Монтаж системы УЛФ

Введение

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%).

Все потери нефти и нефтепродуктов классифицируются на следующие виды: количественные потери; качественно-количественные потери, при которых происходит количественная потеря с одновременными ухудшениями качества нефтепродукта, – потери от испарения; качественные потери, когда ухудшается качество нефтепродукта при неизменном количестве, – потери при недопустимом смешении.

Кроме того, следует выделить еще две группы потерь углеводородного сырья, характеризующие естественную убыль и безвозвратные потери при авариях.

Согласно «Нормам естественной убыли...» под естественной убылью понимаются потери, являющиеся следствием несовершенства существующих в данное время средств и технологии приема, хранения, отпуска и транспорта продуктов. При этом допускается лишь уменьшение количества при сохранении качества в пределах заданных требований. Естественная убыль может быть также обусловлена изменением физико-химических свойств нефтепродукта или воздействием метеорологических факторов.

Потери, вызванные нарушениями требований стандартов, технических условий, правил технической эксплуатации, хранения относят к аварийным или сверхнормативным потерям. К аварийным потерям относят также потери, вызванные природными: стихийными бедствиями или действием посторонних сил.

Большое значение уделяется потерям нефтепродуктов от испарения, в результате чего уменьшается их количество и изменяется их качество (уменьшается октановое число бензинов, утяжеляется фракционный состав).

Различают следующие потери от испарения:

1) при заполнении резервуаров («большие  дыхания»);

2) при неподвижном хранении («малые  дыхания»);

3) после выкачки нефтепродукта  вследствие до насыщения газового  пространства («обратный выдох»);

4) из-за не герметичности газового пространства («вентиляция»);

5) при заполнении транспортных  емкостей.

В данном курсовом проекте рассмотрены расчеты некоторых видов потерь от испарения из резервуара.

Применение систем улавливания легких фракций

Системой улавливания легких фракций (УЛФ) называется совокупность технологического оборудования, обеспечивающего отбор и утилизацию легких фракций нефти и нефтепродуктов при повышении давления в газовом пространстве резервуаров до того, как произойдет их «выдох» в атмосферу. Под утилизацией в данном случае понимается либо накопление ПВС с целью последующего ее возврата в ГП резервуаров (поэтому простейшей системой УЛФ является ГУ С), либо отделение углеводородов от нее, либо реализация смеси потребителям.

Несмотря на многообразие применяемых и заявленных в качестве изобретений конструкций систем УЛФ, их можно объединить в несколько групп, описание данных систем нами предельно упрощено, чтобы, с одной стороны, упростить восприятие, а с другой—уменьшить объем информации за счет объединения схем систем УЛФ, различающихся только второстепенными деталями.

Адсорбционные и абсорбционные системы УЛФ

С 20-х годов известен угле-адсорбционный метод улавливания углеводородов, нашедший применение для получения газового бензина из нефтяного газа. Процесс осуществляется по следующей схеме: 1) насыщение (адсорбция) угля углеводородами; 2) отгонка (десорбция) поглощенных фракций перегретым водяным паром; 3) сушка активированного угля нагретым до 120... 130 °С воздухом; 4) охлаждение холодным воздухом.

Как показали исследования, наибольший отбор пропан-бутановой фракции из газовой смеси достигается при температуре угля 20...24 °С и его остаточной влажности 1 ...7 % . Однако содержание воздуха в газе снижает эффективность метода.

Адсорбционная система УЛФ

 В адсорбционной системе фирмы «Dow Chemical» роль адсорбента выполняет шариковая сополимерная насадка. Диаметр шариков около 2 мм, удельная площадь поверхности контакта 400 м2/г. Адсорбент обладает гидрофобными свойствами, и поэтому молекулы органических веществ прочно удерживаются на нем под действием вандер-ваальсовых сил. Теплота адсорбции невелика, поэтому регенерация насадки (десорбция органических веществ) осуществляется при ее продувке воздухом, нагретым острым паром.

Для адсорбера характерны простота, надежность и безопасность работы. Предусмотрено регулирование температуры в двух точках в зависимости от режима работы аппарата. Средства автоматики размещены в отдельном герметизированном блоке и не зависят от сложной системы контроля и управления резервуаром.

Размеры адсорбера зависят от объема ГП резервуара. При точном объеме закачки, равном 190 м3, они составляют: диаметр—1,2 м, высота — 2,4 м. Масса адсорбера 907 кг, линейная скорость потока через насадку во время заполнения резервуара—0,35 м/мин, а во время опорожнения 0,17.

