Засоби скорочення втрат нафтопродуктів

Джерело інформації: Сайт «ENGINEERING GROUP CORPORATION» https://www.proektant.ua/

Ця стаття допоможе профільним фахівцям нафтобаз у виборі засобів скорочення втрат нафтопродуктів під час експлуатації резервуарів. Стаття не розглядає аварійні втрати нафтопродуктів та експлутаційні втрати нафтопродуктів у вигляді витоків, змішування, очищення води, бруду під час зачистки резервуарів тощо.

Зміст

• 1 Вступ
• 2 Організаційно-технічні заходи скорочення втрат нафтопродуктів
• 3 Герметизація обладнання резервуарів
• 4 Водяне зрошення резервуара
• 5 Понтони, плаваючі дахи
• 6 Системи урівнювання легких фракцій вуглеводнів (УЛФ)
  • 6.1 Сорбційні (адсорбція, абсорбція)
  • 6.2 Сорбційні (абсорбція)
  • 6.3 Струминно-абсорбційні (ежектор + абсорбер + холодильник):
  • 6.4 Компресійні (компресорні)

1 Вступ

Актуальність проблеми скорочення втрат нафтопродуктів у процесі експлуатації резервуарів на нафтобазах підтверджується великою кількістю публікацій на цю тему (друковані видання, наукові роботи, інтернет тощо). Проведено серйозні аналізи обсягів втрат, запропоновано численні технологічні розв'язання цієї проблеми, організаційно-технічні заходи щодо скорочення втрат.

Однією зі специфічних властивостей нафти та нафтопродуктів є випаровування легких фракцій вуглеводнів (ЛФВ) при їх зберіганні. ЛФВ - основна причина технологічних втрат цінної сировини та шкідливих викидів у навколишню атмосферу.

Втрати відбуваються внаслідок «великих і малих дихань» резервуарів.

"Великі дихання" відбуваються при витісненні пароповітряної суміші в навколишнє середовище в процесі заповнення нафтопродуктами резервуару. При цьому обсяг газового простору зменшується. Зворотне явище - надходження повітря до резервуару - відзначається при відкачуванні продукту. Обсяг такого «великого дихання» приблизно відповідає кількості продукту, що надійшов в резервуар. Втрати зростають зі збільшенням кількості циклів прийому-відкачування резервуарів і залежить від кліматичної зони.

Втрати при "малих диханнях" викликаються коливаннями температури довкілля. При підвищенні температури повітря в денний час поверхні резервуару нагріваються і в результаті збільшується випаровування нафтопродуктів, особливо легколетючих фракцій. Отже, збільшуються тиск і температура парогазової суміші в резервуарі. Зростання тиску спричиняє спрацьовування дихального клапана і вихід пароповітряної суміші в навколишнє середовище. У нічний час при охолодженні продукту тиск суміші знижується, створюється частковий вакуум і відбувається зворотне явище повітря через впускний клапан надходить в газовий простір резервуара.

В даний час для утилізації (зниження втрат) ЛФВ при зберіганні нафти та нафтопродуктів застосовуються різні методи та пристрої: газоурівнювальні системи, факельне спалювання, мембранний поділ суміші ЛФВ, азотне охолодження, адсорбція (активоване вугілля), абсорбція (нафтові олії), плаваючі дахи, понтони і т.д. Кожна з перерахованих технологій має свої переваги. Загальним недоліком є те, що вони не можуть гарантовано забезпечити уловлювання ЛФВ.

Розглянемо основні засоби скорочення втрат нафтопродуктів, позитивні та негативні сторони, недоліки, нові технологічні рішення, але остаточний вибір засобів скорочення втрат нафтопродуктів для конкретної нафтобази необхідно робити, виходячи з економічної, екологічної доцільності.

Основні засоби скорочення втрат від випаровування нафтопродуктів під час експлуатації резервуарів описані нижче.

