Задание
Задание студенту Джуманову Ильвару Фаридовичу
гр. РЭМ-441 «Потери нефтепродуктов от испаренияиз 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=0,57м, высота взрыва бензина начальная />вз=7м, высота взрываконечная />.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 дыхательныхклапанов Pк.в.=196,2 Па.
Рк.д. =1362 Па. Барометрическое давление Ра=0,1013.Температура начала кипения бензина Тн.к.=319 К, плотность />, давление насыщенныхпаров 311 К. />Географическая широта расположениярезервуара />’.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение. 4
1. Расчет потерь бензина от «большого дыхания». 6
2. Некоторые методы и средства снижения потерь нефти инефтепродуктов. 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 путьтранспортировки, хранения и распределения. От скважин до установкинефтеперерабатывающего завода, от завода до потребителя. При этом ониподвергаются многочисленным транспортным операциям, которые сопровождаютсяпотерями, составляющими около 9% от годовой добычи нефти. Из них 2-2,5%приходятся на потери в сфере транспорта, хранения и распределениянефтепродуктов. Эти потери подразделяются на количественные (утечки, разливы,аварии), качественно-количественные (испарение, смешение). Значительную долю вобщем балансе потерь составляют потери от испарения в резервуарах и присливо-наливных операциях.
Испарение нефти и бензинов приводит к изменениюих физико-химических свойств, уменьшению выхода светлых нефтепродуктов припереработке нефти, ухудшению эксплуатационных характеристик двигателей. В связис этим затрудняется запуск двигателей, надежность их работы, увеличиваетсярасход топлива и сокращается срок эксплуатации. Теряемые легкие углеводородызагрязняют окружающую среду и повышают пожароопасность предприятий.
По данным исследований Всероссийского Научногоисследовательского института по сбору, подготовке и транспорту нефти (ВНИИСПТнефти), при испарении 2% по весу легких фракций автобензин октановое числоснижается в среднем Na=0,4 единицы, а удельная мощность двигателя Na= 0,24-0,4%.Этомуснижению октанового расхода топлива Na0,3 – 0,36% для различных марок автобензина.
Потери нефтепродуктов на нефтебазах происходятв результате нарушения правил технической эксплуатации сооружений итехнологического оборудования. Эти потери (от утечек, смешения, загрязнения,обводнения, неслитого остатка и др.) должна быть полностью ликвидирована илиуменьшена путем повышения технического уровня эксплуатации, проведенияорганизационно-технических и профилактических мероприятий.
Одним из основных видов потерь нефти инефтепродуктов являются потери от «больших дыханий» резервуаров при закачкепродукции. «Зеркало» нефтепродуктов при этом как торец поршня в поршневомнасосе поднимается вверх и, снимая газовое пространство резервуара, заставляетоткрыться тарелкам механических дыханий клапанов. Ниже представлен расчетпотерь бензина от «большого дыхания» РВС-5000.
/>/>/>/>/>/>/>/>1. Расчетпотерь бензина от «большого дыхания»
1. Определим площадь зеркала бензина
/> (1)
где dр – внутреннийдиаметр резервуара, м.
dр =22,76 м.
/>
2. Найдем высоту газового пространства послезакачки бензина.
Нг1=Нр-Нвз+/>, м (2)
где Hр — высотарезервуара, м. Hр=11,9м.
Нвз= высота взрыва послезакачки бензина, м.
Нвз=11м.
/> — объем, ограничиваемыйповерхностью крыши и плоскостью, проходящей через верхний срез цилиндрическойчасти резервуара (для вертикальных цилиндрических резервуаров с коническойкрышей/>,здесь hk – высота конуса крыши, м.)
