Расчет потерь нефтепродуктов при больших и малых "дыханиях" резервуара

 

 

2. Классификация потерь нефти от испарения при хранении в РВС

 

Потери нефти и нефтепродуктов наносят большой вред всему народному хозяйству, поэтому борьба с потерями — чрезвычайно важная и актуальная задача. Для борьбы с потерями необходимо знать причины, вызывающие потери нефти и нефтепродуктов.

Потери происходят от утечек, испарения, смешения' различных сортов нефтепродуктов и нефтей.

По данным исследований в системе транспорта и хранения примерно 75% потерь нефти и нефтепродуктов происходит от испарения.

Потери от испарения. В резервуаре, имеющем некоторое количество продукта, газовое пространство заполнено паровоздушной смесью. Количество нефтепродукта в этой паровоздушной смеси:

 

,

 

гдес — объемная концентрация паров нефтепродукта в паровоздушной смеси;

р — плотность паров продукта;

V — объем газового пространства.

Всякое выталкивание паровоздушной смеси из газового пространства резервуара в атмосферу сопровождается потерями нефтепродукта, испарившегося в газовое пространство – это и есть потери от испарения. Они происходят по следующим причинам.

1. От вентиляции газового пространства. Если в крыше резервуара имеются в двух местах отверстия, расположенные на расстоянии Н по вертикали, то более тяжелые бензиновые пары будут выходить через нижнее отверстие, а соответствующее количество атмосферного воздуха входить в газовое пространство резервуара через верхнее отверстие; установится естественная циркуляция воздуха и бензиновых паров в резервуаре, образуется так называемый газовый сифон. Объемная потеря газа в единицу времени работы «газового сифона» определяется по уравнению:

 

,

 

где у — коэффициент расхода отверстия;

F — площадь отверстия;

р — давление, под которым происходит истечение, оно равно разности весов столбов высотой Н паровоздушной смеси плотностью рс и воздуха плотностью рв, т.е.:

 

.

 

Потери от вентиляции могут происходить через открытые люки резервуаров, цистерн путем простого выдувания бензиновых паров ветром, вследствие чего их необходимо тщательно герметизировать.

2. Потери от «больших дыханий» — от вытеснения паров нефтепродуктов из газового пространства емкостей закачиваемым нефтепродуктом. Нефтепродукт, поступая в герметизированный резервуар, сжимает паровоздушную смесь до давления, на которое установлена арматура. Как только давление станет равным расчетному давлению дыхательного клапана, из резервуара будут выходить пары нефтепродукта, начнется «большое дыхание» («выдох»). Чем больше давление, на которое отрегулирован дыхательный клапан, тем позднее начнется «большое дыхание».

При откачке нефтепродукта из резервуара происходит обратное явление: как только вакуум в резервуаре станет равен вакууму, на который установлен дыхательный клапан, в газовое пространство начнет входить атмосферный воздух — произойдет «вдох» резервуара.

3. Потери от «обратного выдоха». Вошедший в резервуар воздух начнет насыщаться парами нефтепродукта; количество газов в резервуаре будет увеличиваться; вследствие этого по окончании «вдоха», спустя некоторое время из резервуара может произойти «обратный выдох» — выход насыщающейся газовой смеси.

4. Потери от насыщения газового пространства. Если в пустой резервуар, содержащий только воздух, залить небольшое количество нефтепродукта, последний начнет испаряться и насыщать газовое пространство. Паровоздущная смесь будет увеличиваться в объеме, и часть ее может уйти из резервуара — произойдут потери от насыщения.

5. Потери от «малых дыханий» происходят в результате следующих причин:

а) из-за повышения температуры газового пространства в дневное время. В дневное время газовое пространство резервуара и поверхность нефтепродукта нагреваются за счет солнечной радиации. Паровоздушная смесь стремится расшириться, с поверхности нефтепродукта испаряются наиболее легкие фракции, концентрация паров нефтепродукта в газовом пространстве повышается, давление растет. Когда избыточное давление в резервуаре станет равным давлению, на которое установлен дыхательный клапан, он открывается и из резервуара начинает выходить паровоздушная смесь — происходит «выдох». В ночное время из-за снижения температуры часть паров конденсируется, паровоздушная смесь сжимается, в газовом пространстве создается вакуум, дыхательный клапан открывается и в резервуар входит атмосферный воздух — происходит «вдох»;

б) из-за снижения атмосферного давления. При этом разность давлений в газовом пространстве резервуара и атмосферного может превысить перепад давлений, на который установлен дыхательный клапан, он откроется и произойдет «выдох» («барометрические малые дыхания»). При повышении атмосферного давления может произойти «вдох».