Газозрівнювальна система - устаткування, що забезпечує вирівнювання тиску парової фази палива групи резервуарів (камер), об'єднаних загальної системою деаерації.

Під газовою обв'язкою резервуарів розуміють систему трубопроводів для пари нафтопродуктів, що з'єднує газові простори кількох резервуарів. Така система називається газозрівнювальною.

Призначенням газової обв'язки є перепуск пари нафтопродукту з резервуару, що наповнюється/спорожнюється, що дозволяє значно скоротити втрати пари нафтопродуктів. В окремих випадках може і не бути синхронізації наливу та спорожнення, і може з'явитися надлишок пари або нестача повітря (газу); тоді газову обв'язку включається резервуар-газометр.

Для уловлювання пари нафтопродуктів застосовуються резервуари з еластичної оболонки у вигляді мішків або балонів, в які збираються пари від одного або кількох резервуарів.

2 Організаційно-технічні заходи скорочення втрат нафтопродуктів

У резервуарів пофарбованих білою емалью скорочується амплітуда колівань температури газового простору резервуара та зменшуються втрати у вигляді випарів.

3 Герметизація обладнання резервуарів

Недостатня герметизація обладнання резервуарів (люк вимірний, люк світловий, клапана, пінокамери тощо) призводить до витоків пари нафтопродукту через нещільність фланцевих з'єднань.

Експлуатація резервуарів при проектному тиску до 2кПа (200мм.вод.ст.) також дозволяє скоротити втрати нафтопродуктів (до 30%) порівняно з резервуарами з порушеною герметичністю та нульовим тиском у газовому просторі. Контроль тиску в газовому просторі резервуара здійснюється за U-подібним водяним манометром. В даний час контроль тиску в резервуарі може здійснюватися дистанційно приладами КВП комп'ютерної системи управління та обліку нафтопродуктів.

4 Водяне зрошення резервуара

Періодичне зрошення водою покрівлі та стінки резервуара знижує температуру газового простору резервуара і як наслідок, призводить до зниження тиску в газовому просторі та блокування викидів парів нафтопродукту через дихальні клапани. Охолодження необхідно проводити в літні спекотні дні. Тиск у резервуарі необхідно підтримувати нижче за тиск спрацьовування дихальних клапанів встановлених на резервуарі.

Охолодження резервуарів РВС-5000 здійснюється через систему зрошення резервуара (перфорована труба вздовж верхнього куточка обв'язувального стінки резервуара).

5 Понтони, плаваючі дахи

Понтон - засіб скорочення втрат нафтопродуктів із ефективністю від 70 до 98% залежно від матеріалів самого понтону, і ущільнюючого затвора.

Легкі збірні понтони із алюмінієвих сплавів для резервуарів об'ємом від 1000 до 30000 м3. У конструкції понтона використані найбільш оррозійностійкі алюмінієві сплави. Усі деталі понтона встановлюються через люк діаметром 500 мм.

До переваг цієї конструкції можна віднести наступне:

• велика плавучість, регульована кількістю поплавків;
• легкість та швидкість монтажу;
• мала маса проти сталевими понтонами;
• застосування типових заготовок та вузлів для резервуарів різної місткості;
• легкість відновлення плавучості під час потоплення;
• можливість ремонту без застосування вогневих робіт;
• можливість автоматичного видалення продукту з настилу за будь-якого рівня зливу;
• можливість демонтажу для складання в іншому резервуарі.

Принципова схема компонування понтона такої конструкції наведено на малюнку нижче. Каркас понтона утворюють балки з прикріпленими до них поплавцями, що забезпечують плавучість - не менше ніж подвійна власна вага. Каркас понтону покритий настилом із алюмінієвих сплавів. Понтон обладнується необхідними вузлами під обладнання в резервуарі (такі як кожухи напрямних, рівнеміри тощо). Конструкція понтона дозволяє будувати понтон на стаціонарній опорі, на стійках, що плавають, і на плаваючих стійках змінної висоти.

