3. Сокращение потерь нефти и нефтепродуктов от испарения
3.1 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
Сейчас используются: КД (ДК), НДКМ, КДН. Устройство и работа дыхательного клапана типа КД изображена на Рис. 8.
Рисунок 8. Устройство и работа дыхательного клапана типа КДМ
где: 1 - тарелка давления, 2 - тарелка вакуума, 3 - регулировочные грузы, 4 - корпус клапана, 5 - фланец
Достоинства клапана - простота; недостатки - малая пропускная способность, что вызвано большим гидравлическим сопротивлением. Стальные поверхности тарелки и седла в переходные периоды года и зимой могут примерзать. Поэтому есть непримерзающие дыхательные клапана (НДК) с фторопластовой прокладкой. Такие клапаны ставят на резервуары небольшой вместимости. Потом появился непримерзающий дыхательный клапан мембранный (НДКМ), который был избавлен от предыдущих недостатков ДК. Устройство НДКМ показано на рис 9.
Рисунок 9. Устройство дыхательного клапана типа НДКМ
где: 1 - фланец, 2 - седло, 3 - тарелка клапана, 4 - нижняя мембрана, 5 - верхняя мембрана, 6 - регулировочные грузы (пластины), 7 - цепочки, 8 - смотровой люк с крышкой, 9 - огневой предохранитель, 10 - предохранительная пружина, 11 - импульсная трубка, 12 - трубка сообщения с атмосферой, 13 - ось вращения, 14 - запорный винт
При уменьшении давления в газовом пространстве (при откачке, в темное время суток) в него поступает атмосферный воздух ч/з клапан. При увеличении давления в газовом пространстве (при закачке, в светлое время суток) повышенное давление передается в полость А. Оно давит и на 4, и на 5. 4 под действием разности давления она прижимается (снизу давит меньшее атмосферное давление) и она прижимает тарелку. Это же давление действует на 5, она идет вверх и за цепочки тянет тарелку. Получается, что мембрану тянется и вверх и вниз. Площадь 5 больше площади 4 сила давления на 5 больше чем на 4 поэтому и тарелка приподнимается и газовая смесь выходит из резервуара, что и показано на рисунке.
Клапаны НДКМ обладают большей пропускной способностью при том же диаметре присоединительного патрубка и устанавливаются на резервуарах большой емкости. Недостаток их в том, что низкая износостойкость мембран, она быстро диструктируется и клапан выходит из строя. В настоящее время серийно выпускаются клапаны дыхательные северного исполнения, которые обладают малым гидравлическим сопротивлением и, следовательно, большой пропускной способностью и имеют большую надежность, чем клапан НДКМ. Они маркируются КДС или КДНС. Устройство этого клапана показано на рис. 10
Рисунок 10. Устройство дыхательного клапана типа КДС
где: 1 - тарелка давления; 2 - седло давления; 3 - крышка; 4 - корпус; 5 - седло вакуума; 6 - тарелка вакуума; 7 - кожух; 8 - огневой предохранитель; 9 - фланец; 10 - диск отражатель
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. Принцип работы показан на рис 12.
Рисунок 12. Принцип действия ПК
ПК ранних конструкций работали на принципе барботажа, т.е. пробулькивание воздуха через слой запирающей жидкости. На современных резервуарах установлены предохранительные клапаны типа КПГ, устройство которого приведено на рис. 13
Рисунок 13. Устройство предохранительного клапана типа КПГ
где: 1 - мерная трубка для залива и контроля разделительной жидкости с мерным стеклом, 2 - крышка клапана, 3 - огневой предохранитель, 4 - отбойный диск, 5 - верхний корпус с горловиной, 6 - чашка, 7 - нижний корпус с присоединительным патрубком. Это клапан однократного действия, жидкость выбрасывается из чашки при его срабатывании. Заливают: зимой - незамерзающую жидкость иди д/т, летом - воду
Вентиляционный патрубок
Используется вместо механических дыхательных клапанов на резервуарах, где хранятся нефтепродукты с низкой упругостью паров (мазуты, масла и т.п.), а также на резервуарах с понтонами и плавающими крышами. Устройство вентиляционного патрубка показано на рис. 14.
