Расчет потерь от испарения из резервуара РВС 10000

Качественные потери нефтепродуктов происходят от смешения при небрежном или неправильном выполнении операций по приему, хранению и отпуску нефтепродуктов, когда различные сорта их смешиваются, от обводнения и загрязнения механическими примесями. Смешение может происходить также при недостаточном числе на ЛПДС «Черкассы» технологических трубопроводов (перекачка разных сортов нефтепродуктов ведется по одному трубопроводу без соответствующей подготовки и без учета распределения нефтепродуктов по родственным группам).

Количественно-качественные потери представляют собой, главным образом, потери нефтепродуктов от испарения. Величина потерь от «малых и больших дыханий» резервуаров зависит от ряда факторов: климатических условий, температурного режима хранилищ, конструкции и оборудования емкостей, наличия или отсутствия улавливающих газосборных обвязок, соотношения размеров и степени заполнения резервуаров, свойств хранимого нефтепродукта, допустимого давления в газовом пространстве, цвета и качества окраски резервуара. Наибольшее влияние на величину потерь оказывают климатические условия, размеры, тип и режим работы резервуаров, а также свойства нефтепродукта.

 

2.2 Расчет потерь автомобильного  бензина от «больших дыханий»

 

Потери от «больших дыханий» - это потери от вытеснения паров нефтепродукта из газового пространства (ГП) резервуара закачиваемым нефтепродуктом.

При откачке нефтепродукта из резервуара объем газового пространства увеличивается. Поэтому давление в нем падает, и через дыхательную арматуру в резервуар подсасывается атмосферный воздух. Это, с одной стороны, приводит к снижению средней концентрации углеводородов в ГП, а с другой стороны, струя воздуха омывает поверхность нефтепродукта. В результате процесс его испарения интенсифицируется. При последующем заполнении резервуара нефтепродукт, поступая в герметизированный резервуар, сжимает паровоздушную смесь до давления, на которое рассчитан дыхательный клапан. Как только давление станет равным расчетному давлению дыхательного клапана, из резервуара будет выходить паровоздушная смесь, начнется «большое дыхание» («выдох»). Чем больше давление, на которое отрегулирован дыхательный клапан, тем позднее начнется «большое дыхание».

Рассчитаем потери автобензина Нормаль-80 от «больших дыханий» из резервуара РВС-10000 №29 для наихудших условий эксплуатации: закачка в резервуар осуществляется с производительностью 600м3/ч от высоты взлива 2м до 9м. Закачке предшествовала откачка нефтепродукта в то же день с уровня 9,75м до 2м с производительностью 1000 м3/ч.

Исходные данные для расчета: 

- тип резервуара: РВС-10000;

- геометрическая  широта ψ=54o48’(Уфа);

- диаметр  резервуара, D = 34,2 м;

- высота корпуса, Нр= 11,92 м;

- высота конуса  крыши, Нк = 3,0 м;

- атмосферное  давление Ра = 101200 Па;

- нагрузка  дыхательного клапана НДКМ-250:

- на  вакуум Ркв = 245 Па;

- на  давление Ркд = 1962 Па;

- температура  начала кипения бензина Тнк = 319 К;

- средняя  температура бензина:

- днем  ТПср= 301,3 К;

- ночью  ТПср = 287,8 К;

- количество  дыхательных клапанов - 2 шт;

- диаметр  патрубка клапана d=250 мм.

Прием в резервуар производится от Уфимского нефтеперерабатывающего завода (УНПЗ).

Производительность закачки бензина, начальный и конечный уровни взлива приведены в таблице 1.14.

 

Таблица 2.1 – Исходные данные для расчета потерь бензина от «больших дыханий»

Значения параметров
Нвзл1, м	Нвзл2, м	Нвзл3, м	Qзак, м3/ч	Qот, м3/ч
9,75	2	9	600	1000

 

Продолжительность откачки и закачки бензина:

                           (1.1)

где ∆Hот – разность уровней взлива резервуара до и после откачки, м;

FH – площадь «зеркала» нефтепродукта, м3;

Qот – производительность откачки, м3/ч;

                    (1.2)

   (1.3)

Средняя высота взлива бензина в резервуаре при закачке и откачке:

                   (1.4)

                    (1.5)

Средняя высота газового пространства резервуара при закачке и откачке бензина:

,                      (1.6)

где НР – высота резервуара;

Нср – средняя высота взлива;

НК – высота корпуса крыши;

Объемы жидкой и паровой фаз на момент начала откачки бензина из резервуара:

                   (1.7)

,                  (1.8)

где Vp – объем резервуара;