Однако из-за низкой пропускной способности и необходимости дополнительных затрат на десорбцию адсорбционные системы улавливания паров нефтепродуктов не получили широкого применения на практике.

Для извлечения паров бензина из смеси, вытесняемой в атмосферу при наливе цистерн, специалистами также предложен сорбционный метод с использованием в качестве адсорбента пористых полимеров. Установка сорбционной очистки рассчитана на улавливание углеводородов при расходе паровоздушной смеси, равном 1350 м3/ч. Ориентировочные характеристики сорбционной колонны таковы:

Десорбция поглощенных углеводородов производится паром при давлении 0,3 МПа. Пары бензина и воды при температуре не менее 105 °С выводятся из адсорбера в холодильник, где происходит конденсация основной части водяных паров. После отделения капельной влаги в сепараторе паровая фаза снова конденсируется в холодильнике и повторно сепарируется. Рекуперированный бензин насосом откачивается в цистерну или резервуар с товарным бензином

По данным авторов, достигаемая степень очистки паровоздушной смеси от углеводородов составляет 90 %. Однако для этого требуется достаточно сложное аппаратное оформление. Кроме того, необходимость периодического вывода колонны на регенерацию и охлаждение адсорбента обуславливает потребность в увеличении их числа сверх расчетного, по крайней мере, в 1,5 раза.

Адсорбционная система УЛФ, разработанная фирмой «Hightron corporation» (США), отличается оригинальным способом регистрации адсорбента. Отключенный после насыщения адсорбента адсорбер подвергается вакуумированию с помощью вакуум-насоса. Отогнанная таким образом смесь газообразных углеводородов подается в адсорбер, где орошается бензином, отбираемым из резервуара. Фирма утверждает, что таким образом обеспечивается степень улавливания паров бензина равная 90...98 %, или около 2 л нефтепродукта из 1м3 ПВС.

Наряду с адсорбционными получили распространение и абсорбционные системы УЛФ. Их принципиальная схема приведена на рисунке . Она включает резервуар с бензином , снабженный дыхательным клапаном , который посредством газовой обвязки  связан с абсорбером . При повышении давления в ГП резервуара паровоздушная смесь поступает в нижнюю часть абсорбера и движется вверх по каналам, образованным в нем специальными насадками (кольца Ришига и т. п.). Навстречу ПВС, сверху вниз, движется абсорбент— низко летучий поглотитель (керосин, дизельное топливо и т. п.). Для этого абсорбент из емкости забирается насосом и распыляется через форсунки. На поверхности насадок образуется тонкая пленка абсорбента, которая поглощает углеводороды из ПВС. В абсорбере поддерживается противодавление с помощью регулятора давления типа «до себя». Отработанный (насыщенный) абсорбент периодически сбрасывается в емкость и проходит регенерацию (на рисунке не показана).

Абсорбционная система УЛФ

Дыхательный клапан здесь и далее играет роль предохранительного. Степень отбора углеводородов абсорбентом из ПВС (степень улавливания) зависит от соотношения расходов «жидкость-газ», а также линейной скорости фаз. При благоприятных условиях она составляет около 60%.

Вместе с тем, чтобы насос не работал непрерывно, абсорбционная система УЛФ оснащается датчиком , который подает сигнал включения насоса при избыточном давлении в ГП около 1000 Па, а впоследствии отключает его. Достаточно сложной и энергоемкой является система регенерации абсорбента. Все это ведет к удорожанию рассматриваемой системы.

Конденсационные системы УЛФ

Принцип действия конденсационных систем основан на более высокой температуре конденсации паров углеводородов по сравнению с воздухом.

К конденсационным порой ошибочно относят системы, в которых предлагается каким-либо образом охлаждать ПВС непосредственно в ГП резервуаров Но такие технические решения необходимо рассматривать как один из способов уменьшения температуры паровоздушной смеси (и, соответственно, уменьшения концентрации углеводородов в ней), наряду с применением отражательно-тепловой изоляции или водяного орошения резервуаров.

В конденсационных системах УЛФ охлаждение ПВС осуществляется в одну или две ступени.

При одноступенчатой конденсации ПВС из резервуара  по газовой обвязке поступает в холодильник , который включается по сигналу датчика давления . Образующийся в результате охлаждения ПВС конденсат отделяется в емкости  и насосом закачивается обратно в резервуар, а воздух со следами углеводородов сбрасывается в атмосферу через регулятор давления типа «до себя».

