ООО "ПриволжскНИПИнефть"- специализированный институт по проектированию
инфраструктуры объектов разведки, бурения, добычи, подготовки, транспортировки,
переработки, хранения и перевалки нефти, газа и их производных.
Разработка конструкторской документации для резервуаров,
металлоконструкций и нефтегазового оборудования.

Резрвуары. Защита окружающей среды. Проектный работы от ПриволжскНИПИнефть

Ежегодно по различным оценкам в атмосферу планеты выбрасывается 50...90 млн т углеводородов. Значительная часть этих выбросов приходится на предприятия нефтеперерабатывающей и нефтегазодобывающей отраслей промышленности. Удельные потери углеводорода за счет их испарения на нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ) различных стран мира составляют 1,1...1,5 кг на 1 т продукта. Только в России в 1998 г. выбросы углеводородов в атмосферу при добыче и переработке нефти составили 1168 тыс. т.

Значительное загрязнение атмосферного воздуха парами нефтепродуктов происходит при заполнении и опорожнении резервуаров нефтехранилищ при так называемых "дыханиях" резервуаров. С момента добычи до непосредственного использования нефтепродукты подвергаются более чем 20 перевалкам, при этом 75 % потерь происходит от испарений и только 25 % — от аварий и утечек. Основная масса "дышащих" резервуаров сосредоточена на нефтепромыслах, нефтеперекачивающих станциях и в резервуарных парках нефтеперерабатывающих заводов. Па долю резервуарных парков приходится примерно 70 % всех потерь нефтепродуктов на НПЗ. В 1998 г. потери нефтепродуктов за счет "больших дыханий" составили по нефтеперерабатывающей отрасли России примерно 270 тыс. т.

Загрязнение атмосферы парами нефти и нефтепродуктов происходит также при наливе автомобильных и железнодорожных цистерн на эстакадах и при заправке автомашин на АЗС. Удельные потери нефтепродуктов при наливе железнодорожных цистерн в несколько раз превышает потери из резервуаров. Суммарная резервуарная емкость автозаправочных станций по данным на 1998 г. составляет около 240 млн м3. За год через эти мощности реализуется около 130 млн. т различных нефтепродуктов. По расчетным данным автозаправочные станции России выбрасывают в атмосферу в течение года более 140 тыс. т паров углеводородов, автозаправочные станции Германии — 145 тыс. т, Англии — 120 тыс. т.

Потери углеводородов при "больших дыханиях" вызваны сжатием паровоздушной смеси (ПВС) в газовом пространстве (ГП) резервуара поступающим в него жидким нефтепродуктом. Когда давление в ГП достигнет некоторого предельного значения, происходит выброс части ПВС в атмосферу через специальный "дыхательный" клапан.

Потери от "больших дыханий" определяются рядом факторов: объемом, температурой и газонасыщенностью закачиваемого в резервуар нефтепродукта, концентрацией паров нефтепродукта в ПВС, давлением в ГП. Содержание паров в ГП повышается в процессе заполнения резервуара, однако основная масса паров углеводородов накапливается в ГП в период хранения нефтепродукта в резервуаре. Среднегодовые потери от "больших дыханий" составляют около 0,14 % от объема хранимого нефтепродукта.

Уменьшение объема выбросов паров углеводородов в атмосферу может быть достигнуто различными путями: улучшением герметизации емкостей; снижением абсолютных значений температуры ГП и хранимых продуктов, а также уменьшением амплитуды их колебаний; уменьшением объема ГП в резервуаре; улавливанием паров углеводородов, образующихся в резервуарах.

Практическая реализация этих путей в виде организационно-технических решений представлена на рис. 1. Сравнительная эффективность (%) снижения выбросов паров углеводородов некоторых из этих систем составляет:

Резервуары

 


рис. 1. Средства сокращения потерь от испарения (УЛФ - улавливание лёгких фракций).