Скорость закачиваемого нефтепродукта в приемо-раздаточном устройстве:

                             (1.9)

Скорость струи воздуха в монтажном патрубке дыхательного клапана:

,              (1.10)

где r – радиус монтажного патрубка;

Nк – число дыхательных клапанов;

Диаметр круга, эквивалентного площади поверхности нефтепродукта, омываемой струей воздуха, подсасываемого в резервуар:

        (1.11)

Скорость струи воздуха у поверхности откачиваемого нефтепродукта:

          (1.12)

Так как откачка бензина производилась в тот же день, что и заполнение резервуара, то необходимо определить, как изменялась концентрация паров в газовом пространстве в ходе каждой из операций.

В процессе откачки средние объемы жидкой и паровой фаз в резервуаре по формулам (1.30) и (1.31):

                  

        

Соотношение фаз:

         

Так как то значение поправки, учитывающей влияние соотношения фаз на давление насыщения :

                (1.13)

Давление насыщенных паров бензина при средней температуре в ГПР в процессе откачки:

                             (1.14)

где PR – давление насыщенных паров нефтепродукта по Рейду (TK=311 K, соотношение объемов паровой и жидкой фаз = 4), Па;

bS – эмпирический коэффициент (табл.10.2[4]);

Концентрация насыщенных паров бензина при откачке:

                  (1.15)

где PГ – абсолютное давление в газовом пространстве, Па.

Начальная объемная концентрация углеводородов в ГПР перед откачкой:

           (1.16)

Плотность паров бензина и воздуха при условиях откачки:

                  (1.40)

где My – молярная масса паров бензина;

- универсальная газовая постоянная, = 8314 Дж/(кмоль∙К);

,

где Tнк – температура начала кипения бензина, Tнк=319 К;

            (1.17)

Плотность ПВС перед началом откачки:

                     (1.18)

Масса ПВС и паров бензина в газовом пространстве перед началом откачки:

                  (1.19)

                 (1.20)

Объем и масса воздуха, подсасываемого в резервуар при его опорожнении:

          (1.21)

                   (1.22)

Если бы бензин в процессе опорожнения резервуара не испарялась, то к концу опорожнения объемная концентрация паров в газовом пространстве составляла бы:

                   (1.23)

Соответственно средняя объемная концентрация паров бензина была бы:

                  (1.24)

Поскольку в ходе опорожнения происходит донасыщение ГП парами бензина, то в качестве первого приближения принимаем, что .

При этой концентрации:

- молярная масса ПВС:

               (1.25)

- плотность ПВС по формуле (1.40):

                  

- кинематическая  вязкость ПВС:

          (1.26)

              

- число  Шмидта:

                  (1.27)

где Dм – коэффициент диффузии паров, вычисляемы по формуле:

                       (1.28)

где аm , bm – эмпирические коэффициенты, аm= - 0,1170 м2/ч; bm= 0,000503 м2/(ч∙К);

Dm= - 0,1170 + 0,000503∙294,55 = 0,0312 м2/ч.     

        

- модуль  движущей силы процесса испарения:

                 (1.29)

        

- величина  Кt-критерия при неподвижном хранении  бензина находится по формуле:

                          (1.30)

- среднее  число Рейнольдса, характеризующее  интенсивность омывания поверхности  бензина воздухом:

       (1.31)

- величина Kt-критерия при откачке бензина:

                         (1.32)

Плотность потока массы испаряющегося бензина в процессе откачки:

                     (1.33)

где Tв, Tб – абсолютные температуры соответственно воздуха и бензина, К;

    

Масса бензина, испарившегося за время откачки:         (1.34) Массовая и объемная концентрации углеводородов в ГП к моменту завершения откачки:

               (1.35)

          (1.36)

Так как СS=0,457 0,333, то принимаем =0,333.

Средняя расчетная объемная концентрация углеводородов в ГП при откачке по формуле:

          Проверим, каково расхождение ранее принятой и расчетной величин: 

Так как расхождение составляет менее 5%, то уточнять концентрацию нет необходимости.

Парциальное давление паров бензина в ГП к началу простоя резервуара:  =0,385∙(101200-245)=38867,68 Па.      (1.37) Вычислим объемы жидкой и паровой фаз в процессе простоя резервуара перед его заполнением, а также их соотношение:

                      

Так как то поправка, учитывающую влияние соотношения фаз на давление насыщения вычисляется по формуле:

               (1.38)    

Давление и концентрация насыщенных паров бензина при простое по формулам:

                          

                     

Так как Ps.пр P(0)у.пр, то испарения бензина в процессе простоя происходить не будет. Следовательно, начальная концентрация паров бензина в ГП в начале закачки =0,377; =38120,6 Па.

