Одним из основных средств улучшения экономических показателей производства и повышения эффективности работы трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов, а также обеспечения защиты окружающей среды от загрязнения является сокращение потерь нефти и нефтепродуктов при хранении и проведении технологических операций. Независимо от вида потерь они оказываются в атмосфере, что отрицательным образом сказывается на окружающей среде, и особенно на здоровье людей.
Важной задачей при эксплуатации резервуарных парков является сохранение качества и количества продукта. Это требует обеспечения максимальной герметизации всех процессов слива, налива и хранения. Основная доля потерь от испарения на протяжении всего пути движения нефти от промысла до нефтеперерабатывающих заводов, на самих заводах и нефтепродуктов от заводов до потребителей приходится на резервуары (по отраслям нефтяной промышленности количественные безвозвратные потери распределяются следующим образом: потери на нефтепромыслах – 4,0%; на нефтеперерабатывающих заводах – 3,5%; при транспорте и хранении нефти и нефтепродуктов на нефтебазах и нефтепродуктопроводах – 2,0%. Всего 9,5%). При этом в результате испарения из нефти уходит главным образом наиболее легкие компоненты, являющиеся ценнейшим сырьём для нефтехимических производств, к тому же потеря легких фракций нередко переводит нефтепродукт в более низкие сорта [1].
Классификация потерь:
- по причине: естественные (потери от испарения), эксплуатационные (потери от проливов, утечек, неполного слива, загрязнения и обводнения нефтепродуктов), аварийные (потери от проливов, пожаров и взрывов);
- по характеру: количественные (утечки, переливы, неполный слив транспортных емкостей и резервуаров), качественно-количественные потери (испарение нефти и нефтепродуктов), качественные (потери нефтепродуктов от загрязнения и обводнения).
Потери нефти и нефтепродуктов, имеющие место при их транспортировке, хранении, приеме и отпуске, условно можно разделить на естественные, эксплуатационные и аварийные [2].
Одним из основных источников естественной убыли нефтепродуктов являются их потери от испарения из резервуаров при больших и малых «дыханиях». «Большие дыхания» имеют место при операциях заполнения резервуаров.
Эксплуатационные потери в отличие от естественной убыли могут быть полностью устранены.
Аварийные потери возникают вследствие повреждения резервуаров, трубопроводов и оборудования в результате каких-либо непредвиденных ситуаций.
Потери по характеру можно разделить на количественные, качественно-количественные и качественные [2].
Количественные потери при негерметичности стенок и днищ резервуаров, неисправности запорной арматуры, несоблюдении технологии проведения операций и неисправности контрольно-измерительного оборудования. К потерям следует отнести и неполный слив нефтепродуктов, особенно вязких, происходящих из-за конструктивных дефектов транспортных емкостей, налипания нефтепродуктов и образования пленки на стенках емкости, для стекания которой необходимо дополнительное время.
Качественно-количественные потери происходят при испарении нефти и нефтепродуктов. В результате теряются легкие углеводороды, являющиеся ценным сырьем для нефтеперерабатывающей промышленности при этом снижается качество нефтепродуктов. Масла, мазуты и смазки практически не испаряются и соответственно по этой причине не теряют качества. Потери от испарения происходят при вытеснении паровоздушной смеси из газового пространства резервуаров и транспортных емкостей в атмосферу вследствие:
– заполнения резервуара нефтепродуктом («большие дыхания»);
– повышения давления в газовом пространстве выше давления срабатывания дыхательного клапана в результате суточных температурных колебаний газового пространства и поверхности нефтепродукта и за счет изменения давления атмосферного воздуха («малые дыхания»);
–дополнительного насыщения газового пространства парами нефтепродукта после окончания выкачки («обратный выдох»);
– вентиляции газового пространства при наличии двух и более отверстий в крыше или корпусе резервуара, расположенных на разных уровнях.
Методы борьбы с потерями нефтепродуктов можно разделить на следующие группы:
Первая группа – сокращение объема газового пространства резервуара. Чем меньше объем газового пространства, тем меньше потери. Это условие конструктивно осуществлено в резервуарах с плавающими крышами или понтонами, которые позволяют сократить потери от «больших дыханий» и «обратного выдоха» на 70-75% при коэффициенте годовой оборачиваемости до 60 раз в год и на 80-85% при коэффициенте годовой оборачиваемости свыше 60 раз в год, а от «малых дыханий» – на 70% по сравнению с обычными резервуарами со щитовой кровлей. Повышение экономической эффективности плавающих крыш и понтонов может быть достигнуто за счет применения прочных полимерных материалов и улучшения конструкции уплотняющих затворов [3].
Снижение потерь нефтепродуктов в резервуарах при больших и малых дыханиях может быть достигнуто путем установки под дыхательным клапаном диска-отражателя, диаметр которого превышает диаметр патрубка дыхательного клапана примерно в три раза. При использовании дисков-отражателей уменьшается перемешивание паровоздушной смеси в газовом пространстве резервуара, тем самым понижается концентрация паров нефтепродукта в верхней части газового пространства. Для обеспечения оптимальных условий работы дисков-отражателей их установку следует производить горизонтально под патрубком клапана на расстоянии, равном 1,8-2,0 диаметра этого патрубка. Применение дисков-отражателей дает заметный экономический эффект и позволяет снизить потери от испарения нефтепродуктов при дыханиях на 30-40%.
Одним из средств борьбы с потерями нефти и нефтепродуктов от испарения является использование резервуаров с плавающими крышами и понтонами.
