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

Подождите немного. Документ загружается.

— Рейнольдса — Филонова







  ,



 

ªº

¬¼

exp

(1.4)

где а, в — эмпирические коэффициенты, равные



T

lg lg 0, 8 lg ;















lg lg 0, 8 / lg 0, 8

;



ªº

¬¼

(1.5)

, ν

— кинематическая вязкость нефтепродукта при темпера-

турах Т

, Т

соответственно; u — коэффициент крутизны виско-

граммы, определяемый по известным значениям кинематической

вязкости нефтепродукта при двух температурах, т. е.





21 2

lg .





(1.6)

Формулой (1.4) рекомендуется пользоваться в случае, когда Т

< Т < Т

. В остальных случаях надо применять формулу (1.3).

Кинематическая вязкость исчисляется в м

/с, а также стоксах

(1 Ст = см

/с) или их производных, которые связаны между собой

соотношениями:

1 сантистокс (сСт) = 1 мм

/с = 10

–2

Ст = 10

–6

/с.

Динамическая вязкость жидкости в гидравлических расчетах,

как правило, не используется. Поэтому, если она задана, то ее следу-

ет пересчитать в кинематическую, используя соотношение

= μ

/ ρ

, (1.7)

где μ

— динамическая вязкость нефтепродукта при температуре Т.

Единицей измерения динамической вязкости в системе СГС яв-

ляется пуаз (П) или кратный ему сантипуаз (сП). В системе СИ ди-

намическая вязкость измеряется в паскаль-секундах (Па·с) или ее

производных, например, миллипаскаль-секундах (мПа·с). Эти еди-

ницы измерения связаны между собой соотношениями:

1 мм

/ с

1 мПа · с = 10

-3

Па · с = 1 сП = 10

П = .

т / м

В нефтебазовом деле нередко пользуются так называемой услов-

ной вязкостью. Ею называют отношение времени истечения 200 мл

нефтепродукта, измеренного в вискозиметре типа ВУ при заданной

температуре, ко времени истечения такого же количества дистил-

лированной воды при 20 °С. Для пересчета условной вязкости в ки-

нематическую используют эмпирическую формулу Уббелоиде

631

= 73,1 · °ВУ

– . (1.8)

°ВУ

Характер зависимости кинематической вязкости различных неф-

тепродуктов от температуры показан на рис. 1.3.

Рис. 1.3 Зависимость напряжения сдвига от скорости для различных жидкостей:

1 — ньютоновских; 2 — пластичных (бингамовских); 3 — псевдоплас-

тичных; 4 — дилатантных

К неньютоновским относятся жидкости, для которых кривая

зависимости напряжения сдвига τ

от градиента скорости сдвига

|dω / dr| (кривая течения) выходит не из начала координат и/или

имеет нелинейный характер (рис. 1.3). Этим они отличаются от нью-

тоновских жидкостей, у которых кривая течения 1 представляет со-

бой прямую линию, выходящую из начала координат и описывае-

мую уравнением

= μ ·

dω

(1.9)

где μ — динамическая вязкость жидкости.

Все неньютоновские жидкости делятся на три типа: пластичные,

псевдопластичные и дилатантные. Кривая течения пластичной жид-

кости 2 при |dω / dr| = 0 выходит из точки τ

на оси ординат и пред-

ставляет собой прямую линию. Для начала течения такой жидкости

в трубопроводе диаметром D и длиной L необходимо создать пере-

пад давления ∆P = τ

· π · D · L.

Кривая течения пластичных жидкостей описывается уравнением

= τ

+ η ·

dω

(1.10)

где τ

— начальное напряжение сдвига; η — пластическая вязкость.

Уравнение (1.10) называется также уравнением Шведова — Бин-

гама. Поэтому пластичные жидкости также нередко называют бин-

гамовскими.

Кривая течения псевдопластичных жидкостей выходит из нача-

ла коор динат и постепенно переходит в прямую. На криволинейном

участке она описывается уравнением

= K ·

dω

(1.11)

где К — характеристика консистентности; n — индекс течения.

Характеристика консистентности имеет размерность динамичес-

кой вязкости, а величина n безразмерна.