Вычислим средние объемы жидкой и паровой фаз в резервуаре в процессе закачки по формулам, а также их соотношение:

Так как то по формуле:

Средние давления и концентрации насыщенных паров бензина в ГП при заполнении резервуара:

Так как Рs.зак< , то в процессе заполнения резервуара будет происходить донасыщение ГП парами бензина.

Примем, что средняя концентрация углеводородов в ГП в процессе заполнения резервуара равна С(0)ср.зак = 0,360.

При этой концентрации:

- молярная масса ПВС:

- плотность ПВС:

       (1.39)

- кинематическая вязкость ПВС по формуле (1.49):

- число  Шмидта по формуле (1.50):

- модуль  движущей силы процесса испарения:

- величина  Кt-критерия при неподвижном хранении бензина находится:

- скорость  бензина в приемном патрубке  резервуара:

                    

- средняя характерная скорость  перемешивания бензина в резервуаре:

                  (1.40)

- находим величину среднего комплексного параметра :

                  (1.41)

- величина Kt критерия при заполнении резервуара:

            

- плотность  потока массы бензина, испаряющегося  в процессе закачки:

 

- масса  бензина, испарившегося в процессе  закачки:

- массы  углеводородов и ПВС в ГПР  на момент начала закачки:

             (1.42)          

   

- объем  закачиваемого бензина и масса  вытесняемой в атмосферу ПВС:

           

      

- средняя  массовая концентрация углеводородов  в ГП в процессе заполнения  резервуара:

          (1.43)            

- массовая  концентрация паров бензина в  ГП к моменту окончания закачки:

           (1.44)

- соответствующая  объемная концентрация паров  в газовом пространстве:

     

Так как С*зак Сsзак принимаем Сзак=0,361.

Находим расчетную среднюю концентрацию паров бензина в ГП в процессе закачки:

- отклонение  расчетной величины от ранее  принятой составляет следовательно, средняя концентрация паров бензина в ГП резервуара в процессе его заполнения выбрана правильно.

Абсолютные давления срабатывания клапанов вакуума и давления         НКДМ-250:

Р1 = Pа – Pкв = 101200-245=100955 Па;                                     (1.45)

Р2 = Pа + Pкд = 101200+1962=103162 Па.          (1.46)

Среднее парциальное давление паров бензина в ГП в процессе закачки:

.           (1.47)

Плотность паров бензина  в процессе закачки:

       

Потери бензина от «большого дыхания»

             (1.48)

Как видно из полученных результатов расчета, потери бензина даже от одного «большого дыхания» существенны. С целью сокращения потерь нефтепродукта от испарения используются понтоны.

Сокращая потери от испарения до 98%, понтон быстро окупает затраты на его приобретение. Согласно статистическим данным на бензиновых резервуарах затраты окупаются за 6-8 месяцев. В дальнейшем понтон будет продолжать давать экономию хранимого продукта не менее 20 лет.

 

 

3 Оборудование резервуаров

 

Для нормальной и безопасной эксплуатации на резервуаре устанавливают четыре группы оборудования:

- оборудование, обеспечивающее надежную работу  резервуаров и снижение потерь (дыхательные и предохранительные  клапаны, приемно-раздаточные патрубки  с хлопушкой, зачистная задвижка);

- оборудование  для ремонта и обслуживания  резервуаров (люк-лаз, замерный люк, световой люк, сифонный кран, шахтная  лестница);

- приборы  контроля и сигнализации (дистанционные  измерители уровня нефтепродукта, ПСР, сигнализаторы максимального  и минимального уровня нефтепродукта, оборудование КИП и А);

- противопожарное оборудование (пенный генератор, система автоматического пожаротушения).

Для правильной и безаварийной эксплуатации резервуарного парка на каждый резервуар составляется технологическая карта эксплуатации резервуаров. Она утверждается главным инженером ОАО «Уралтранснефтепродукт» и пересматривается не реже 1 раза в 2 года. Технологическая карта включает в себя: № резервуара, тип нефтепродукта (автобензин или дизельное топливо), тип резервуара с указанием объема (РВС или РВСП, 10000  или 5000 м3), диаметр резервуара (10000 – 34,2м, 5000 – 22,9м), уровень максимального и минимального взливов (устанавливается метрологом), количество и типы дыхательной и предохранительной арматуры, а также их пропускную способность и другое (таблица 3.1, 1.2). В технологической карте представлены резервуары, находящиеся в эксплуатации.