Струйно-абсорбционная установка рекуперации паров нефти (САУРПН)

Интенсивность развития нефтяной промышленности поддерживается ее применением в различных областях производства и отсутствием аналогичных природных ископаемых. Темп динамики добычи и переработки нефти за предыдущие десятки лет только увеличивается, что сказывается и на технологии производства нефтяной отрасли. Принцип замещения старых методов производства и транспортировки происходит путем полной замены устаревших узлов или частичной модернизацией процесса. Благодаря постепенному усовершенствованию технологий, учитываются сразу несколько ключевых факторов: предубеждение и повышение безопасности процессов, т.е. предупреждение возникновения чрезвычайных ситуаций; повышение экологической безопасности производства и сокращение экономических потерь. Тем самым новые узлы нефтяной промышленности в разы превосходят оборудование старого поколения.

Транспортировка нефти производится различными видами, одним из которых является железнодорожный транспорт. Использование ж/д цистерн для перевозки сырья и готовой продукции является универсальным способом доставки больших объемов продукции до конечного потребителя. Рассматривая нефтеперерабатывающие заводы (НПЗ) и систему железнодорожных сообщений, стоит детально разобрать узел слива-налива нефти в цистерны.

Алгоритм производства включает в себя установку тактового налива нефти, процесс работы которой имел недостаток естественного физического свойства – необратимый процесс адсорбции. Иными словами, невозможность применения вакуумного заполнения ж/д цистерны и наличие воздушной прослойки в заполненной цистерне приводит к образованию паров нефти, при процессе слива-налива, газовоздушная смесь (ГВС) выходит в атмосферу. Лабораторные исследования газовоздушной смеси, содержащие пары нефти подтверждают токсичность выбросов, загрязняющими окружающую среду (ОС). Отечественные нефтеперерабатывающие заводы (НПЗ) используют автоматизированные установки тактового налива (АУТН) нефти. Сложная установка АУТН не обесточивает зацикленный способ подачи сырья и одномоментный забор вытесняемой ГВС. Фактическая ликвидация выбросов взрывоопасной газовоздушной смеси происходит за счет применения струйно-абсорбционной установки рекуперации паров.

Основная причина применения дополнительных технологий, таких как САУРПН при транспортировке жидких углеродов – обеспечение экологической безопасности и предупреждение аварий на опасном производственном объекте. Второстепенной задачей является снижение экономических потерь производства. Логистические варианты транспортировки углеводородов имеют несколько вариантов, что характерно для развитой промышленности. Рассматриваемый вид транспортировки, как перевозка нефти железнодорожным сообщением привлекает внимание из-за не герметичности и частых контактов рабочих при производстве сливно-наливных операций.

Индекс опасности HAZARD QUOTIENT определяет среднесуточное поступление токсина в организме человека к 1 кг массы тала. Для определения влияния токсина на организм человека, находящегося в непосредственном контакте с углеводородами, необходимо выполнить расчет выхода ГВС из железнодорожной цистерны. Концентрация паров нефти и нефтепродуктов в момент налива на автоматизированную установку тактового налива и слива рассчитывается по алгоритму выполнения расчетов:

• Определение типа рассчитываемого продукта;
• Определение ГВС (определение объема газовоздушной прослойки до и после налива);
• Нахождение избыточного давления паров нефти в цистерне;
• Определение вытесненного в атмосферу объема ГВС;
• Определение объема вытесненных паров в атмосферу;
• Определение расстояния от верхнего края цистерны до зеркала жидкости;
• Определение постоянных коэффициентов k₁ k₂;
• Определение количества диффузий ГВС;
• Определение плотности паров нефти в цистерне при температуре
• Определение разности плотности среды над поверхностью жидкости и в удалении от нее.

Исходя из нахождения критериев Грасгофа и Прандтля определяется процесс переноса испаряемой нефти в окружающую среду

Gr = g · L³ · Δρ/ ν² · ρ,

где g – ускорение свободного падения, м/с2; L – определяющий размер, м; ν – коэффициент кинематической вязкости ОС, м2 /с; ρ – плотность ОС, г/м3.

Критерий Прандтля является константой для процесса испарения Pr’ = 0,66. 

Для расчета количества вредных веществ учитывают концентрацию загрязняющих веществ в объеме, а именно: C = m/ V_г2. После происходит расчет максимального разового выброса загрязняющей ГСВ в атмосферу, и с учетом годового количества цистерн с нефтепродуктом, по формуле определяют валовый выброс в год:

G =252 · 10-6 · K · g (т/год).

Рассчитав модель ежедневного заполнения ж/д цистерн сливно-наливной эстакады из 57 цистерн с применением одной сливно-наливной установки без применения САУРПН, потери в единицу времени составляют

Gcц = (7,04×10⁶) /(19×36000)= с. 

Учитывая применение САУРПН усредненное значение составляет 72 г/с.

Алгоритм расчета позволяет составить таблицу модели выбросов паров нефти в окружающую среду (табл.)

Таблица

Данные показатели наглядно дают понять, что применение струйно-абсорбционная установка рекуперации паров нефти значительно сокращают выбросы паров нефти при используемом виде транспортировки углеродов железнодорожным транспортом.

Для окончательного подтверждения рассмотрим гипотезу. Предположим, что испарения нефти на НПС по фракционному составу приравниваются к испарениям розлива нефти на подстилающую поверхность. Тем самым происходит реальная ситуация испарения нефти с взрывоопасным облаком. Пусть, модель розлива нефти ограничивается следующими параметрами:

1. Область розлива нефти ограничена бордюрами, с размерами 3000 мм – 3000 мм.
2. Подстилающая поверхность- не впитываемая;
3. Толщина слоя идеальной поверхности розлива составляет 222 мм;
4. Объем 200м³;
5. Плотность 0,89 гк/м³;
6. Температура ОС 30 °С.

Расчет количества испарившейся нефти производится по формуле:

М_зв = m ×F ×t,

где t – время поступления загрязняющих веществ в воздушное пространство, с; m – количество паров нефти или нефтепродуктов, поступающих в атмосферу в результате испарения с единицы поверхности в единицу времени (для нефти выбирается по таблице), кг/м² ·с; F – площадь розлива, м².

Результатом расчетов за 6 часов испарения нефти, получен результат М_зв=7,461 т.

Объединив данные из таблицы 1 и полученные данные, моделируемые испарение нефти, можно сделать вывод, что выбросы ГВС из цистерн суммарно за 28 лет будут равны испарению розлива нефти за 6 часов объемом в 200 м³. Аналогично же применению САУРПН, данное количество загрязнений будет достигнуто за 283.9 лет. Проведенный анализ рисков загрязнения окружающей среды теоретически доказан и имеет положительный результат.

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.