 

3. Расчет потерь нефти от испарения при хранении в РВС

 

3.1 Расчет потерь нефти от «малых дыханий»

 

Находим площадь зеркала нефтепродукта в резервуаре:

 

,

 

гдеD – диаметр резервуара.

Определяем среднюю высоту газового пространства:

 

,

 

где Н – высота корпуса;

Нвзл – высота взлива;

НК – высота корпуса крыши.

Находим объем газового пространства резервуара:

 

,

 

гдеFH – площадь зеркала нефтепродукта в резервуаре;

НГ – средняя высота газового пространства.

Молярная масса бензиновых паров определяется по формуле:

 

,

 

где ;

ТНК – температура начала кипения бензина, ТНК= 311 К.

Газовую постоянную бензиновых паров находят по формуле:

 

,

 

гдеМ – молярная масса бензиновых паров.

Среднюю температура нефтепродукта принимаем равной средней температуре воздуха:

 

,

 

где максимальная температура воздуха;

минимальная температура воздуха.

Определяем теплопроводность бензина:

 

,

 

гдеТп.ср – средняя температура нефтепродукта.

Находим удельную теплоемкость:

 

,

 

(для практических расчетов  можно принять равной 0,13 Вт/(мК) ).

Рассчитываем коэффициент температуропроводности:

 

,

 

где плотность нефтепродукта при средней температуре нефтепродукта Тп.ср.;

удельная теплоемкость;

теплопроводность;

 

Находим коэффициент m:

 

,

 

где продолжительность дня.

По графику для определения расчетного склонения солнца находим среднее расчетное отклонение солнца j (для 15 числа месяца).

Для этого дня определяется интенсивность солнечной радиации без учета области или с учетом, в зависимости от задания:

 

,

 

где коэффициент прозрачности атмосферы, защитой от ее влажности, облачности, запыленности, при безоблачном небе;

географическая широта места установки резервуара.

Находим площадь проекции поверхности стенок, ограничивающих газовое пространство резервуара на вертикальную и горизонтальную плоскости:

 

; ,

 

гдеD – диаметр резервуара;

НГ – средняя высота газового пространства.

Определяем площадь проекции стенок газового пространства резервуара на плоскость, нормальную к направлению солнечных лучей в полдень:

 

,

 

для сферических и сфероидальных резервуаров:

 

.

 

Определяем площадь поверхности стенок, ограничивающих газовое пространство:

 

.

 

Количество тепла, получаемое 1 м2 стенки, ограничивающей газовое пространство резервуара, за счет солнечной радиации:

 

,

 

где степень черноты внешней поверхности резервуара (0,27…0,67) для алюминиевой краски;

io – интенсивность солнечной радиации;

F – площадь поверхности стенок;

Fo – площадь проекции стенок газового пространства резервуара на плоскость.

По графикам для определения коэффициентов теплоотдачи находим коэффициенты теплоотдачи в дневное и ночное время в Вт/(м2К):

где и – коэффициенты теплоотдачи от стенки резервуара к паровоздушной смеси, находящейся в газовом пространстве, соответственно для дневного и ночного времени;

и – коэффициенты теплоотдачи от стенки емкости к внешнему воздуху соответственно в дневное и ночное время лучеиспусканием;

 и  – то же – конвекцией;

 и  – коэффициенты теплоотдачи от стенки емкости к внешнему воздуху соответственно в дневное и ночное время;

 и  – коэффициенты теплоотдачи радиацией от стенки резервуара к нефтепродукту через газовое пространство в дневное и ночное время.

Вычисляем коэффициенты теплоотдачи и :

 

;

.

 

Приведенные коэффициенты теплоотдачи от стенки к нефтепродукту вычисляют по формуле:

 

;

,

 

где и – соответственно коэффициенты теплоотдачи от паровоздушной смеси, находящейся в газовом пространстве резервуара, к поверхности жидкости для дневного и ночного времени;

FH – площадь зеркала нефтепродукта в резервуаре;

F – площадь поверхности стенок;

 – теплопроводность бензина.

Определяем избыточные температуры:

 

,

 

где ;

-минимальная температура воздуха;

- средняя температура нефтепродукта.

 

,

где ;

 

- максимальная температура воздуха.