Принципова схема компонування понтона

1- настил; 2 верхня балка; 3- нижня балка; 4 поплавок; 5-периферійна спідниця; 6-периферійний затвор; 7- протиповоротний пристрій; 8- люк-лаз; 9 кабель заземлення; 10 - дренажний пристрій; 11 - стаціонарна опора; 12- напрямна резервуара; 13 - затвор напрямної.;

6 Системи урівнювання легких фракцій вуглеводнів (УЛФ)

6.1 Сорбційні (адсорбція, абсорбція)

Встановлює рекуперацію парів вуглеводнів системи Aker Kvaerner Cool Sorption “Вуглецевої вакуумно-регенерованої адсорбції”. Ефективність системи – 99,98%.

Установка УРП складається з двох активованих вуглецевих фільтрів, один з яких з'єднаний з газоурівнювальною системою - "режим адсорбції", а інший знаходиться в вакуумної регенерації. Активований вуглець має надзвичайно велику площу поверхні по відношенню до обсягу, і вуглеводні адсорбується у дуже тонкому поверхневому шарі вуглецю. Вуглець може адсорбувати лише певну кількість вуглеводнів до насичення. Якщо насичення відбувається у фільтрі, пари проходять через нього необробленими. Отже, відновлення продуктивності вуглецю потрібна його регенерація, що забезпечить ефективну адсорбцію вуглеводнів у наступному циклі.

Процес регенерації пар включає дві стадії. Спочатку у фільтрі створюється вакуум для забезпечення такого рівня тиску, при якому вуглеводні починає десорбувати з вугілля. На цій стадії виходить основна частина вуглеводнів. Вилучення частини вуглеводнів з фільтра, що залишилася, забезпечується продуванням повітрям, що завершує процес регенерації. Вакуумний насос, що використовується для регенерації, є насосом сухого типу з дуже низьким енергоспоживанням. З сепаратора високо збагачені вуглеводнями пари надходить в абсорбційну колонку, де більшість вуглеводнів абсорбується зустрічним потоком абсорбенту. Присутній при цьому незначний об'єм повітря, що потрапив під час повітряного продування на стадії регенерації, виходить через верхню частину абсорбційної колонки, що призводить до винесення незначної частини вуглеводнів, що підлягають подальшому поверненню в фільтр вуглецевий в режимі адсорбції.

Установка забезпечена функцією автоматичного енергозбереження: у разі недостатньої подачі парів або припинення їх подачі всі функції, що виконуються, переходять в режим очікування відразу ж після завершення регенерації в обох вуглецевих фільтрах. Під час перебування установки в режимі очікування адсорбція можлива, проте робота всіх насосів припинено. Насоси включаються зрідка на короткий час для забезпечення чистоти фільтрів вуглецю, а також підтримки їх в активному режимі. Після відновлення нормальної подачі пар запуск установки проводиться автоматично, при цьому відновлюється безперервна робота насосів.

Установка УРП повністю автоматизована та самостійно відключається у разі помилкового спрацьовування системи. Статус установки, локалізація будь-якої проблеми та певна аварійна сигналізація легко ідентифікуються на моніторі процесу ПК. Дані про всі випадки спрацювання аварійної сигналізації автоматично заносяться на згадку про комп'ютер, де зберігаються протягом декількох місяців. Крім того, в базі даних ПК зберігаються всі важливі параметри процесу, такі як цикли тиску, температури, а також рівнях вуглеводнів і СО (за бажанням користувача системи). Система контролю має сучасні засоби виконання дистанційної діагностики.

Максимальна продуктивність – 1200 м3/година (від 20 – 500000 м3/година залежно від призначення).

Споживання електроенергії (макс. завантаження) – 80 кВт/год.

Циркуляція абсорбенту – 71 м3/година.

Гарантійний період активованого вугілля вуглецевих фільтрів – 5 років.