Кривая течения дилатантных жидкостей 4 также описывается

уравнением (1.11). Но в отличие от псевдопластичных жидкостей,

для которых n < 1, для дилатантных жидкостей n > 1.

Формулы для гидравлического расчета течения неньютоновских

жидкостей относительно сложны. Поэтому этот расчет выполняют

по тем же формулам, что и для ньютоновских жидкостей, исполь-

зуя эффективную кинематическую вязкость ν

эф

= μ

эф

/ ρ, где эффек-

тивная динамическая вязкость при условиях перекачки μ

эф

нахо-

дится как

эф

dω

. (1.12)

Расчетное значение градиента скорости при расходе жидкости Q

в трубе радиусом R равно

dω

dr πR

В отличие от динамической вязкости μ эффективная динамичес-

кая вязкость μ

эф

при неизменной температуре зависит от расхода

жидкости, уменьшаясь по мере его увеличения.

Еще раз подчеркнем, что в зависимости от температуры один

и тот же нефтепродукт может быть как ньтоновским, так и ненью-

тоновской жидкостью. Так, ньютоновское поведение сохраняют

при температуре (°С): мазут М-100 — выше +35 °С, трансмис-

сионные масла — выше +10 °С, автомобильные масла АС-10 — выше

0 °С и т. д.

Температурой застывания Т

называется наивысшая темпе-

ратура, при которой нефтепродукт теряет свою подвижность. Для

определения величины Т

его наливают в пробирку стандартных

раз меров и охлаждают. Далее, наклонив пробирку на 45°, ее содер-

жимое нагревают. В качестве Т

принимают наивысшую темпера-

туру, при которой уровень нефтепродукта в пробирке остается не-

подвижным в течение 1 мин.

Величина температуры застывания прямо пропорциональна со-

держанию смол и парафинов в нефтепродукте.

Испаряемостью называется свойство нефтепродуктов перехо-

дить из жидкого состояния в газообразное при температуре мень-

шей, чем температура кипения. Испарение углеводородной жид-

кости происходит при любой температуре до тех пор, пока газовое

прост ранство над ней не будет полностью насыщено углеводоро-

дами.

Согласно закону Дальтона, давление в газовом пространстве

(ГП) резервуаров Р

равно сумме парциальных давлений воздуха Р

и паров нефтепродукта Р

, т. е. Р

= Р

+ Р

. Если ГП полностью на-

сыщено углеводородами, то Р

= Р

равно давлению насыщенных

паров нефтепродукта при условиях хранения.

Величина Р

зависит от давления насыщенных паров по Рейду

, температуры Т и соотношения объемов паровой и жидкой фаз

в резервуаре W. Величина Р

определяется экспериментально при

Т = 311 К и W = 4. Для нахождения Р

рекомендуются формулы:

— для бензинов







PPe FW

311

;

 

 

(1.13)

— для других нефтяных топлив



1252

0,31

4,03

10 ,



§·

 

¨¸



©¹

(1.14)

где b

— эмпирический коэффициент; F(W) — поправка, учитыва-

ющая влияние соотношения фаз на давление насыщенных паров

(табл. 1.7).

Таблица 1.7 — Величины b

и F(W) в формуле (1.13)

Тип бензина b

, 1/К

Выражение для расчета F(W)

при W ≤ 4 при W > 4

Авиационный

Автомобильный

0,0325

0,0340

1,38 – 0,25 · W

0,3

1,41 – 0,25 · W

0,37

0,81 + 0,486 · W

–0,68

1,51 – 0,063 · W

0,629

Как правило, газовое пространство резервуаров с нефтепродук-

тами недонасыщено, т. е. Р

< Р

Отношение парциального давления углеводородов к общему дав-

лению в ГП численно равно объемной концентрации паров нефте-

продукта в нем.

Пожаровзрывоопасность нефтепродуктов характеризуется

способностью смесей их паров с воздухом воспламеняться и взры-

ваться.