  • плавающие крышки (ПК) и понтоны: 70..95
  • газоуравнительные системы: 60..90
  • сорбционные системы: 90..96
  • компрессионные системы: до 98


В настоящее время наибольшее распространение за рубежом в качестве средств сокращения потерь углеводородов получили ПК и понтоны. Они обеспечивают значительную степень сокращения потерь и относительно дешевы и просты. Доля резервуаров с ПК и понтонами за рубежом превышает 60 % от общего числа резервуаров. В нашей стране доля резервуаров с ПК и понтонами составляет около 20 % , однако эти средства сокращения потерь являются одними из самых распространенных, так как до сих пор велико число резервуаров, не имеющих никаких средств сокращения потерь от испарений.

Использование ПК и понтонов связано с рядом конструктивных и технологических проблем, которые затрудняют их применение.

Основными из них являются:

  • потопление и заклинивание ПК и понтонов из-за неравномерной нагрузки от атмосферных осадков, перекоса направляющих труб, образования твердых отложений на стенках резервуара;

  • потери углеводородов со смоченных стенок резервуара;

  • возможность загрязнения хранимого нефтепродукта примесями из атмосферного воздуха;

  • повышенная пожаро- и взрывоопасность.


Одним из наиболее перспективных направлений развития средств улавливания углеводородных паров является применение компрессионных систем улавливания легких фракций с использованием жидкостно-газовых струйных, аппаратов (струйно-компрессорных установок). В таких системах сжатие ПВС происходит за счет энергии высокоскоростных струй рабочей среды, находящейся в различных агрегатных состояниях (жидкость, двухфазная газожидкостная смесь). В этих установках для улавливания паров легких фракций в качестве рабочей среды можно использовать нефтепродукт, поступающий в резервуар, а затем подавать уловленные пары непосредственно в нефтепродукт. При этом схема становится замкнутой. Струйно-компрессорные установки (СКУ) для улавливания легких фракций обеспечивают высокую степень сокращения потерь, обладают малой металлоемкостью и капиталоемкостью, просты и надежны в эксплуатации. Работа струйного аппарата (эжектора) устойчива при значительных колебаниях параметров и фракционного состава отсасываемого газа.


Принцип работы СКУ состоит в следующем. Рабочая жидкость подается в эжектор через сопло с помощью насоса и увлекает за собой пассивный поток паровоздушной смеси из резервуара. Часть энергии рабочей жидкости в процессе смешения фаз передается пассивному потоку, сжимая его. Одновременно происходит процесс интенсивной конденсации паров углеводородов. Образовавшаяся на выходе из эжектора жидкостно-газовая смесь разделяется в сепараторе, после чего осушенный сжатый воздух идет на дальнейшую очистку или в атмосферу, а рабочая жидкость подается на вход насоса. В системе предусмотрен теплообменник для отвода избытка теплоты, а также трубопроводы для подвода свежей рабочей жидкости на подпитку системы и отвода избытка рабочей жидкости со сконденсировавшимися парами углеводородов.

Принципиальная схема установки представлена на рис. 2.

 


Рис. 2. Принципиальная схема СКУ для улавливания лёгких фракций

Резервуары



Однако из-за недостаточной изученности рабочих процессов в двухфазных струйных аппаратах, входящих в состав СКУ для улавливания легких фракций, такие установки пока не применяются в промышленной эксплуатации. Применение жидкостно-газовых струйных аппаратов (эжекторов) в таких СКУ связано с рядом особенностей. Во-первых, рабочая жидкость и сжимаемые пары представляют собой смесь широкого фракционного состава, что затрудняет расчет таких эжекторов. Во-вторых, в струйном аппарате активно идут взаимопараллельные процессы конденсации и абсорбции, которые влияют на эффективность работы компрессорной установки данного типа.

