Устройства для сокращения потерь углеводородов с применением сепараторов и адсортбентов и абсорбентов
Нефть и нефтепродукты проходят сложный путь транспортировки, хранения и распределения. Потери имеются на каждом этапе: при различных сливно-наливных операциях, на эстакадах и в разливочных пунктах, при хранении в резервуарах, при отпуске нефтепродуктов потребителям, а также в результате утечек и аварий. Их величина иногда достигает больших размеров, что наносит значительный ущерб. Основная доля потерь от испарения на протяжении всего пути движения нефти приходится на резервуары Важной задачей при эксплуатации резервуарных парков является сохранение качества и количества продукта. Все вышесказанное говорит об актуальности написания данной работы [5].
По характеру потерь они подразделяются на эксплуатационные и аварийные потери. Эксплуатационные потери подразделяются на количественные (утечки, разливы, аварии) и качественно-количественные. Остановимся подробнее на второй группе.
К качественно-количественным относятся потери, при которых происходит количественная потеря с одновременным ухудшением качества остающегося продукта. Это получается главным образом при испарении нефтепродуктов. Чем выше испаряемость нефтепродуктов, тем больше потери от испарения и тем заметнее ухудшается их эксплуатационная характеристика.
При хранении легкоиспаряющихся жидкостей в резервуарах различают два основных вида таких потерь – это потери от так называемых «малых дыханий» и «больших дыханий».
Потерями от «малых дыханий» называют потери при неподвижном хранении, возникающие в результате колебаний температуры окружающей среды в течение суток.
Потерями от «больших дыханий» называются такие потери, которые происходят во время закачки нефтепродукта в резервуар или при его выкачке. При закачке в резервуаре давление в газовом пространстве возрастает до верхнего критического значения и смесь паров с воздухом выбрасывается в атмосферу через дыхательный или предохранительный клапаны. При выкачке, наоборот, в резервуаре создается вакуум, и воздух из атмосферы через клапаны поступает в резервуар [4].
Независимо от вида потерь жидких углеводородов в конечном итоге они оказываются в атмосфере, что отрицательным образом сказывается на окружающей среде.
Таким образом, сокращение всех видов потерь нефтепродуктов является актуальной задачей не только с экономической, но и, что не менее важно, с экологической точки зрения.
Сокращение потерь нефтепродуктов – одно из важнейших направлений ресурсосбережения. Эксплуатационные потери в отличие от естественной убыли могут быть устранены. Остановимся подробнее на сокращении потерь нефтепродуктов от испарения.
Все мероприятия, направленные на сокращение потерь нефтепродуктов от испарения, могут быть разделены на две группы:
- уменьшающие объемы «выдохов» резервуаров;
- уменьшающие концентрацию углеводородов в «выдохах».
К первой группе методов относится применение газовых обвязок, газоуравнительных систем, а также организационных мероприятий, приводящим к уменьшению объема «выдохов». К таким относятся:
- хранение нефтепродуктов при максимальном заполнении резервуаров (снижаются потери от «малых дыханий»);
- сокращение числа внутрискладских перекачек (снижаются потери от «больших дыханий»);
- контроль за герметичностью дыхательной арматуры и резервуаров.
Ко второй группе методов, уменьшающие концентрацию углеводородов в «выдохах», относятся применение дисков-отражателей, покрытий, плавающих на поверхности продукта, а также систем улавливания легких фракций (УЛФ). О них мы и поговорим подробнее.
Системой УЛФ называется совокупность технологического оборудования, обеспечивающего отбор и утилизацию легких фракций нефти и нефтепродуктов при повышении давления в газовом пространстве резервуаров до того, как произойдет их «выдох» в атмосферу. Под утилизацией в данном случае понимается либо накопление паровоздушной смеси с целью последующего ее возврата в газовое пространство резервуаров, либо отделение углеводородов от нее, либо реализация смеси потребителям.
В системах УЛФ применяются следующие методы отделения углеводородов от паровоздушной смеси:
- конденсация компримированием;
- конденсация охлаждением;
- адсорбция и абсорбция [2].
Исходя из темы нашей статьи наибольший интерес для нас представляет система УЛФ с применением адсорбции и абсорбции, а также конденсации компримированием.
Сутью данного метода является адсорбция (абсорбция) паров нефтепродуктов с их последующей десорбцией и конденсацией. Этот метод является целесообразным при перекачке, во время вытеснения из резервуаров большого количества паров нефтепродуктов.
Известны вещества (активированный уголь, пористые полимеры и др.), которые при контакте с паровоздушной смесью (ПВС) поглощают из нее (адсорбируют) углеводороды. Адсорбционная система УЛФ включает несколько колонн, называемых адсорберами.
На рисунке 1 представлен пример адсорбционной системы.
1 – резервуар с бензином, 2 – дыхательный клапан, 3 – газовая обвязка, 4 – адсорбер, 5 – регулятор давления типа «до себя», 6 – холодильник, 7 – конденсатосборник, 8 – насос для откачки конденсата
Рисунок 1 – Адсорбционная система УЛФ
Роль адсорбента в данной системе выполняет шариковая сополимерная насадка. Диаметр шариков около 2 мм, удельная площадь поверхности контакта 400 м2/г. Адсорбент обладает гидрофобными свойствами, и поэтому молекулы органических веществ прочно удерживаются на нем под действием вандер-ваальсовых сил. Теплота адсорбции невелика, поэтому регенерация насадки (десорбция органических веществ) осуществляется при ее продувке воздухом, нагретым острым паром.