Середня концентрація парів вуглеводнів на виході установки - трохи більше 35г/м3.

Недоліки:

• гарантійний період активованого вугілля попереднього фільтра – 1 рік;
• Є можливість різкого підвищення температури вуглецевого фільтра;
• подача азоту в установку в ручному режимі при підвищенні температури вуглецевого фільтра та спрацьовуванні захисту;
• у режимі «малих» дихань у резервуар потрапляє чисте повітря, що призводить до нових випарів нафтопродукту та додаткового часу роботи установки;
• утилізація відпрацьованого активованого вугілля;
• висока вартість;

6.2 Сорбційні (абсорбція)

Блоково - комплектна абсорбційна установка з уловлювання легких фракцій пари вуглеводнів.

Система УЛФ складається з блочно–комплектної абсорбційної установки з уловлювання легких фракцій вуглеводнів (БКАУ–УЛФ) (установка рекуперації), системи герметизації та збору легких фракцій із залізничних цистерн, автомобільних цистерн та танкерів, а також газоурівнювальної системи резервуарних парків.

Установка БКАУ-УЛФ є комплект обладнання, пов'язаного між собою трубопровідною обв'язкою і має загальну систему електропостачання, контролю та управління.

В основу обладнання установки БКАУ-УЛФ покладено процес абсорбції. Фізична сутність процесу абсорбції полягає у досягненні рівноваги між взаємодіючими потоками газу та рідини за рахунок дифузії (перенесення) речовин з однієї фази в іншу.

Сутність процесу полягає у поглинанні парів вуглеводнів абсорбентом. Абсорбент подається із резервуару зберігання. Абсорбент надходить зверху і зрошує насадкову частину апарату, а газоповітряна суміш подається знизу і проходить насадкову частину протитоку абсорбенту. Абсорбент, насичений поглиненими вуглеводнями, повертається до резервуару зберігання. Газоповітряна суміш, з невеликим вмістом вуглеводнів, викидається через верхню частину апарату в атмосферу або (при необхідності) прямує до блоку каталітичного доокислення (БКД) для повної утилізації залишків вуглеводнів.

Сутність процесу доокислення полягає в окисненні пари вуглеводнів при нагріванні в присутності спеціального каталізатора. Як абсорбент в установці БКАУ-УЛФ використовується дизельне паливо, гас і т.п. Установка БКАУ-УЛФ сконструйована для циклічної роботи в автоматичному режимі.

Ступінь уловлювання БКАУ-УЛФ залежить від вимог замовника, екологічних служб і становитиме не менше 80% (абсорбція), до 99,5% (+ доокислення).

Основні технічні характеристики:

• тип установки: Абсорбційний (з додатковим блоком каталітичного доокислення БКД);
• продуктивність установки: 200 – 4500 м3/год;
• продуктивність насоса подачі абсорбенту: від 3 до 40 м3/год;
• Режим роботи: циклічний, автоматичний;
• абсорбент: дизельне паливо, гас тощо;
• температура абсорбенту: трохи більше +20 градусів;
• займана площа: трохи більше 330 м2;

Недоліки:

• у режимі «малих» дихань у резервуар потрапляє чисте повітря, що призводить до нових випарів нафтопродукту та додаткового часу роботи установки;
• у випадках зупинки системи для виконання профілактичних або ремонтних робіт, відбуватиметься викид парів через дихальні клапани резервуарів.

6.3 Струминно-абсорбційні (ежектор + абсорбер + холодильник):

Схема струминно-абсорбційної системи

Принцип роботи струминно-абсорбційної системи:

Паро-повітряна суміш (I) з естакади наливу бензину подається на вхід струминного апарату (СА) 1. Як робоча рідина в СА використовується бензин, що подається за допомогою насоса 4. В результаті процесу ежектування в струменевому апараті відбувається стиснення пароповітряної суміші та абсорбція бензинових пари робочою рідиною. Після СА газорідинна суміш потрапляє в сепаратор 2 де відбувається подальша абсорбція парів бензину робочою рідиною і відділення повітря. Остаточне доочищення повітря від вуглеводневих парів відбувається в абсорбері 5, який як абсорбенту подається бензин, охолоджений у вузлі охолодження 6. Очищений від вуглеводнів повітря після абсорбера 5 виводиться в атмосферу.