Рисунок 14. Устройство вентиляционного патрубка
где: 1 - патрубок присоединительный, 2 - огневой предохранитель, 3 - защитный козырек.
Диски отражатели
При использовании дисков - отражателей уменьшается перемешивание паровоздушной смеси в газовом пространстве резервуара, тем самым понижается концентрация паров нефтепродукта в верхней части газового пространства. Для обеспечения оптимальных условий работы дисков-отражателей их установку следует производить горизонтально под патрубком клапана на расстоянии, равном 1,8-2,0 диаметра этого патрубка. Применение дисков-отражателей дает заметный экономический эффект и позволяет снизить потери от испарения нефтепродуктов при дыханиях на 30-40%. Ряд технических мероприятий по снижению потерь нефти и нефтепродуктов от испарении связан с коренным переустройством товарно-сырьевых парков, нефтебаз и складов горючего, поэтому их внедрение может быть осуществлено при строительстве новых или реконструкции существующих объектов. Сюда же относится применение резервуаров специальных конструкций и совершенствование технологических схем резервуарных парков
Рисунок 15. Установка диска-отражателя на резервуаре
1) - дыхательный клапан; 2) - огневой предохранитель; 3) - монтажный патрубок; 4) - диск-отражатель
3.2 Покрытия, плавающие на поверхности продукта
В качестве покрытий, плавающих на поверхности нефтепродукта и препятствующих его испарению, применялись и применяются плавающие защитные эмульсии, микрошарики из пластмасс, понтоны и плавающие крыши.
Микрошарики
Микрошарики из пластмасс также служат для уменьшения поверхности испарения нефтепродуктов. Они представляют собой микросферы диаметром от 10 до 250 мк, изготовленные из фенольно-формальдегидных или карбомид-ных смол и заполненные инертным газом-азотом.
Проведенные в лабораторных и промышленных условиях испытания показали [1], что микрошарики, плавающие на поверхности нефти или бензина слоем толщиной 20…25 мм сокращают потери от испарения по сравнению с потерями из резервуаров с незащищенной поверхностью: бензинов - на 35…50%, нефти-на 80%. При этом используемый объем резервуаров с различной конструкцией кровли не уменьшается.
В то же время были выявлены и недостатки применения микрошариков: их унос из резервуаров вместе с откачиваемым нефтепродуктом, а также налипание на стенки резервуара. По этим причинам они не нашли применения.
Понтоны
Понтоном называется жесткое плавающее покрытие, помещаемое в резервуар со стационарной кровлей с целью уменьшения скорости насыщения ГП парами нефтепродуктов (рис. 16).
Конструктивно понтон представляет собой жесткую газонепроницаемую конструкцию в форме диска, закрывающую не менее 90% поверхности нефтепродукта и снабженную затвором, уплотняющим кольцевой зазор между диском и стенкой резервуара. По материалу, из которого изготовлен диск, различают металлические и синтетические понтоны.
Рисунок 16. Резервуар с металлическим понтоном
где: 1 - настил понтона; 2 - металлические короба-сегменты; 3-уплотняющие затворы металлического понтона и направляющих; 4 - труба для ручного отбора проб; 5 - кожух пробоотборника ПСМ; 6 - опорные стойки
Типы металлических понтонов приведены на рис. 17:
1) чашеобразные однодечные;
2) однодечные с периферийным открытым коробом, разделенным на отсеки;
3) однодечные с периферийным закрытым коробом, разделенным на отсеки;
4) двудечные, разделенные на отсеки.
Рисунок 17. Основные типы металлических понтонов:
где: а-чашеобразный однодечный; б-однодечный с периферийным открытым коробом, разделенным на отсеки; в-однодечный с периферийным закрытым коробом, разделенным на отсеки; г-двудечный, разделенный на отсеки
Нетрудно заметить, что в порядке упоминания металлоемкость понтонов возрастает. Но одновременно увеличивается их непотопляемость.
