Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ НЕФТЬ 2 часть

.pdf
Скачиваний:
60
Добавлен:
22.01.2021
Размер:
8.8 Mб
Скачать

СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

духопроводу, уложенному вдоль фронта слива цистерн. Воздухопровод имеет по длине отводы, снабженные вентилем. Воздух из воздухопровода подается в цистерну через гибкий шланг, подключенный к отводу.

Теоретически время слива из железнодорожной цистерны опре- деляется решением дифференциального уравнения

 

 

dz

=

Q

,

 

(10.4)

 

 

d τ

 

 

 

 

 

F

 

где

z

переменный уровень нефтепродукта в цистерне, м;

 

 

τ

время, с;

 

 

 

 

 

 

 

 

Q

текущий расход через сливной патрубок, м3/с;

 

 

F –

площадь зеркала нефтепродукта в цистерне, м2.

 

 

В (10.4) значение Q может быть записано как

 

 

 

Q = μf

 

 

,

 

 

 

zg(h0 + z)

(10.5)

где

µ

коэффициент сливной коммуникации (сливного патрубка);

 

 

f

площадь конечного сечения сливной коммуникации, м2.

 

 

 

h = h +

 

P P

 

 

 

 

 

1 2

,

 

(10.6)

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

ρg

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где

h –

разность отметок между начальным и конечным сечением слив-

ной коммуникации;

 

 

 

 

 

 

 

 

Р1,

Р2 давление над поверхностью нефтепродукта в емкости и в

конечном сечении сливной коммуникации, Н/м2;

 

 

ρ

плотность нефтепродукта, кг/м3;

 

 

g –

ускорение силы тяжести, м/с2.

 

 

При повышении абсолютного давления P1 в емкости время слива

будет уменьшаться, причем зависимость изменения времени слива опре- деляется законом изменения площади емкости F = F(z).

Если цистерна имеет цилиндрическую форму, то

 

 

 

 

 

F = 2L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z( Д z),

 

 

 

 

 

(10.7)

и решение (10.4) с учетом (10.5) и (10.6) имеет вид

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

 

 

 

64Vц

 

h

 

 

 

 

 

4LД Д

 

 

 

 

 

 

 

 

τ =

 

 

 

ϕ

0

 

=

 

 

ϕ

0

 

,

(10.8)

 

 

 

 

 

 

 

 

f

2g

 

 

Д

 

 

2 μ d 2

2gД

 

Д

 

 

где d –

внутренний диаметр конечного сечения сливной коммуникации;

L

длина цистерны;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vц

объем цистерны.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

151

СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

В частном случае при h = 0 и P2 = Pa

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h =

 

Pиз

 

= h ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(10.9)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ρg

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

из

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2h + Д

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

h

 

 

 

 

Д + h

 

 

 

 

 

 

 

 

2h

 

 

 

 

 

 

 

 

ϕ

 

 

из

=

 

 

 

 

 

 

 

 

из

 

 

 

из

 

 

Е k

,

 

из

K

k,

 

, (10.10)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Д

 

 

 

 

Д

 

 

 

 

 

Д

 

 

 

 

 

2

 

 

 

Д

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Риз = Р1

 

Ра,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где

Ра

барометрическое давление, Н/м2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Е k, π

, K k, π

 

полные эллиптические интегралы I-го и II – го

 

 

 

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

рода;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

; π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k =

 

Д + hиз

 

 

модуль и амплитуда полных эллиптических инте-

 

 

 

 

 

 

 

 

Д

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

гралов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Если емкость имеет F = const , то

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8Vц

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2F H

 

 

 

 

h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

τ =

 

 

 

 

 

 

ϕ

из

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ϕ

из

 

,

 

(10.11)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

μ f

 

 

 

 

 

Н

 

 

πμ d 2

 

 

 

 

 

 

 

 

Н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2g

 

 

2gH

 

 

 

 

 

где

Н

высота цистерны, м,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

 

 

 

 

 

 

 

h

 

 

 

 

 

 

 

h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ϕ

 

 

 

из

 

=

1 +

из

 

 

 

 

из

.

 

 

 

 

 

 

 

 

(10.12)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Н

 

 

 

 

 

Н

 

 

 

 

 

Н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

График функций ϕ

hиз

 

(рис. 10.3)

и ϕ

hиз

 

 

представляет собой за-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Д

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

висимость ускорения времени слива нефтепродукта от величины избыточ- ного давления Риз в цистерне.