С целью создания действующих промышленных систем для улавливания газов "дыхания" нефтяных и нефтепродуктовых резервуаров и утилизации газов дыхания при заправке железнодорожных и автомобильных цистерн авторами были проведены работы по оптимизации конструктивных и технологических параметров СКУ с использованием жидкостно-газовых струйных аппаратов с углеводородными рабочими телами. Расчеты выполнены при производительности СКУ 1000 м3/ч, давлении всасывания ПВС из резервуара 0,1 МПа, температуре рабочей жидкости +20...+30 °С для нескольких степеней сжатия в диапазоне 1,5...10.

Ниже приведены расчетные значения эффективности (%) улавливания паров углеводородов струйно-компрессорной установкой для различных вариантов сжатия паровоздушной смеси:


  • сжатие с учетом процессов абсорбции в объеме сепаратора (модель СКУ с сепаратором): 70...90
  • сжатие с учетом процессов абсорбции в объеме сепаратора и на тарелках абсорбционной колонной (модель СКУ с сепаратором и абсорбционной колонной):75...95

Эксперименты с использованием в качестве рабочей среды некоторых углеводородных жидкостей (газойлевая и дизельная фракции) показали эффективность и работоспособность СКУ для улавливания легких фракций.

Степень улавливания углеводородных паров струйно-компрессорными установками зависит от нескольких факторов, в частности от фракционного состава отсасываемой паровоздушной смеси, степени сжатия и температуры рабочей жидкости. Поэтому эффективность таких систем колеблется в пределах 80...98 %. Мощность, потребляемая струйным компрессором, также зависит от степени сжатия отсасываемой ПВС и изменяется в пределах 20...250 кВт.

Применение СКУ для улавливания легких фракций с использованием жидкостно-газовых струйных аппаратов с углеводородным рабочим телом позволяет решить основные проблемы, вызываемые испарением нефти и нефтепродуктов, и повысить экологическую безопасность процессов их хранения и транспортирования:

  • значительно снизить загрязнение атмосферного воздуха и окружающей среды технологическими выбросами из резервуаров; повысить пожаро- и взрывобезопасность эксплуатации резервуаров;

  • достичь ощутимой экономии ценного энергоносителя и утилизацией уловленных паров;

  • обеспечить постоянство состава хранимого нефтепродукта.



История возникновения резервуаров


в Росиии появились с развитием Бакинской нефтяной промышленности. С увеличением добычи нефти В 17 веке в Баку начали возникать нефтяные склады. Это были первые земляные резервуары, точнее ямы в глиняных грунтах. А первый стальной клепаный резервуар был построен уже в 1878. Руководители проекта В.Г. Шухова и А.В. Бари. В 1935 впервые в России был возведен металлический сварной резервуар. Его емкость была 1000 м³. Этот метод  сооружения приобрёл известность и позволил в дальнейшем перейти на индустриальный метод изготовления основных частей резервуаров. Сегодня в России построены резервуары до 50000 м³. Планируется построить резервуары емкостью до 100000 м³.

Это в Росии, а за рубежом наряду со строительством металлических резервуаров емкостью до 100000 м³ решается проблема хранения большого количества нефти, нефтепродуктов и сжиженных газов путем создания новых типов емкостей с использованием естественных и искусственных пустот в земной толще. в 1950г в США построено первое подземное хранилище в искусственных выработках залежей каменной соли для сжиженных газов построено. Емкость некторых резервуаров в соляных пластах и куполах достигает 1,5 млн. м³. Крупнейшие хранилища обычно состоят из нескольких камер. К примеру, подземное хранилище в штате Техас емкостью 905,7 тыс. м³ имеет 6 камер. значительных объемов с большим количеством камер - это перспективные проекты. Сооружаются подземные изотермические хранилища для сжиженных газов. В г. Монреале (Канада) построены такого типа емкостью 8000 м³. Глубина резервуаров, сооруженных в отложениях каменной соли, колеблется от 200 до 1200 м и определяется в зависимости от наиболее высокого ожидаемого давления паров нефтепродукта или сжиженного газа внутри емкости.