Синтетические понтоны значительно менее металлоемки. Они разнообразны по конструкции. Например, понтон, разработанный ВНИИСПТнефть (ныне ИПТЭР) состоит из кольца жесткости, на которое натянута сетка, служащая основой для ковра из газонепроницаемой полиамидной пленки. Плавучесть данной конструкции обеспечивается поплавками, выполненными из химически стойкого к нефтепродуктам пленочного пенопласта.
Получили распространение и синтетические понтоны из пенополиуретана (ППУ). Понтон конструкции СКБ «Транснефтеавтоматика», например, включает периферийное кольцо, обеспечивающее прочность и жесткость в месте крепления кольцевого затвора, центральную часть, несущее кольцо с эластичным вкладышем, формирующее борт понтона и позволяющее закрепить затвор. Для предотвращения насыщения ППУ нефтепродуктом, его поверхность покрывается полиуретановым латексом, а для придания поверхности понтона токопроводящих свойств - саженаполненным латексом.
Понтон «Coverblot» компании «Larosch Buyj» изготавливают из панелей жесткого пенопласта, облицованных с обеих сторон алюминиевым листом. Панели скрепляют болтами с помощью зажимных планок.
Независимо от конструкции все понтоны должны быть заземлены (чтобы избежать разрядов статического электричества), снабжены направляющими (чтобы предотвратить вращение конструкции под воздействием струй нефтепродукта), а также опорами (чтобы обеспечить возможность зачистки и ремонта днища).
Одним из важнейших узлов любого понтона является уплотняющий кольцевой затвор, т.к. именно от качества герметизации зазора между газонепроницаемым «диском» и стенкой резервуара в значительной степени зависит достигаемая величина сокращения потерь нефтепродукта от испарения.
Согласно [4] при применении понтонов сокращение потерь нефтепродуктов от испарения составляет 80…90%. В [5] отмечается, что понтоны сокращают потери от «больших дыханий» на 80% и на 70% от «малых».
Плавающие крыши
Плавающие крыши (ПК) в отличие от понтонов применяются в резервуарах, не имеющих стационарной кровли (рис. 18). В связи с этим их конструкция несколько отличается от конструкции понтонов.
Рисунок 18. Резервуар с плавающей крышей
где: 1 - приемо-раздаточный патрубок с хлопушкой; 2-запасной трос хлопушки; 3-кольца жесткости; 4-стенка резервуара; 5-кольцевая площадка жесткости; 6-огневой предохранитель; 7-трубопровод раствора пены; 8-опорные стойки плавающей крыши; 9-водоприемник атмосферных осадков; 10-сухопровод орошения стенки резервуара; 11-плавающая крыша; 12 - опорная ферма; 13-катучая лестница; 14 - бортик удерживания пены; 15 - опорная ферма; 16-периферийный кольцевой понтон плавающей крыши; 17-уплотнитель (затвор) плавающей крыши; 18-переходная площадка; 19-шахтная лестница; 20-трубчатая направляющая плавающей крыши; 21-дренажная система; 22-днище резервуара
Прежде всего, отсутствие стационарной кровли диктует необходимость изготовления коробов обязательно герметичными. Для удобства удаления осадков, выпавших на ПК, последняя должна иметь листовой настил с уклоном к центру. Дождевая вода с ПК отводится через дренажную систему либо из шарнирно-сочлененных, либо из гибких гофрированных груб.
Для спуска на поверхность ПК служит передвижная (катучая) лестница, конструкция которой обеспечивает горизонтальное расположение ступенек при любом положении крыши. Верхним концом катучая лестница шарнирно опирается на переходную площадку, соединенную с шахтной лестницей, по которой персонал поднимается на резервуар. Нижний конец передвижной лестницы снабжен катками и перемещается по специальным рельсам, уложенным на поверхности ПК. По мере опускания плавающей крыши и передвижения лестницы угол ее подъема изменяется от 5 до 50 градусов.