Конденсационные системы УЛФ:

 — одноступенчатая;

 — двухступенчатая;

ЦНИЛ Госкомнефтепродукта РСФСР была разработана и испытана полупромышленная холодильная установка с поверхностным охладителем-конденсатором для конденсации паров бензина. Холодильная машина включает в себя аммиачный 2-цилиндровый компрессор, конденсатор, испаритель, насос для подачи хладагента, охладитель-конденсатор, емкость для сбора конденсата, насос для откачки конденсата.

В качестве хладагента используется раствор хлористого кальция с температурой замерзания -35...-38 °С. Конденсация бензиновых паров из паровоздушной смеси осуществляется в поверхностном охладителе-конденсаторе за счет охлаждения паровоздушной смеси хладагентом, протекающим по оребренным трубкам. Выпадающий при охлаждении конденсат собирается в емкости и по мере накопления откачивается насосом в резервуар. В его состав входят в основном гексаны и часть пентанов и бутанов. По составу и свойствам получаемый конденсат соответствует газовому бензину с давлением насыщенных паров около 0,15 МПа.

В ряде изобретений, по-существу, также предлагаются одноступенчатые конденсационные системы УЛФ, но конструктивно они оформлены иначе.

Предлагается устанавливать теплообменное устройство непосредственно на кровле резервуара. Оно включает корпус , внутри которого имеется система вертикальных каналов , форсунки для распыливания воды, а также клапан давления . Работа устройства основана на том, что клапан срабатывает при давлении, на 10... 15 % меньшем, чем дыхательный клапан резервуара. Паровоздушная смесь проходит через вертикальные каналы, охлаждаемые за счет естественного перепада температуры между стенками корпуса и окружающим воздухом. При температуре окружающей среды выше 20 °С используется система принудительного охлаждения ПВС. Для этого по коллектору  к форсункам подается вода, которая распыляется в направлении стенок устройства. Выпадающий из ПВС конденсат стекает вниз.

Для повышения эффективности работы устройства автор конструкции предлагает разместить в нижней части некую насадку, материал которой при контакте с конденсатом набухает и образует развитую поглощающую поверхность.

Несмотря на очевидную простоту предложенного устройства, ясно, что оно не может обеспечить высокой степени улавливания углеводородов: перепад температур в нем весьма невелик, а время нахождения ПВС в устройстве при расходе 100 м3/ч не превышает 6 с.

Предложено устанавливать на кровле резервуара устройство, в камере которого смонтированы элементы для образования каналов, по которым проходит ПВС и хладагент. Причем эти элементы выполнены в виде наклонных и соединенных попарно пластин.

Компрессионные системы УЛФ

Много публикаций в отечественной и зарубежной литературе посвящено компрессионным системам улавливания легких фракций. Сущность этих систем заключается в компримировании отобранной из емкостей парогазовой смеси с целью ее аккумулирования или реализации (в сжиженном или газообразном состоянии).

По способу компримирования эти системы делятся на эжекторные и компрессорные. Рабочей средой в эжекторах является жидкость (техническая вода, углеводороды и т. д.) или газ. Соответственно они называются жидкостно-газовыми (ЖГЭ) или газ-газовыми (ГТЭ) эжекторами. Компрессорные системы классифицируются по типу используемых компрессоров (поршневые, винтовые, роторные, ротационные).

Принцип-действия эжекторов заключается в частичной передаче кинетической энергии от рабочего тела подсасываемому (эжектируемому) газу в камере смещения потоков и последующем восстановлении давления смеси «рабочее тело—газ» в диффузоре. При использовании ГГЭ разделение смеси, как правило, не производят. Если же газ компримируется с помощью ЖГЭ, то полученная смесь разделяется в специальной емкости, а рабочая жидкость используется вновь.

Сжатие паровоздушной смеси с помощью компрессоров опасно, т. к. это может привести к взрыву и пожару.

Достигается тем, что в ГП подается углеводородный газ из специального газопровода . При создании в ГП вакуума около 100 Па по сигналу датчика вакуума  открывается клапан  и через регулятор давления 6типа «после себя» углеводородный газ поступает в резервуар. Подача газа прекращается при повышении давления до атмосферного по сигналу того же датчика закрытием клапана.