Применение плавающих крыш сокращает потери, но не исключает их в такой мере, чтобы считать эти потери несущественными. Величина потерь от испарения в резервуарах с плавающей крышей зависит от многих факторов, среди которых основными являются: давление насыщенных паров продукта, температура окружающей среды, степень герметичности уплотняющих элементов затвора, технология эксплуатации резервуаров, скорость ветра, оборачиваемость резервуаров, свойства нефти и ее количество, налипающее на стенки резервуаров при опускании крыши. При нагреве нефти под давлением плавающей крышей ее пары выходят через дыхательный клапан и негерметичности уплотняющего затвора, создавая потери от дыханий. Второй вид потерь связан с налипанием нефти на стенки резервуаров и испарением легких фракций. Таким образом, применение плавающих крыш хотя и позволяет существенно снизить потери легких углеводородов, но не решает проблемы полностью. При хранении продуктов с низким давлением паров дополнительные затраты на сооружение и эксплуатацию плавающих крыш стоимостью сэкономленного продукта не окупаются, а при давлении насыщения продукта, близком к атмосферному, в связи с бурным выделением легких фракций потери резко возрастают, – их применение также оказывается недостаточно эффективным. Резервуары со стационарной крышей, дополненной понтонами, обеспечивают более надежную защиту нефти и ее продуктов от атмосферных осадков в любое время года, значительно сокращают потери легких фракций от испарения, не требуют больших эксплуатационных расходов, особенно в зимнее время.
Одними из наиболее эффективных средств сокращения потерь бензинов от испарения считаются понтоны. Величина оптимального сокращения потерь бензина от испарения при прочих равных условиях увеличивается с ростом номинального объема резервуара и коэффициента оборачиваемости. Особо необходимо отметить, что для резервуаров малой вместимости, при низкой оборачиваемости применение понтонов оказывается экономически нецелесообразным.
Вторая группа – хранение под избыточным давлением. Если конструкция резервуара рассчитана на работу под избыточным давлением, то в таком резервуаре могут быть полностью ликвидированы потери от «малых дыханий» и частично от «больших дыханий». Большие избыточные давления усложняют конструкцию и удорожают стоимость резервуаров. На оптимальную величину избыточного давления сильно влияет оборачиваемость резервуара, физико– химические свойства нефтепродукта и метеорологические условия.
Третья группа – уменьшение амплитуды колебания температуры газового пространства. Для создания условий изотермического хранения нефтепродуктов или значительного уменьшения колебаний температур газового пространства и поверхности нефтепродукта применяют теплоизоляцию резервуаров, охлаждение их в летнее время водой и окраску в белый цвет, а также подземное хранение.
Широкое распространение получило применение специальной окраски резервуаров, защищающей металл от нагрева путем частичного отражения солнечных лучей и снижения эффективной температуры. Для этой цели рекомендуются светлые краски с коэффициентом отражения не менее 0,8.
Охлаждение резервуаров водой с целью снижения температуры газового пространства может осуществляться путем устройства на крыше резервуара водяного экрана – проточного или периодически пополняемого бассейна с тонким слоем воды, или же путем орошения верхней части резервуара водой через распылители (систему орошения противопожарного водоснабжения). Однако этот процесс должен быть непрерывным, так как при периодическом орошении колебания температуры в газовом пространстве резервуара могут возрасти, что приведет к увеличению числа малых дыханий. Недостатком водяного охлаждения является возможность коррозии резервуаров и размывания их оснований. Действующими строительными нормами предусмотрено, что вновь проектируемые резервуары для нефтепродуктов вместимостью боле 5000 м3 должны оборудоваться стационарными системами водяного орошения.
Четвертая группа – улавливание паров нефтепродуктов, вытесняемых из емкости. Для этого применяют газоуравнительные обвязки, представляющие собой отдельные трубопроводы или систему трубопроводов, соединяющих газовые пространства резервуаров или транспортных емкостей. Применение газоуравнительной обвязки позволяет частично сократить потери от «больших дыханий». Эффективность сокращения потерь при использовании зависит от коэффициента совпадения операций и выкачки. Применение газгольдеров в газоуравнительной обвязке резервуаров, позволяет значительно снизить потери и при малых коэффициентах совпадения операций. Если поступление нефтепродукта превышает откачку, то избыток паровоздушной смеси поступает в газгольдер, что позволяет уменьшить потери на 90-95%. Наоборот, когда откачка из резервуаров превышает поступление нефтепродукта, газгольдеры «отдают» в систему паровоздушную смесь.
При хранении легкокипящих продуктов ГОСТ 1510-84 предусматривает обязательное создание газоуравнительных систем в тех резервуарных парках, где резервуары не оборудованы плавающими крышами или понтонами [4].
Пятая группа – организационно-технические мероприятия. Правильная организация эксплуатации резервуаров – одно из важнейших средств уменьшения потерь нефтепродуктов.
Таким образом, сокращение всех видов потерь нефтепродуктов является актуальной задачей не только с экономической, но и, что не менее важно, с экологической точки зрения.
Использованные источники
- Борьба с потерями нефти и нефтепродуктов при их транспортировке и хранении /Ф.Ф. Абузова, И.С. Бронштейн, В.Н. Новоселов и др. — М.: Недра, 1981. — 248 с.
- Коршак А.А. Ресурсосберегающие методы и технологии при транспортировке и хранении нефти и нефтепродуктов. – Уфа: ДизайнПолиграфСервис, 2006. – 192 с.
- Нефтебазы и АЗС: Учебное пособие / А. А. Коршак, Г. Е. Коробков, Е. М. Муфтахов. — Уфа: ДизайнПолиграфСервис, 2006. — 416 с.
- ГОСТ 1510-84. Нефть и нефтепродукты. Маркировка, упаковка, транспортирование и хранение (с изменениями N 1-5) [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/901711462