/>, м (3)
/>
3. Абсолютное давление в газовом пространстверезервуара до закачка Рр=101325Па
4. Находим высоту газового пространстварезервуара 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 пространстварезервуара
/>, м3 (5)
где fб — площадь зеркалабензина, м2
/>
6. Найдем отношение абсолютного давлениягазового пространства резервуара к средней температуре бензина
/> (6)
7. По графику (рис.1.) для определенияплотности бензиновых паров, исходя из уравнения состязания
/> (7)
найдем плотность паров бензина, где р1– абсолютное давление в газовом пространстве, Па
/>
Рис.1. График для определения плотностибензиновых паров
М- молярная масса паров бензина, кг/моль;
/> - универсальная газоваяпостоянная, Дж/(моль∙К)
/>=8314,3 Дж/(моль∙К)
Т – средняя температура бензина, Тпср= 298 К.
8. По формуле Воинова находим молярную массубензиновых паров
/> (8)
где Тп=Тн.к-30К (9)
где Тн.к – температура началакипения 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=65,056кг/моль
9. Подставляя данные в формулу (7), получим:
/>
10. Находим суммарное время до окончаниязакачки бензина
/>, (10)
где fпр — время простоярезервуара до закачки,
fпр=17,5г
f3 — время закачки резервуара,
f3=2,5 часа
f=17,5+2,5=20часов
11. Найдем прирост средней относительнойконцентрации 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 паровоздушнойсмеси 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 /> — приростасредней относительной концентрации в газовом пространстве резервуара за времявыкачки бензина (по графику24 [2]), рис.3.
/>
Рис. 3. Зависимость часового приростаотносительной концентрации в газовом пространстве во время выкачки изрезервуара, 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 вгазовом пространстве резервуара в рассматриваемый период />
/> (13)
где /> - высота газового пространстварезервуара после закачки бензина, м
/>=1,09
/> - высота газового пространстварезервуара до закачки бензина, м
/>=5,09
/> — время закачки, час. />=2,5 часа
/> - средняя относительнаяконцентрация в газовом пространстве резервуара за время 2,5 часовой закачки
/>=0,052
/> - средняя относительнаяконцентрация в газовом пространстве резервуара за время простоя, />=0,2
/>
15. Определим давление насыщенных паров бензина
По графику 23 [2] для Тп ср=2980К(рис.4)
Рs= 28800 Па
/>
Рис.4. График для определения давлениянасыщенных паров нефтепродуктов: 1 – авиационные бензины; 2 – автомобильныебензины
16. Определим среднее расчетное парциальноедавление паров бензина
/> (14)
где /> - средняя относительнаяконцентрация в газовом пространстве резервуара в рассматриваемый период, /> = 0,544
/> - среднее расчетное парциальноедавление паров бензина, />=28800 Па
/>=0,544ּ28800=15667 Па
17. Рассчитаем потери бензина на одного«большого дыхания»
/> (15)
где /> - объем закачиваемого в резервуарбензина за 2,5 часа,
/>=2,5ּQ=2.5ּ650=1625 м3
/> - объем газового пространстварезервуара перед закачкой бензина, м3, />=2070 м3
/> - абсолютное давление в газовомпространстве в конце закачки
Р2=Ра+Рк.у , (16)
где Ра – барометрическое(атмосферное) давление Ра=101320 Па,
Рк.у – нагрузка дыхательныхклапанов, Па
Рк.у = 1962
Р2 = 101320+1962=103282 Па
Р1 – абсолютное давление в газовомпространстве в начале закачки, Па
Р1=Ра-Рк.в. Па, (17)
где Рк.в. – нагрузка вакуумногодыхательного клапана, Рк.в. = 196,2 Па
Р1=101320-196,2=101123,8 Па
Ру – среднее расчетное парциальноедавление паров бензина, Ру = 15667 Па
/> - плотность паров бензина, кг/м3,/>=2,98 кг/м3
/>
18. Определим, на какое давление должен бытьустановлен дыхательный клапан, чтобы при расчетных условиях пп. 1-17 не былопотерь от «большого дыхания».