Применение компрессорных систем УЛФ целесообразно при больших расходах паровоздушной смеси. КПД компрессоров и развиваемое ими давление достаточно высоки. Вместе с тем применение поршневых компрессоров требует значительных капитальных затрат, а винтовые компрессоры не всегда имеют достаточную эксплуатационную надежность. Кроме того, в компрессорных системах УЛФ компримирование паров приводит к повышению их температуры, что требует обязательного охлаждения паров с целью обеспечения конденсации углеводородов. Для обеспечения безопасной работы компрессоров необходимо предотвратить попадание воздуха в ГП резервуаров. Охлаждение паров и создание их запасов для последующего заполнения ГП требуют дополнительных затрат.

В силу перечисленных причин большое распространение получили эжекторные системы УЛФ. Достоинствами эжекторных установок являются простота, надежность, недефицитность комплектующих узлов. Их обслуживание не требует дополнительного персонала.

Принципиальные схемы предложенных эжекторных систем УЛФ приведены на чертежнем листе. В нем показана схема компримирования ПВС с использованием в качестве рабочей жидкости самого легкоиспаряющегося нефтепродукта. При повышении избыточного давления в ГП резервуара 1 до 1000 Па по сигналу датчика давления  включается насос , который подает рабочую жидкость (бензин) в жидкостно-газовый эжектор 5. ЖГЭ отсасывает избыток ПВС из ГП резервуара , смешивает ее с рабочей жидкостью и компримирует. В результате часть углеводородов из ПВС растворяется в рабочей жидкости. Доля поглощенных углеводородов зависит от давления и температуры.

Эжекторные системы УЛФ:

— компримирование ПВС легкоиспаряющимся нефтепродуктом;

— компримирование ПВС низколетучим нефтепродуктом

Разделение полученной газожидкостной смеси производится в емкости . После этого воздух со следами углеводородов через регулятор давления типа «до себя» сбрасывается в атмосферу, а жидкая фаза повторно используется в качестве рабочей жидкости, закачивается в резервуар или в трубопровод (на схеме не показан).

Комбинированные системы УЛФ

Описанные выше системы УЛФ не всегда обеспечивают необходимое сокращение паров углеводородов в атмосферу. Поэтому во многих изобретениях предполагается совмещать сразу несколько способов улавливания паров.

Конденсационно-адсорбционная система УЛФ

Вытесняемая из резервуара, в холодильнике 4 подвергается охлаждению при температуре от -10 до -50 °С. При этом происходит конденсация части углеводородов, которые отделяются в емкости  и насосом  возвращаются в резервуар . Далее воздух с остатками не сконденсировавшихся паров поступает в адсорбер , где проходит доочистку. Затем воздух со следами углеводородов через регулятор давления типа «до себя» сбрасывается в атмосферу.

Температура конденсации углеводородов в холодильнике не оговаривается, однако конкретизируется способ охлаждения ПВС: для этой цели предлагается использовать холодные спаи плоской батареи термоэлементов, соединенной с источником постоянного тока.

Преимущества использования систем УЛФ:

• практически полностью устранить потери легких фракций углеводородов из резервуаров;

• значительно уменьшить взрывопожароопасность объектов;

• улучшить состояние воздушного бассейна в районе резервуарного парка и систем налива нефтепродуктов (бензин, топливо);

• снизить вредные выбросы в атмосферу и улучшить экологическую обстановку;

• сохранить свойства нефтепродуктов (бензин, топливо);

• получить дополнительную прибыль.

Дыхательное оборудование резервуаров

Дыхательная арматура предназначена для сообщения газового пространства резервуара (ГПР) с атмосферой. К этому оборудованию относятся: механический дыхательный клапан, предохранительный гидравлический клапан и вентиляционный патрубок.

Механические дыхательные клапаны

Клапан КДС монтируется  на резервуары, рассчитанные на избыточное давление не более 0,07 МПа.

КДС может быть использован в качестве дыхательного и предохранительного клапана.

Устройство клапана дыхательного КДС:

Корпус 1 дыхательного клапана КДС штамповано-сварной. Имеет вид четырехугольного бункера. На его боковых поверхностях закреплены седла затворов вакуума.

В конструкцию вакуумного затвора входит тарелка вакуума 2 (служит для закрывания седла вакуума) и хлястик из фторопласта. Хлястик закреплен на корпус и служит для ограничения движения тарелки относительно седла. Затвор и седло соединяются герметично. Этим закрывается доступ воздуха в резервуар.

Тарелка давления 3 устанавливается на седло давления, размещенное на верхней части корпуса. Тарелка давления служит для выпускания паров из резервуара.

