Анализ эффективности применения струйно-абсорбционная установка рекуперации паров нефти

Транспортировка углеводородов способна осуществляться различными видами транспорта, одним из которых является – железнодорожный транспорт. Для перегонки нефти и нефтепродуктов применяются цистерны, главной опасностью применения данного вида заполнения и опорожнения емкости является физическое свойство образования паров, вытесняемых из транспортируемой жидкости. Необратимый процесс адсорбции в ж/д цистерне несет за собой экономические, экологические проблемы и риски возникновения чрезвычайных ситуаций, а также причинение вреда здоровью людей за счет образования взрывоопасной газовоздушной смеси (ГВС).

Эмиссия углеводородов относится к качественно-количественным потерям. Качественно-количественные потери нефтепродуктов и нефти классифицируются на три основные группы – утечки и розливы, смешивание продукции разного типа, и испарения. Испарения, или же – естественные потери нефти и нефтепродукта вплоть до настоящего времени приносит экономические убытки нефтяной отрасли. Одновременно с этим, ущерб наносится окружающей среде (ОС), загрязнение атмосферного воздуха ухудшает экологическую безопасность региона производства работ.

В относительно недавнее время заметна направленность топливно-энергетического комплекса на ресурсосбережение. Внедрение новых методов и технологий обеспечивает снижение экологических проблем и одновременное увеличение экономической выгоды предприятия. Касаемо железнодорожного транспорта нефти, стоит отметить использование метода рекуперации. Струйно-абсорбционная установка рекуперации паров нефти обеспечивает герметичность при приеме-наливе углеводородов на сливно-наливных станциях. Под герметичностью подразумевается замкнутая система приема паровоздушной смеси и последующее отделение сырья для повторного возврата к рабочему объему.

Алгоритм процесса струйной абсорбции рекуперации паров ж/д цистерн представлен на рис. 1. Принцип работы струйно-адсорбционной установки основан на процессе эжектирования в струйном аппарате парогазовой смеси, последующее сжатие и адсорбция под избыточным давлением паров нефти самой нефтью, используемой в качестве рабочей жидкости.

Рис.

Основная потеря при производстве сливно-наливного процесса ж/д цистерн нефтью происходит в результате вытеснения ГВС при заполнении рабочей жидкостью, второй показатель потерь – испарение остаточных нефтепродуктов при заполнении освободившегося объема цистерны при сливе нефти. Основными учитываемыми переменными являются вид нефтепродукта, его температура, температура газового пространства, определяющие давление и концентрацию насыщенных паров. Стоит отметить, что объем ГВС приравнивается к объему используемого объема содержащейся нефти.

Расчет потерь при наливе нефти в железнодорожные цистерны за теплый период года в день на сливно-наливной эстакаде, вместимостью 57 цистерн при одномоментном заполнении состава. Исходные данные:

За объект расчета принимается модель цистерны 15-880, 8-осная железнодорожная цистерна для нефти, объемом 125 т.

• объем наливаемой нефти V^nт_ж = 7 125 м³;
• плотность нефти d_t = 0.730 т/м³;
• окраска цистерн – черная;
• налив бензина в нижнюю зону цистерны;
• суммарное время налива нефти в цистерны, τ = 1140 мин.= 19 часов.
• компонентный состав и молекулярный вес углеводородных паров приняты как:

СН₄ = 0,91; С₂Н₆ = 2,8; C₃H₈ = 19,9; C₄H₁₀ = 28,71; С₅Н₁₂ = 57.5;

остаток = 10,2;

• молекулярный вес углеводородных паров: М(СН₄) - 16;

М(С₂Н₆) = 30; М(С₃Н₈) = 44; М(С₄Н₁₀) = 58; M(C₅H₁₂) = 72;

М(С_{6 и выше}) = 100.

• средняя температура наружного воздуха в теплое время года t_в^т= 19.6 °C
• барометрическое давление Р_а^т = 758 мм.рт.ст.
• средняя температура наливаемого бензина и температура воздуха в лаборатории t_л^Т=25 °C.
• значение коэффициента К₄ для средней климатической зоны К₄ =18

Имея данные найдем температурный режим за теплый период года при наливе в цистерну:

t^Т_гц = 0,5×1,18×(25,0 + 19.6) = 44,6°С

Расчет давлений насыщенных паров бензина при t^Т_гц = 44.6°С по графику кокса Р₃₈ = 618 мм.рт.ст

Р_44,6=572 мм.рт.ст.

Средний молекулярный вес принят как: ρ₀=2.61 кг/м³, аналогично: ρ_44.6=1.31 кг/м³

Расчет потерь.

G^нт_ц = 7125×(572 / 758)×1.31×10^-3 = 7, 04341 ≈ 7.04т

Удельные потери:

q^Т_Ц = (7.04×10³) / (7125×0,730) = 1,353 кг/тонну

Потери в единицу времени;

G^c_ц = (7,04×10⁶) /(19×36000)= 724,58 г/с

Данные расчеты представляют собой модель заполнения железнодорожных цистерн при условии одной установки налива, тем самым подразумевается изменение данных при необходимом количестве подключаемых наливных насосов по техническим характеристикам сливно-наливных эстакад.

Вывод: исходя из полученных данных, очевидная проблема испарений при работе сливно-наливных эстакад благополучно решается применением струйно-абсорбционная установка рекуперации паров нефти. При учете сокращения потерь испарения в 85-95%, потери в единицу времени сокращаются до интервала от 108,7 г/с до 36.3 г/с.

1. Абузова Ф.Ф., Бронштейн И.С., Новоселов В.Ф. и др. Борьба с потерями нефти и нефтепродуктов при их транспортировке и хранении М.: Недра, 1981, 248 с.
2. ГОСТ 31385-2016 Резервуары вертикальные цилиндрические стальные для нефти и нефтепродуктов
3. ОР-23.020.00-КТН-079-14 Магистральный трубопроводный транспорт нефти и нефтепродуктов. Расчет емкости (полезной) для товарных операций и разработки технологических карт на резервуары и резервуарные парки. М.: Транснефть 2014, 34с.
4. РМ 62-91-90 Методика расчета вредных выбросов в атмосферу от нефтехимического оборудования. М.: Воронеж, 1990, 40 с.
5. Тучкова О.А., Гасилов В.С., Мустафина Т.З., Разливы нефти и нефтепродуктов. Часть 1: основные положения разработки Планов по предупреждению и ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов; Вестник технологического университета, 19, 21, 69-72, 2016.
6. Ахметов С.А. Гайсина А.Р. Моделирование и инженерные расчеты физико-химических свойств углеводородных систем: учебное пособие – СПб.: Недра, 2010. – 128 с.