/> (16)
где /> - объем газового пространстварезервуара до закачки, м3, />=2070 м3
/> - объем газового пространствапосле прекращения закачки, м, />=1625 м3
/> - величина упругости бензиновыхпаров, Па, />=15667Па
/> - абсолютное давление в газовомпространстве в конце закачки
/>=103282 Па
/>
Естественно, такое значительное давлениевертикальный цилиндрический резервуар типа РВС выдержать не сможет, поэтомунельзя перегружать дыхательные клапаны во избежание потерь «от большогодыхания».
/>/>/>/>/>/>/>/>2.Некоторые методы и средства снижения потерь нефти и нефтепродуктов
Транспортирование, хранение, приём и выдачагорючего (моторных топлив) обычно сопровождается потерями, которые с точкизрения их предотвращения условно можно разделить на потери естественные,эксплуатационные, организационные и аварийные. Ущерб, наносимый потерямитоплива, определяется не только их стоимостью, но и загрязнением окружающейсреды [3]. Загрязнение атмосферы парами нефтепродуктов оказывает вредноевоздействие на окружающую среду и здоровье человека. К естественным потерямнефтепродуктов следует отнести потери от испарения. Потери топлива прииспользовании наиболее широко распространённого современного оборудованияполностью предотвратить, как правило, невозможно. Их можно в значительнойстепени снизить путём рациональной организации работ и поддержания на должномуровне технического состояния резервуаров и других сооружений./>/>/>/>/>/>2.1Резервуары для хранения легковоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ)
При хранении ЛВЖ стравливание паров происходитпрактически постоянно и только в атмосферу. Периодичность стравливания иколичество продуктов, стравливаемых в атмосферу, зависит от типа и конструкциирезервуара./>/>/>/>/>/>2.2Резервуары с металлическими и синтетическими понтонами
Понтон состоит из металлических поплавков,выполненных в виде коробов — сегментов.
Синтетические понтоны практически непотопляемывследствие отсутствия полых поплавков, могут легко быть смонтированы как вовновь строящихся, так и в действующих резервуарах, имеют значительно меньшийвес и меньшую стоимость по сравнению с металлическими понтонами, незначительноуменьшают полезную емкость резервуара.
Впервые в 1968 г. Ново — Горьковском НПЗ былсмонтирован 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 степеньюнасыщения бензиновыми парами газового пространства, заключённого между кровлейи понтоном в резервуаре.
Степень насыщения газового пространства вмомент замера определяется величиной, измеренной концентрации бензиновых паров,делённой на величину концентрации насыщения при минимальной суточнойтемпературе, имея в виду, что концентрация насыщения по своей величине будетсоответствовать давлению насыщенных паров.
При удовлетворительном монтаже понтона иотсутствии дефектов это отношение не должно превышать 0.3, что соответствуетсокращению потерь топлива в размере около 80 % по сравнению с резервуаром безпонтона. Если отношение меньше 0.3, то понтон работает удовлетворительно, аесли больше 0.3, то понтон не имеет достаточной герметичности [3]./>/>/>/>/>/>2.3Резервуары с плавающей крышей
В отличие от резервуара с понтоном в резервуарес плавающей крышей отсутствует кровля (рис.5). Существуют резервуары емкостью3000, 10000, 50000 м3 с плавающими крышами.
Плавающая крыша имеет расположенные по периметру32 короба — понтона трапециевидной формы. В нижнем положении она покоится натрубчатых опорных стойках на отметке 1800 мм от днища, а при заполнении —поднимается вместе со стойками. Положение плавающей крыши фиксируется двумянаправляющими из труб диаметром 500 мм, предназначенных для отбора проб изамера уровня. Вода с плавающей крыши отводится по дренажной системе, состоящейиз стальных труб с шарнирами. Спуск с площадки на плавающую крышу происходит полестнице. Зазор между плавающей крышей и корпусом резервуара по проектусоставляет 200 мм (максимальный — 300 мм и минимальный—120 мм). Длягерметизации кольцевого зазора между плавающей крышей и корпусом примененмягкий уплотняющий затвор РУМ-1[3].