З парогазового потоку, що входить до САС, витягується до 99% вуглеводнів. Тиск в абсорбері підтримується 5 за допомогою клапана-регулятора, встановленого на лінії виведення газу з САС. Циркулююча робоча рідина з сепаратора 2 подається на охолодження в холодильник 3 (встановлюється у разі потреби), після чого вона надходить на прийом насоса 4. Для оновлення робочої рідини передбачено підживлення III свіжим бензином. Надлишок робочої рідини IV через клапан-регулятор рівня в сепараторі 2 відводиться з установки на естакаду наливу або резервуарний парк.

Струменево-абсорбційна система очищення «великих» і «малих» газів дихання резервуарів відрізняється від САС естакад наливу системою регулювання та забезпечує ступінь очищення повітря від вуглеводнів до 99% на бензинових резервуарах та до 96% на нафтових.

Основними перевагами струминно-абсорбційної системи очищення газів дихання є:

• відсутність потреби у витратних матеріалах та дорогих запчастинах;
• висока конструктивна надійність та простота експлуатації;
• високий рівень вибухо- та пожежної безпеки з огляду на відсутність у струменевих апаратах контакту рухомих механічних елементів зі стисливим газом;
• низька чутливість струминно-абсорбційної системи до наявності в газі, що відкачується, крапель конденсату, агресивних речовин і твердих частинок.

Крім того, САС не потребує використання газгольдера, оскільки її продуктивність розрахована на максимальну витрату газів дихання (за заявою виробника) та обладнана сучасною системою АСУ ТП та ПАЗ. Вона також не вимагає використання додаткового компресора для подачі газів дихання із резервуарів та сливоналивних естакад у систему очищення повітря від вуглеводневих парів.

Недоліки:

• у режимі «малих» дихань у резервуар потрапляє чисте повітря, що призводить до нових випарів нафтопродукту та додаткового часу роботи установки;
• у випадках зупинки системи для виконання профілактичних або ремонтних робіт, відбуватиметься викид парів через дихальні клапани резервуарів.

6.4 Компресійні (компресорні)

Газоуравнительная система (pressure equalization system) із резервуарами-газгольдерами МР-Г-З та системою компрімування легких фракцій нафти та нафтопродуктів на базі компресорної установки ГШ1-3/35.

Комплекс для резервуарного парку включає в себе газоуравнительную систему з використанням м'яких резервуарів-газгольдерів, що виготовляються з газо-і рідинно-непроникного антистатичного матеріалу. Газгольдери розміщуються як на будь-якій придатній для цієї мети ділянці резервуарного парку, так і всередині резервних резервуарів. У них надходить парогазова суміш, що розширилася, з внутрішньої порожнини резервуарів зберігання при підвищенні температури в останніх за рахунок природного нагріву («малі» дихання) протягом денного часу доби, а також при "великих" диханнях в процесі заповнення паливом резервуарів. Пари повертаються назад у резервуари при зниженні температури їхнього газового простору у вечірній та нічний час або при відпустці продукту споживачам. Подібні системи використовуються як на нафтобазах, так і на АЗС.

При досягненні загального тиску в газоуравнительной системі до заданої величини включається компресорна установка уловлювання легких фракцій. Компресорна установка забезпечена теплообмінниками зі зливальними пристроями, автоматичною системою відведення конденсату, ємністю для накопичення конденсату та насосом для перекачування конденсату. Принцип дії заснований на ступінчастому стисканні паро-повітряної суміші з подальшим охолодженням, у результаті відбувається конденсація парів нафтопродукту.

