, часть

паровоздушной смеси из заполняемых резервуаров вытесняется

не в атмосферу, а в опорожняемые резервуары. Доля паровоздуш-

ной смеси, перетекающей из одних резервуаров в другие, характе-

ризуется эффективным коэффициентом совпадения операций К

с.эф

Его величина равна

сэф с

PBC з

КК

∂∂

=−

⋅

, (9.20)

где К

— коэффициент совпадения операций при движении нефте-

продукта, равный

{

}

зот

min

; (9.21)

, Q

от

— суммарные расходы закачки и откачки нефтепродукта в

группу резервуаров, объединенных газовой обвязкой, в рассматри-

ваемый момент времени; ∂m

/ ∂τ — скорость изменения массы паров

нефтепродукта в объединенном газовом пространстве резервуаров.

Формула (9.21) читается так: величина К

находится как отноше-

ние меньшего из двух расходов Q

и Q

от

к расходу Q

. В предельных

случаях получаем:

1) если Q

от

= 0, то К

= 0;

2) если Q

< Q

от

, то К

= 1.

Последнее однако не означает, что применение газовой обвязки

в этом случае позволяет сократить потери нефтепродукта на 100 %.

Между резервуарами перетекает паровоздушная смесь, и величина

ее расхода зависит от скорости испарения нефтепродукта.

347

Из формулы (9.20) видно, что эффективный коэффициент совпа-

дения операций всегда меньше, чем К

. Равенство К

с.эф

≈ К

достигается

только для плохо испаряющихся нефтепродуктов. Но газовую обвязку

в этом случае и не применяют.

Следует подчеркнуть, что величины К

и К

с.эф

являются случай-

ными. Поэтому, чтобы получить их достоверные средние значения

за год, необходимо иметь выборку не менее чем из 200 точек.

Сведения о наблюдаемых на практике величинах К

приведены

в табл. 9.3.

Таблица 9.3 — Средние величины коэффициента совпадения

операций

Характеристика объекта

Коэффи-

циент обо-

рачивае-

мости, 1/год

Нефтебазы, осуществляющие прием

по трубопроводу или железной дороге,

отпуск — в автоцистерну до 50 0,2…0,5

Нефтебазы, расположенные на водных

путях; прием — с любого вида транспор-

та, отпуск — в нефтеналивные суда,

железнодорожные и автомобильные

цистерны до 30 0,1…0,2

Перекачивающие станции, на которых

производится одновременно прием

и отпуск в группе резервуаров с одинако-

вым нефтепродуктом — 0,5…0,7

Перекачивающие станции, на которых

не производится одновременно прием

и отпуск в группе резервуаров с одинако-

вым нефтепродуктом, а также нефтена-

ливные станции — 0,1…0,3

Газоуравнительная система (ГУС) отличается от газовой обвяз-

ки наличием специального газосборника (рис. 9.2). Он служит для

того, чтобы аккумулировать часть паровоздушной смеси при несо-

впадении операций закачки-выкачки. Благодаря этому сокращение

потерь нефтепродуктов при применении ГУС больше, чем при при-

менении газовой обвязки.

348

Рис. 9.2. Газоуравнительная система:

1 — резервуар; 2 — дыхательный клапан; 3 — газгольдер; 4 — регулятор

дав ления; 5 — сборный газопровод; 6 — конденсатосборник; 7 — насос

для откачки конденсата; 8 — конденсатопровод

Возможно применение газосборников постоянного и переменно-

го объема. В первых аккумулирование паровоздушной смеси про-

исходит благодаря небольшому избыточному давлению, на которое

рассчитана дыхательная арматура. Сделаем оценку их аккумулирую-

щей способности. Пусть газосборник имеет геометрический объем

. При давлении Р

г1

и температуре Т

г1

, согласно уравнению состоя-

ния, масса ПВС в газосборнике равна

ПВС ПВС

Р V

G М

ŗŖ

⋅

=⋅

⋅

а при давлении Р

г2

и температуре Т

г2

ПВС ПВС

Р V

G М

ŘŖ

⋅

=⋅

⋅

Соответственно, аккумулирующая способность газосборника по-

стоянного объема равна

гПВСг ПВС

ПВС ПВС ПВС

гг

PM P M

GGG

RT T

2 1

Řŗ

⎛⎞

Δ= − =⋅ −

⎜⎟

⎝⎠

· ·

то есть в 1 м

газосборника аккумулируется масса ПВС

гПВСгПВС

ПВС

гг

PM PM

VR T T

Řŗ

ŖŘŗ

⋅⋅

⎛⎞

=⋅ −

⎜⎟

⎝⎠

(9.22)