Фактическая функция

h

 

 

τ

ϕ

из

 

=

 

(10.13)

 

 

 

Д

 

τ0

представляет отношение времени опорожнения цистерны при наличии из- быточного давления τ и без него τ0.

Описание лабораторной установки

Лабораторная установка (рис. 10.3) состоит из модели железнодо-

рожной цистерны 1 (Д = 156 мм, L = 600 мм, Vц = 11530 см3, h = 30 и d =

152

СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

10 мм), резервуара 2, напорного трубопровода 4 для заполнения цистер- ны нефтепродуктом, компрессора 3 для создания избыточного давления в цистерне, воздушного трубопровода 5 и регулятора давления 6.

Для измерения избыточного давления в цистерне имеется манометр 7, а для наблюдения за изменением уровня нефтепродукта установлен показа- тель уровня 8.

h

 

h

 

Рис. 10.3. Графики функций: а ϕ

из

; б

ϕ

из

;

 

 

Д

 

H

схема лабораторной установки

Порядок проведения работы

1.Цистерна заполняется нефтепродуктом.

2.Измеряется время опорожнения цистерны τ0 при самотечном

сливе (Риз = 0).

3. После повторного заполнения цистерны нефтепродуктом вклю- чается компрессор, и в цистерне создается избыточное давление

Риз = 0,1 атм.

4.Производится слив цистерны под этим давлением и замеряется время слива τ.

5.Аналогичные измерения производятся при избыточном давле-

нии 0,15 и 0,20 атм.

6.Результаты измерений заносятся в табл. 10.3.

153

СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

Обработка полученных данных

1.По (10.3) рассчитывается значение функции ϕ hиз .

Д

2.Определяются значения безразмерного комплекса

hиз = Pиз

Д ρgД

и по экспериментальным данным строится график функции ϕ hиз .

Д

3. На том же рисунке приводится теоретическая кривая

функции ϕ hиз .

Д

4. По (10.8) рассчитывается значение среднего коэффициента рас-

− −

хода µ и строится график µ = f (τ) .

5.Результаты вычислений заносятся в табл. 10.3.

6.Сделать выводы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 10.3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Избыточное давление Риз, атм (кгс/см2)

0

0,1

0,15

 

0,20

Время слива τ, с

 

 

 

 

 

 

hиз

=

Pиз

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ρgД

 

 

 

 

 

 

 

 

Д

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

и з

 

=

τ

 

 

 

 

 

ϕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Д

τ 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Коэффициент расхода µ

 

 

 

 

 

Вопросыполабораторнойработе

1 . Как влияет изменение избыточного давления в цистерне на коэф- фициент расхода сливной коммуникации?

2.С какой скоростью начнет вытекать вода из цистерны через ко- роткий патрубок, если цистерна заполнена полностью, а избыточное давле- ние равно атмосферному?

3.Каким предельным состоянием системы соответствует утвер- ждение коэффициент расхода системы равен нулю (единице)?

4.Какое избыточное давление необходимо создать в цистерне, за- полненной наполовину бензином (ρ = 720 кг/м3), чтобы при герметично

закрытой горловине бензин слился полностью?

154

СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

5. Как экспериментально определить значение функции

для емкости конической формы?

ТЕСТЫ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЗА РЕЗУЛЬТАТАМИ ОБУЧЕНИЯ

На оценку «удовлетворительно»

1.Трубопроводный транспорт нефтепродуктов.

2.Подводный транспорт нефтепродуктов:

предпосылки создания ПТС;

транспортная система ПТС;

основные элементы подводного танкера;

перегрузочный комплекс.

На оценку «хорошо»

ϕhизH

1.Трубопроводный транспорт нефтепродуктов.

2.Автомобильный транспорт нефтепродуктов:

определение времени слива нефтепродукта из автомобильных

цистерн.

3.Водный транспорт нефтепродуктов.

На оценку «отлично»

1.Трубопроводный транспорт нефтепродуктов.

2.Автомобильный транспорт нефтепродуктов:

определение времени слива нефтепродукта из автомобильных

цистерн.

3.Водный транспорт нефтепродуктов.

4.Подводный транспорт нефтепродуктов:

предпосылки создания ПТС;

транспортная система ПТС;

основные элементы подводного танкера;

перегрузочный комплекс.