 

;

.

 

Находим минимальную и максимальную температуры газового пространства резервуара:

 

,

.

 

По графику для определения давления насыщенных паров нефтепродукта определяем при , Па.

Находим минимальное парциальное давление в газовом пространстве резервуара:

 

,

 

где – объем газового пространства резервуара;

 – объем бензина в резервуаре.

При степени заполнения резервуара менее 0,6 определяют минимальное парциальное давление в газовом пространстве резервуара по формуле:

 

,

где ;

 

 и  – высоты газового пространства в резервуаре соответственно до и после выкачки нефтепродукта;

 при известном  определяют по графику прирост  
относительной концентрации во время выкачки из резервуара с двумя клапанами типа НДКМ, где скорость входящего воздуха определяется по формуле:

 

,

 

гдеQ – производительность выкачки;

n – число дыхательных клапанов на резервуаре;

d – диаметр монтажного патрубка дыхательного патрубка;

 принимаем по графику зависимость  прироста концентрации от длительности  простоя резервуара и погодных  условий.

Находим температурный напор по графику для определения температурного напора.

Определяем почасовой рост концентрации в газовом пространстве резервуара:

 

,

 

где , Па;

D – диаметр резервуара;

Rn – газовая постоянная бензиновых паров;

Тп.ср.- средня температура нефтепродукта.

Определяем продолжительность выхода

 

 ч,

 

где , ч , здесь и в градусах.

Находим минимальную и максимальную концентрацию:

 

,

,

 

гдеРа – атмосферное давление;

Рmin – минимальное парциальное давление в газовом пространстве резервуара.

Рассчитываем максимальное парциальное парциальное давление в газовом пространстве:

 

.

 

Находим среднее массовое содержание паров бензина в газовоздушной смеси:

 

.

 

Объем вытесняемой паровоздушной смеси:

 

.

 

Потери нефтепродукта от “малых дыханий” за 1сутки:

 

,

 

где – среднее массовое содержание паров бензина в газовоздушной смеси;

 – объем вытесняемой паровоздушной смеси.

Потери нефтепродукта от “малых дыханий” за месяц:

 

.

 

3.2 Расчет потерь нефти от «обратного выдоха»

 

Определяется объём газового пространства после закачки нефтепродукта:

 

 

гдеFH – площадь зеркала нефтепродукта.

 

3.2.2 Определяем высоту газового пространства после откачки:

,

гдеD – диаметр резервуара;

Vr – объем газового пространства после закачки нефтепродукта.

Абсолютное давление в газовом пространстве:

 

,

 

гдеРа – атмосферное давление.

Определим высоту газового пространства после откачки:

 

.

 

По графику для определения давления насыщенных паров нефтепродукта определяем Рs при средней температуре нефтепродукта.

Значение определяют по графику зависимость прироста концентрации от длительности простоя резервуара и погодных условий при времени простоя .

Скорость движения воздуха через дыхательные клапаны при откачке с производительностью Q найдем из формулы:

 

,

 

гдеD – диаметр резервуара;

Q – производительность при откачке.

По графику прирост относительной концентрации во время выкачки из резервуара приближенно определяем:

 

.

 

Определяем:

 

.

 

Находим среднее парциальное давление паров нефтепродуктов:

 

 

.

 

Находим парциальное давление паров нефти:

 

.

 

Вычисляем потери от “обратного выдоха“:

 

.

 

3.3 Расчет потерь нефти от «больших дыханий» на примере РВС-5000

 

Исходные данные:

Резервуар РВС-5000;

Г.Оренбург;

Первоначальная высота взлива: 8,6м;

Месяц: Июль.

Находим абсолютное давление в газовом пространстве в начале закачки:

– в начале закачки днем.

По графику для определения плотности бензиновых паров находим плотность паров бензина , кг/м3 или по формуле:

 

,

 

гдеТ – температура нефтепродукта в летний период;

R’ – газовая постоянная;

М – молярная масса.

Находим величину газового пространства после закачки бензина:

 

,

 

где НР – высота резервуара;

Нвзл 2 –высота взлива;

НК – высота корпуса крыши.

Определяем объем газового пространства перед закачкой нефтепродукта, V.

 

 

Объем закачиваемого бензина:

 

,

 

где - время закачки;

Q – производительность закачки бензина;

 

.

 

Время закачки:

 

 

Найдем общее время:

 

 

Где =6 – время простоя резервуара.