/>
Рис.5. Схема устройства резервуаров сплавающей крышей (а) и понтоном (б):
1 — корпус резервуара; 2 — стационарная крыша;3 — нижние опоры понтона, 4 — направляющие плавающей крыши; 5 — плавающаякрыша; б -уплотняющий скользящий затвор; 7- скользящая лестница; 8 -пластиковыепокрытия понтона; 9 — пенополиуретановый слой; 10 -уплотнители; 11 — кольцажесткости; 12 — сборник осадков; 13 -дренажная система.
По данным [3], в США в среднем для 18000резервуаров, из которых около 7000 со стационарной крышей, а остальные — сплавающей крышей или понтоном, потери следующие:
Таблица 1Давление 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 относятсякаплевидные и сферические емкости типа ДИСИ и др. Промышленные испытания поопределению эффективности каплевидного резервуара емкостью 2000 м в частисокращения потерь от испарения автобензина при различных операциях впервыепроводились в осенний период 1958 г.
Дыхательный клапан был отрегулирован наизбыточное давление 3000 мм вод. ст. и вакуум 130 мм вод. ст. Испытанияпоказали, 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 ирассчитаны на избыточное давление от 1300 до 2000 мм вод. ст. и вакуум 30—50 ммвод. ст. Расположение поясов ступенчатое. С внутренней стороны стенки дляувеличения устойчивости при вакууме имеются кольца жесткости.
Стоимость резервуаров повышенного давлениязначительно выше стоимости вертикальных цилиндрических «атмосферных»резервуаров. На многих химических и нефтехимических предприятиях большоеколичество легковоспламеняющихся жидкостей (метанол, этиловый спирт,изопропиловый спирт, стирол, метилстирол и др.) хранят в «атмосферных»резервуарах, вследствие чего происходят большие потери продуктов изагазовывается воздушный бассейн [3].
/>/>/>/>/>/>2.5Резервуары с эластичными полимерными оболочками (ПЭО)
Поиск способов исключения потерь от испаренияЛВЖ при их хранении ведет к разработке конструкции резервуаров с эластичнымиполимерными оболочками (ПЭО). Эта конструкция вообще исключает потери продуктаот испарения.
ПЭО представляет собой мешок, которыйвкладывается в пространство, образуемое несущими конструкциями. Такиерезервуары могут быть наземными и подземными.
Разработаны два типа резервуаров:цилиндрические и траншейные. Цилиндрические резервуары имеют предварительнонапряженную стенку, купольное покрытие и грунтовое днище. Внутри этойконструкции подвешивается цилиндрическая полимерная оболочка.
Траншейные резервуары представляют собойкотлованы, закрытые железобетонным покрытием или легким перекрытием изполимерных материалов. В траншею свободно укладывается оболочка — вкладыш, вкотором хранится продукт.
Оболочки — вкладыши изготавливают из полимерныхпленочных материалов: резинотканевые и на основе совмещенного полиамида.Широкое применение находят эластичные резервуары из полимерных материаловнебольшого объема для хранения и перевозки автотранспортом [6]./>/>/>/>/>/>2.6Подземное и подводное хранение топлив
Проводились испытания по хранениюуглеводородных топлив в шахтных подземных емкостях, сооружаемых в монолитныхосадочных, метаморфических и изверженных горных породах.
Производственный эксперимент подтвердил, чтопри хранении нефтепродуктов в подземных емкостях потерь бензина и дизельныхтоплив почти не происходит.
За рубежом находит применение подводноехранение топлив. Строительство подводных хранилищ большой емкостинепосредственно на морском промысле делает ненужным прокладку нефтепроводов кберегу. Кроме того, нефть из такого хранилища может перекачиваться вкрупнотоннажные танкеры, которые из-за своих размеров не могут заходить в порты[6]./>/>/>/>/>/>2.7Использование дисков – отражателей
Эффективным средством сокращения потерь от«больших дыханий» являются диски-отражатели (рис. 6).