Пожароопасность нефтепродуктов определяется величинами

температур вспышки, воспламенения и самовоспламенения. Под

температурой вспышки паров понимают температуру, при кото-

рой пары жидкости, нагретой при определенных условиях, образу-

ют с воздухом смесь, вспыхивающую при поднесении к ней откры-

того пламени. Углеводородные жидкости с температурой вспышки

61 °С и ниже относятся к легковоспламеняющимся, выше 61 °С —

к горючим. Под температурой воспламенения понимают тем-

пературу, при которой жидкость при поднесении открыто-

го пламени горит. Обычно температура воспламенения на 10…

50 градусов выше температуры вспышки. Под температурой

самовоспламенения понимают температуру нагрева жидкости,

при которой ее пары воспламеняются без поднесения открыто-

го огня. В зависимости от температуры воспламенения установле-

но пять групп пожаро опасных смесей: Т

> 450 °С, Т

= 300…450 °С;

= 200…300 °С; Т

= 135…200 °С; Т

= 100…135 °С. Температу-

ра самовоспламенения некоторых нефтепродуктов такова (°С):

бензин — 528…747, дизельное топливо — 513…643, керосин —

489…533.

Взрывоопасность нефтей нефтепродуктов характеризуется вели-

чинами нижнего и верхнего пределов взрываемости. Нижний пре-

дел взрываемости — это концентрация паров жидкости в воздухе,

ниже которой не происходит вспышки смеси из-за избытка воздуха и

не достатка паров при внесении в эту смесь горящего предмета Верх-

ний предел взрываемости соответствует такой концентрации паров

неф тепродуктов в воздухе, выше которой смесь не взрывается, а го-

рит. Значения концентрации паров между нижним и верхним преде-

лами взрываемости называют интервалом взрываемости. Для неко-

торых нефтепродуктов интервал взрываемости составляет: бензин —

от 0,76 до 8,4 %, керосин — от 1,4 до 7,5 %, уайт-спирит — от 1,4 до 6,0 %.

Электризация углеводородных жидкостей обусловлена их высо-

ким электрическим сопротивлением, т. е. диэлектрическими свой-

ствами. Сведения о величине удельного объемного электрического

сопротивления r

уд

некоторых нефтепродуктов приведены в табл. 1.8.

При трении их частиц между собой, о стенки трубопроводов

и емкостей, а также о воздух возникают заряды статического элек-

тричества величиной до нескольких десятков киловольт. Для вос-

пламенения же достаточно разряда с энергией 4…8 кВ.

Таблица 1.8 — Удельное объемное электрическое сопротивление

нефтепродуктов

Наименование нефтепродукта r

уд

, Ом·м

Бензин А-72 3,1 · 10

...2,8 · 10

Бензин А-76 9,5 · 10

...2,5 · 10

Бензин Аи-93 4,0 · 10

...4,4 · 10

Бензин Аи-98 2,3 · 10

...2,8 · 10

Бензин Б-70 1,5 · 10

...5,0 · 10

Бензин Б-91/115 4,7 · 10

...3,6 · 10

Бензин Б-95/130 3,5 · 10

...2,1 · 10

Керосин осветительный 2,0 · 10

...3,6 · 10

Керосин для технических целей 2,4 · 10

...4,2 · 10

Топливо дизельное 3,3 · 10

...5,1 · 10

Топливо Т-1 1,9 · 10

...1,5 · 10

Топливо ТС-1 3,6 · 10

...5,6 · 10

Бензин-растворитель (БР-1)

«Калоша» 10

...10

Бензин-растворитель (Уайт-спирит) 1,0 · 10

...1,6 · 10

Конденсаторное масло 10

Топливо Т-5 1,5 · 10

Топливо Т-6 1,0 · 10

Топливо Т-7 3,0 · 10

...1,4 · 10

Топливо Т-8 2,5 · 10

...2,8 · 10

Применяют, в основном, два метода защиты от разрядов стати-

ческого электричества: заземление токопроводящих элементов обо-

рудования и ограничение скоростей перекачки. В последнем случае

скорость движения нефтепродуктов по трубопроводам и их истече-

ния в емкости и резервуары должна быть:

— не более 5 м/с — при r

уд

≤ 109 Ом · м

— не более 5 м/с — при r

уд

> 109 Ом · м и температуре вспышки па-

ров 61 °С и выше.