В тех местах, где тарелки и сёдла соприкасаются, нанесена фторопластовая пленка для исключения их примерзания друг к другу.

Крепежный фланец (переходник) 4 предусмотрен для закрепления КДС на резервуаре, а также для размещения на нем огнепреградителя 5.

Крышка 6 и козырьки затворов 7 служат для защиты от ветра и осадков.

Клапан КДМ

Устройство механического дыхательного клапана КДМ:

Во фланце 4 установлена кассета огнепреградителя 3. Данный фланец служит для крепления клапана к монтажному патрубку резервуара.

Тарелка давления 7  размещена на седле давления 5. Тарелка вакуума 8 размещена на седле вакуума 6.

Крышка 9 защищает КДМ-50 от осадков и ветра.

Огневые предохранители (пламегасители)

Огневой предохранитель относится к противопожарному оборудованию. Он может быть установлен как в корпусе клапанов, так и в виде отдельной конструкции между дыхательным клапаном и патрубком резервуара, между вентиляционным патрубком и патрубком резервуара.

ОПК (устанавливается также в корпусе клапана) представляет собой плотно намотанный рулон из гофрированного алюминия, витки которого образуют вертикальные извилистые каналы малого сечения. При попадании искры или пламени вмести с воздухом, вследствие большой теплоотдачи температура их уменьшается, и они гаснут, чем и характеризуются огнепреграждения.

Предохранительные клапаны (ПК)

ПК предназначены для дублирования работы механических в случае отказа или превышения пропускной способности последних, т.е. механических клапанов. С целью исключения одновременного срабатывания предохранительного и дыхательного клапанов пределы срабатывания предохранительного клапана ставятся на 5-10% выше, чем у дыхательного клапана. В ПК в качестве преграды воздушному или газовому потоку используют слой жидкости, поэтому они называются гидравлическими.

ПК ранних конструкций работали на принципе барботажа, т.е. пробулькивание воздуха через слой запирающей жидкости. На современных резервуарах установлены предохранительные клапаны типа КПГ.

Вентиляционный патрубок

Назначение: ПВ служит для вентиляции воздушного пространства резервуара, а также для недопущения инородных предметов в резервуар.

Резервуары для хранения маловоспламеняющихся продуктов оборудуются патрубками вентиляционными ПВ для обеспечения постоянного проветривания газового пространства.

Резервуары для хранения легковоспламеняющихся продуктов (t˚ вспышки паров до 120° С) оборудуются патрубками вентиляционными ПВ в комплекте с  огнепреградителем.

Минимальная пропускная способность вентиляционного патрубка рассчитывается в зависимости от  максимальной производительности операций слива и налива.

Устройство вентиляционного патрубка ПВ: Окна, расположенные в верхней части корпуса 1 , закрываются сеткой 3. Сетка прикрепляется к корпусу двумя хомутами 4. Крышка 6 защищает патрубок от осадков, а сетки окон от механических повреждений. Патрубок ПВ крепится присоединительным фланцем корпуса на кровле резервуара к монтажному патрубку.

Отражатель дисковый ОТР

Назначение отражателя дискового ОТР: снижение потерь хранимых в резервуаре продуктов  от испарения. ОТР целесообразно применять хранилищах, для которых характерен высокий коэффициентом оборачиваемости продуктов. Это простое устройство позволяет снижать потери до 40% в теплое время года и до 25% в холодное.

Устройство диска-отражателя ОТР: отражатель дисковый ОТР монтируется непосредственно под дыхательным клапаном.

Принцип работы отражателя дискового ОТР заключается в изменении направление входящего в резервуар (через дыхательный клапан) воздушного потока. Так, вместо вертикального поток становится горизонтальным. Следовательно, из резервуара преимущественно вытесняются испарения, наименее насыщенные хранимым продуктом.

Заключение

Потери нефти на нефтебазах приводят к большому материальному и экологическому ущербу. Поэтому их сокращение является важнейшей задачей работников нефтебаз и АЗС. Большое значение уделяется потерям нефтепродуктов от испарения.

В данном курсовом проекте были подсчитаны некоторые потери нефти от испарения из резервуара.

Потери нефтепродукта от испарения за июль составили:

- при «больших дыханиях» : =_____ кг;

- при «малых дыханиях»: =_______  кг;

Также были рассмотрены методы сокращения потерь нефтепродуктов от испарения, существующие на сегодняшний день и были предложены те методы, которые можно применить для уменьшения потерь рассматриваемого резервуара.