Подвешенный под монтажным патрубкомдыхательного клапана диск — отражатель препятствует распространению струивходящего в резервуар воздуха вглубь газового пространства, изменяя направлениеструи 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 ватмосферу при заполнении резервуара, уменьшается, что снижает потери от«больших дыханий».
Простота конструкции и короткий срококупаемости позволяют широко внедрять диски-отражатели в резервуарах. Диаметрдиска-отражателя обычно равен 2,6—2,8 диаметра люка резервуара, сделанного длядыхательного клапана. Диск-отражатель подвешивается под патрубком люка нарасстоянии, 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 подвешиваниядиска [2].
/>/>/>/>/>/>3. Техника безопасности
Резервуарный парк должен соответствовать нормами техническим условиям проектирования складских предприятий и хозяйств.
Эксплуатация резервуарного парка организована всоответствии с «Правилами технической эксплуатации резервуаров», другими действующимидокументами.
Для предупреждения разлива нефтепродуктапредусматриваем обвалование высотой, рассчитанной на половину объемарезервуаров, с запасом на высоту 0,2 м. На ограждающих валах предусматриваемлестницы – переходы.
Резервуарные парки обеспечиваем первичнымисредствами пожаротушения.
Наполнение и опорожнение герметичногорезервуара осуществляется при производительности насосов, не превышающей нормпропускной способности дыхательных клапанов. Гидравлический клапан заливаетсянезамерзающей жидкостью со сменой его 2-3 раза в год. Существуют сроки осмотраоборудования и арматуры резервуаров.
Резервуары заземлены и имеют молниеотводы. Принаполнении резервуаров осуществляется визуальный или автоматический контрольуровня. Лестницы и замерные площадки очищаются от снега и льда.
Водоспускные краны и задвижки в зимнее времяутепляем. Открытие и закрытие задвижек необходимо производить плавно, безрывков во избежание гидравлического удара.
Заключение
Борьба с потерями нефтепродуктов в настоящеевремя очень актуальна и приобретает на нефтяных объектах все большеераспространение, т.к. легче и экономичнее внедрить мероприятие, быстро себяокупающее, чем вводить новую скважину в эксплуатацию.
В своей работе я предпринял попытку разобратьвопрос определения величины потерь «от большого дыхания» резервуара, носуществуют и другие разновидности потерь легких фракций от испарения, такие какпотери от «малого дыхания», от обратного выдоха, от вентиляции газовогопространства, от выдувания «газового сифона» и т.д.
В качестве жидких потерь тоже существует немалоразличных видов – аварий, утечки, смешение при последовательной перекачке, сливостатков цистерн на промывочно-пропарочных пунктах, зачистке резервуаров,перелив резервуаров, неполная очистка сточных вод перед сбросом в водоемы.
Во втором разделе при анализе методов борьбы спотерями ограниченный объем выпускной работы не позволил остановиться еще наряде способов, применяющихся у нас в России и за рубежом.
Сюда можно отнести газоуравнительную систему сгазосборником и без него, перевод резервуаров на повышенное избыточноедавление, изотермическое хранение, применение микрошариков и пен и т.д.
/>/>/>/>/>/>/>/>Списоклитературы
1. Едигаров С.Г., Бобровский С.А.Проектирование и эксплуатация нефтебаз и газохранилищ. М.: Недра, 1993
2. Константинов Н.А. Потери нефти инефтепродуктов. М.: Недра, 1991
3. Новоселов В.Ф. Расчеты припроектировании и эксплуатации нефтебаз и нефтепродуктов М.: Недра, 1995
4. Нормы естественной убылинефтепродуктов, М.: Вега, 2004 г.
5. Семенова Б.А. Вопросы экономики прихранении нефтепродуктов. М.: ВНИИОЭНГ, 1992.
6. Шишкин Г.В. Справочник попроектированию нефтебаз, М.: Недра, 1998