349

Примем, что Р

г2

= 103 325 Па;

г1

= 101 125 Па;

г2

≈ Т

г1

= 300 К;

ПВС

≈ М

ПВС

= 40 кг/кмоль.

В этом случае ∆G

ПВС

/ V

= 0,0353 кг/м

. То есть в газосборнике

объемом V

= 1000 м

будет аккумулировано всего 35,3 кг паровоз-

душной смеси, что совершенно недостаточно.

Газосборники переменного объема изготавливают из эластич-

ных материалов, либо из тонколистового металла. Однако эластич-

ные (например, резино-тканевые) газосборники недолговечны, а га-

зосборники из тонколистового металла (например, типа «дышащий

баллон») ненадежны.

К организационным мероприятиям, приводящим к уменьшению

объема «выдохов», относятся:

— хранение нефтепродуктов при максимальном заполнении резер-

вуаров (снижаются потери от «малых дыханий»);

— сокращение числа внутрискладских перекачек (снижаются поте-

ри от «больших дыханий»);

— контроль за герметичностью дыхательной арматуры и резервуа-

ров.

Ко второй группе методов относятся применение дисков-отра-

жателей; покрытий, плавающих на поверхности продукта; сис тем

улавливания легких фракций, а также организационных мероприя-

тий.

Диск-отражатель (рис. 9.3) устанавливается под монтажным па-

трубком дыхательного клапана. С его помощью изменяется направ-

ление струи входящего воздуха с вертикального на горизонтальное.

Благодаря этому вошедший воздух оттесняет пары нефтепродукта

вниз, а сам занимает положение под кровлей. При последующем за-

полнении резервуара в атмосферу вытесняется этот воздух с приме-

сью паров нефтепродукта, проникших в него, благодаря диффузии

и конвекции.

На рис. 9.4 приведены результаты экспериментального изучения

эффективности дисков-отражателей S

при заполнении бензином

резервуаров РВС 5000 в июне-сентябре. Видно, что с увеличением

350

суммарного времени простоя и закачки τ

величина S

уменьшает-

ся и при τ

≈ 120 ч становится равной нулю. То есть при суммарном

времени простоя и закачки, составляющем около 5 суток, приме-

нять диск-отражатель в резервуаре РВС 5000 бесполезно.

Объяснение этому факту достаточно простое. Неравномерное

распределение концентраций углеводородов по высоте ГП, искус-

ственно сформированное с помощью диска-отражателя в процессе

откачки бензина из резервуара, не может сохраняться бесконечно.

В результате молекулярной и конвективной диффузии молекулы

паров нефтепродукта перемещаются к кровле резервуаров, и после

определенного времени τ

распределение концентрации по высоте

ГП в резервуарах с диском-отражателем и без него становится прак-

тически одинаковым.

В ходе экспериментов было также установлено, что при любом τ

диски-отражатели не дают положительного эффекта, если плотность

подсасываемого воздуха больше плотности паровоздушной смеси

в резервуаре, то есть в холодное время года.

Эффективность дисков-отражателей увеличивается с уменьшени-

ем номинальной вместимости резервуаров, при пасмурной погоде,

а также при увеличении объема откачиваемого бензина. Но чтобы

диск-отражатель сокращал потери от испарения, коэффициент обо-

рачиваемости резервуаров должен быть не менее 40 1/год.

Рис. 9.3. Диск-отражатель для ат-

мосферных резервуаров

(конструкции НИИ-

Транснефть):

1 — диск; 2 — стойка; 3 —

монтажный патрубок;

4 — промежуточный

фланец; 5 — дыхатель-

ный клапан; 6 — болт для

крепления стойки к про-

межуточному фланцу