Конденсат збирається у накопичувальній ємності, з якої закачується в резервуар під шар продукту.

При зниженні загального тиску в газоуравнительной системі до заданої величини компресорна установка вимикається.

Поруч із газоуравнительными системами використовуються установки уловлювання легких фракцій, які забезпечують утилізацію парів що утворюються під час заповнення ж.-д. цистерн, автомобілів, танкерів. Ці установки працюють на основі компресорної установки, що випускається ВАТ "Мелітопольський компресор" "МелКом", концерну "Укрросметал" та м'якого резервуару-газгольдера МР-Г-З. Компресорна установка забезпечена теплообмінниками зі зливальними пристроями, автоматичною системою відведення конденсату, ємністю для накопичення конденсату та насосом для перекачування конденсату. Принцип дії заснований на ступінчастому стисканні паро-повітряної суміші з подальшим охолодженням. Конденсат збирається у накопичувальній ємності, з якої закачується в резервуар під шар продукту.

Схема трубопроводів та встановлення обладнання системи утилізації парів бензинів

Основними перевагами газоурівнювальної системи з резервуарами-газгольдерами та системою компремування легких фракцій нафти та нафтопродуктів є:

• відсутність потреби у витратних матеріалах та дорогих запчастинах. Для решти систем рекуперації парів необхідний абсорбент - дизпаливо, гас. При експлуатації виникає необхідність контролювати якість абсорбенту для його оновлення та дозованого перекачування у роздавальні резервуари автоналивної естакади. На нафтобазах III категорії атестованих лабораторій щодо перевірки якості нафтопродуктів немає.

• висока конструктивна надійність та простота експлуатації;

• високий рівень вибухо- та пожежної безпеки;

• у режимі «малих» дихань у резервуар не потрапляє чисте повітря, що не призводить до нових випарів нафтопродукту та додаткового часу роботи установки;

• у випадках зупинки системи для виконання профілактичних або ремонтних робіт у зимовий час, не відбуватиметься викид парів через дихальні клапани резервуарів;

• низька вартість.

Недоліки:

• у режимі «великих» дихань необхідна підготовка м'яких резервуарів-газгольдерів (попереднє відкачування пари);
• значна площа під м'які резервуари-газгольдери.

Варіант газоуравнительной системи з резервуарами-газгольдерами МР-Г-З та системою компрімування легких фракцій з автоматичною системою відведення конденсату, ємністю для накопичення конденсату та насосом для перекачування конденсату в резервуар під шар нафтопродукту.

Варіант газоуравнительной системи з резервуарами-газгольдерами МР-Г-З та системою компрімування легких фракцій з прямою подачею конденсату в резервуар під шар нафтопродукту.

Варіант газоуравнительной системи з резервуарами-газгольдерами МР-Г-З та системою компримування легких фракцій з прямою подачею конденсату в резервуар під шар нафтопродукту та двома компресорними установками для збільшення продуктивності та взаємозамінності при виконанні ремонтних робіт.

Варіант газоуравнительной системи з резервуарами-газгольдерами МР-Г-З та системою компрімування легких фракцій з автоматичною системою відведення конденсату, ємністю для накопичення конденсату та насосом для перекачування конденсату в резервуар під шар нафтопродукту.

Газоурівнювальна система з резервуарами-газгольдерами МР-Г-З (6 шт.) та системою компрімування легких фракцій нафти та нафтопродуктів на базі компресорної установки ГШ1-3/35

Газоурівнювальна система з резервуарами-газгольдерами МР-Г-З (2 шт.) та системою компрімування легких фракцій нафти та нафтопродуктів на базі компресорної установки ГТ0,8-0,25/41С

Газоурівнювальна система з резервуарами-газгольдерами МР-Г-З (1 шт.) та системою компрімування легких фракцій нафти та нафтопродуктів на базі компресорної установки ГТ0,8-0,25/41С