3

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 h_k=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 T_ср=298 К.

Время простоя резерва Т_ср=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 N^a=0,4 единицы, а удельная мощность двигателя N^a = 0,24-0,4%.Этому снижению октанового расхода топлива N^a0,3 - 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 d_р - внутренний диаметр резервуара, м.

d_р =22,76 м.

2. Найдем высоту газового пространства после закачки бензина.

Н_г1=Н_р-Н_вз+, м (2)

где H_р - высота резервуара, м. H_р=11,9м.

Н_вз = высота взрыва после закачки бензина, м.

Н_вз=11м.

- объем, ограничиваемый поверхностью крыши и плоскостью, проходящей через верхний срез цилиндрической части резервуара (для вертикальных цилиндрических резервуаров с конической крышей, здесь h_k - высота конуса крыши, м.)

, м (3)

3. Абсолютное давление в газовом пространстве резервуара до закачка Р_р=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 f_б- 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, Т_пср = 298 К.

8. По формуле Воинова находим молярную массу бензиновых паров

(8)

где Т_п=Т_н.к-30К (9)

где Т_н.к - температура начала кипения бензина, К

Т_н.к = 319К,

Тогда Т_н=319-3=289К.

Подставляем значение Т_н 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 f_пр- время простоя резервуара до закачки,

f_пр=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 Т_{п ср}=298⁰К (рис.4)

Р_s = 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

=0,544М28800=15667 Па

17. Рассчитаем потери бензина на одного «большого дыхания»

(15)

где - объем закачиваемого в резервуар бензина за 2,5 часа,

=2,5МQ=2.5М650=1625 м³

- объем газового пространства резервуара перед закачкой бензина, м³, =2070 м³

- абсолютное давление в газовом пространстве в конце закачки

Р²=Р_а+Р_к.у , (16)

где Р_а - барометрическое (атмосферное) давление Р_а=101320 Па,

Р_к.у - нагрузка дыхательных клапанов, Па

Р_к.у = 1962

Р₂ = 101320+1962=103282 Па

Р₁ - абсолютное давление в газовом пространстве в начале закачки, Па

Р₁=Р_а-Р_к.в. Па, (17)

где Р_к.в. - нагрузка вакуумного дыхательного клапана, Р_к.в. = 196,2 Па

Р₁=101320-196,2=101123,8 Па

Р_у - среднее расчетное парциальное давление паров бензина, Р_у = 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 современного оборудования полностью предотвратить, как правило, невозможно. Их можно в значительной степени снизить путём рациональной организации работ и поддержания на должном уровне технического состояния резервуаров и других сооружений.

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

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.