Для нефтепродуктов с удельным электросопротивлением более

109 Ом · м и температуре вспышки паров менее 61 °С максимально

допустимая скорость перекачки определяется расчетом.

Токсичность нефтепродуктов заключается в том, что их пары

оказывают отравляющее действие на организм человека. Особен-

но вредны тяжелые бензины, содержащие бензол, и этилированные

бензины (вследствие наличия тетраэтилсвинца).

Опасное для здоровья людей содержание паров бензина, лигрои-

на и керосина в воздухе составляет 0,3 мг/л.

При воздействии паров нефтепродуктов наблюдаются повышен-

ная заболеваемость органов дыхания, функциональные изменения

нервной системы и кровяного давления, замедление пульса.

Предотвращение отравлений персонала обеспечивается усилен-

ной вентиляцией производственных помещений, а также приме-

нением изолирующих или фильтрующих противогазов при работе

в опасной для здоровья атмосфере.

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ

РЕЗЕРВУАРНЫХ ПАРКОВ НЕФТЕБАЗ

Резервуарные парки нефтебаз играют очень важную роль. Основ-

ное их назначение — выполнение роли буфера между поставщиком

и получателем, компенсирующего неравномерности поставок и по-

требления нефтепродуктов. К числу других функций резервуарных

парков относятся: создание запасов на случай возникновения сбо-

ев в транспортной цепи, доведение качества нефтепродуктов до тре-

буемого уровня, их учет.

2.1. Определение вместимости резервуарных парков

Наиболее точно вместимость резервуарного парка нефтеба-

зы определяется по графикам поступления и отгрузки (завоза-вы-

воза) нефтепродуктов, составленным на основании фактических

данных за 2…3 года, с учетом страхового запаса. Для каждого сорта

нефтепродукта необходимый полезный объем резервуаров нахо-

дится как

ст

год

ППП

max min

100

'''

§·



¨¸

©¹

(2.1)

где Q

год

— годовая реализация i-го нефтепродукта, м

; ∆П

max i

∆П

min i

— соответственно максимальный и минимальный суммар-

ные месячные остатки i-го нефтепродукта, наблюдавшиеся за год, %;

∆П

ст

— величина страхового запаса i-го нефтепродукта, %.

Рекомендуемые нормы страхового запаса для распределитель-

ных нефтебаз в зависимости от географического положения и на-

дежности транспортных связей следует принимать в процентах

от среднемесячной потребности нефтепродуктов (табл. 2.1).

Для трубопроводных нефтебаз и нефтебаз с реализацией менее

1 тыс. т/год страховой запас не устанавливается.

Требуемый геометрический объем резервуаров под i-й нефте-

продукт находится как

pip

VVη

(2.2)

где η

— коэффициент использования резервуарной емкости

(табл. 2.2).

Таблица 2.1 — Нормы страхового запаса нефтепродуктов

Тип нефтебазы Местоположение

Норма

запаса, %

Железно дорожные,

водные (речные)

южнее 60° северной широты

в европейской части страны

до 20

севернее 60° северной широты

в европейской части страны, в Си-

бири, на Урале и Дальнем Востоке

до 50

Водные (речные) с посту-

плением нефтепродуктов

только в навигационный

период

— до 50

*) Вычисляется от среднемесячной потребности в межнавигационный

период.

Таблица 2.2 — Рекомендуемые величины η

Емкость

резервуара

Величина η

для резервуаров

без понтона с понтоном с плавающей крышей

До 5000 м

включительно

От 10 000

до 30 000 м

0,85

0,88

0,81

0,84

0,80

0,83

Порядок определения вместимости резервуарного парка рассмот-

рим на примере.

Пример

Определить вместимость резервуарного парка нефтебазы по бен-

зину А-76 при заданном графике поступления и отгрузки (в про-

центах от годовой реализации):

Показатели Их величина, %

январь

февраль

март

апрель

май

июнь

июль

август

сентябрь

октябрь

ноябрь

декабрь

всего

Поступление14131174337991010100

Отгрузка 34578131513121064100