Для адсорбера характерны простота, надежность и безопасность работы. Предусмотрено регулирование температуры в двух точках в зависимости от режима работы аппарата. Средства автоматики размещены в отдельном герметизированном блоке и не зависят от сложной системы контроля и управления резервуаром.
Из-за низкой пропускной способности и необходимости дополнительных затрат на десорбцию адсорбционные системы улавливания паров нефтепродуктов не получили широкого применения на практике.
Недостатком адсорбентов является высокая горючесть некоторых из них, а также необходимость установки дополнительного оборудования для их десорбции.
Наряду с адсорбционными получили распространение и абсорбционные системы УЛФ.
Метод абсорбции заключается в том, что низколетучая жидкость (абсорбент) поглощает углеводороды из паровоздушной смеси, вытесняемой из резервуаров. Обычно абсорбционные системы УЛФ, как и адсорбционные, содержат несколько колонн-абсорберов. В качестве абсорбента используются керосин, дизельное либо печное топливо. С их помощью потери бензинов можно уменьшить на 90% и более.
Пример абсорбционные схемы УЛФ приведена на рисунке 2.
1 – резервуар с бензином; 2 – дыхательный клапан; 3 – газовая обвязка; 4 – абсорбер; 5 – емкость для абсорбента; 6 – насос; 7 – форсунки; 8 – регулятор давления типа «до себя»; 9 – емкость для отработанного (насыщенного) абсорбента; 10 – датчик давления
Рисунок 2 – Абсорбционная система УЛФ
Степень отбора углеводородов абсорбентом из ПВС (степень улавливания) зависит от соотношения расходов «жидкость-газ», а также линейной скорости фаз. При благоприятных условиях она составляет около 60 %.
Вместе с тем, чтобы насос 6 не работал непрерывно, абсорбционная система УЛФ оснащается датчиком 10, который подает сигнал включения насоса при избыточном давлении, а впоследствии отключает его. Достаточно сложной и энергоемкой является система регенерации абсорбента. Все это ведет к удорожанию рассматриваемой системы [2,3].
Далее рассмотрим пример еще одной системы УЛФ – компрессионной.
Сущность этих систем заключается в компримировании отобранной из емкостей парогазовой смеси с целью ее аккумулирования или реализации (в сжиженном или газообразном состоянии).
По способу компримирования эти системы делятся на эжекторные и компрессорные. Рабочей средой в эжекторах является жидкость (техническая вода, углеводороды и т. д.) или газ. Соответственно они называются жидкостно-га-зовыми (ЖГЭ) или газ-газовыми (ГТЭ) эжекторами. Компрессорные системы также классифицируются по типу используемых компрессоров (поршневые, винтовые, роторные, ротационные).
Особенностью компрессорных систем УЛФ является замыкание резервуара с напорной линией (рисунок 3)
1 – приемо-раздаточный патрубок; 2 – байпасный трубопровод; 3 – задвижка; 4 – эжектор; 5 – трубопровод подачи паровоздушной смеси (ПВС) из резервуара; 6 – дыхательный клапан; 7 – влагопоглотитель; 8 – световой люк; 9 – резервуар; 10 – обратный клапан; 11 – сепаратор
Рисунок 3 – Компрессорная система УЛФ
Процесс работы данной установки следующий: во время закачки нефтепродуктов в резервуар (ПВС) поступает в эжектор за счет повышения уровня топлива в резервуаре. В свою очередь топливо, также проходя через эжектор, увлекает ПВС, что приводит к уменьшению давления в газовом пространстве резервуара. Далее топливо, смешиваясь с ПВС, конденсирует пары нефтепродуктов и далее, проходя через сепаратор, происходит разделение. В результате осушенный воздух идет на очистку либо в атмосферу, а топливо поступает в резервуар. Несравненным преимуществом данного способа является его эффективность, которая составляет, в зависимости от условий использования, 80-90 %.
Выбор типа системы УЛФ должен быть обоснован технико-экономическим расчетом.
Наиболее эффективным из перечисленных, простым в эксплуатации, экономически выгодным, а также устойчивым к факторам окружающей среды является использование компрессионных систем. При применении систем улавливания легких фракций достигаемое сокращение потерь зависит от многих факторов и может быть рассчитано только по специальным методикам [1].
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1 Артёменко, способов уменьшения потерь нефтепродуктов при хранении // Молодежь и наука: сборник материалов IХ Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием, посвященной 385-летию со дня основания г. Красноярска [Электронный ресурс]. – Красноярск: Сибирский федеральный ун-т, 2013. – Режим доступа: http://conf. sfu-kras. ru/sites/mn2013/section076.html, свободный.
2 Борьба с потерями нефти и нефтепродуктов при их транспортировке и хранении / , , [и др.] – Москва : Недра, 1981. – 248 с.
3 Коршак, средства сокращения потерь бензинов от испарения. – Уфа: ДизайнПолиграфСервис, 2001. – 144 с.
4 Потери нефти и нефтепродуктов от испарения [Электронный ресурс] : техн. информация // [сайт] – Екатеринбург, 2017. – Режим доступа : http://ros-pipe. ru/tekh_info/tekhnicheskie-stati/khranenie-i-transportirovka-nefteproduktov/poteri-nefti-i-nefteproduktov-ot-ispareniya/.
5 Потери нефти и нефтепродуктов при эксплуатации резервуарных парков : техн. информация // -Нефть» [сайт] – 2017. – Режим доступа : https://gazovikneft. ru/articles/poteri/.