155

СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

Модуль 11

КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ УЧЕТ НА ОБЪЕКТАХ ХРАНЕНИЯ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ

Введение

При автоматизации процессов управления на объектах хранения нефти и нефтепродуктов основные информационные задачи сводятся к ко- личественному учету нефти и нефтепродуктов, хранящихся в резервуарах. При этом необходимо рассматривать две основные категории возникаю- щих информационных задач:

товарно-учетные, требующие измерения с высокой точностью (погрешность в пределах десятых долей процента) при относительно небольшом быстродействии;

оперативно-контрольные, требующие сравнительно быстро- действующих измерительных систем, обеспечивающих относительно не- высокую точность (погрешность в пределах нескольких процентов).

Первая задача связана с учетом, распределением и планированием, вторая с оперативным управлением процессами налива и слива нефти и нефтепродуктов.

Товарно-учетная информация необходима для получения объектив- ной коммерческой, бухгалтерской и учетной документации и может также использоваться для осуществления рациональных планов загрузки объек- тов хранения. Эту группу операций в дальнейшем будем называть коммер- ческим учетом (КУ). Информация, полученная в результате операций КУ, как правило, используется для управления технологическими объектами, для определения параметров продукта в резервуарах с последующей реги- страцией как результатов обработки, так и необходимых информационных параметров.

Контрольно-оперативная информация используется непосредственно после ее получения для выработки немедленно реализуемых управляющих воздействия. Оперативная информация (ОУ) позволяет получить все све- дения о случайных возмущениях, влияющих на функционирование управ- ляемого объекта. Эта информация, в свою очередь, делится на производст- венно-технологическую, используемую для управления производственны- ми процессами и замыкающуюся в системах управления технологически- ми агрегатами, и оперативно-производственную для оперативного

156

СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

управления участками. Она включает сведения о продукции и производст- венных процессах, данных планов-графиков и учетно-отчетной докумен- тации.

Основу оперативной информации составляет первичная информация, являющаяся совокупностью параметров продукции и процессов, необхо- димых для оперативного управления. Причем сведения о продукции вклю- чают в себя все необходимые данные о качественной и количественной ха- рактеристиках всех видов продукции на данном и смежном участках. Ин- формация о процессах, в свою очередь, содержит все требования для оцен- ки ситуации на участках, данные о ходе технологического процесса, а учетная информация является совокупностью данных, характеризующих работу участка за определенный период времени (смена, сутки и т.д.), от- ражающий результаты оперативного управления участком.

Информация ОУ требует высокого быстродействия съема и обработ- ки при невысоких требованиях к ее точности и достоверности. Информа- ция КУ, наоборот, должна быть точной и достоверной, скорость измере- ния, сбора и передачи данных не имеет существенного значения.

Для удовлетворения всех требований на объектах хранения по коли- чественному учету целесообразно создание информационно-измеритель- ных систем двух модификаций для коммерческого (ИИСКУ) и оператив- ного (ИИСОУ) учетов.

Решение указанных задач требует не только применения информа- ционно-измерительных систем (ИИС), но также средств вычислительной техники (универсальные или специализированные ЭВМ), обеспечивающих необходимую обработку поступающей информации.

Требования к структуре и техническим характеристикам ИИС коли- чественного учета определяются также особенностям объектов хранения:

рассредоточенность контролируемых объектов;

многообразие технологической структуры объектов;

различные требования ко времени измерения и длительно пере- работки и хранения информации при решении различных задач управле- ния;

высокие требования пожаро- и взрывозащищенности к первичной измерительно-информационной аппаратуре.

При создании ИИС необходимо также учитывать все унификации аппаратуры.

Важной задачей при эксплуатации резервуарных хозяйств является сохранение качества и количества продукта. Это требует обеспечения мак- симальной герметизации всех процессов слива, налива и хранения.

157

СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

Основная доля потерь от испарения на протяжении всего движения нефти от промысла до нефтеперерабатывающих заводов, на самих заводах и нефтепродуктов от заводов до потребителей приходится на резервуары.

По отраслям нефтяной промышленности количественные безвоз- вратные потери распределяются следующим образом:

потери на нефтепромыслах – 4,0 %;

на нефтеперерабатывающих заводах – 3,5 %;

при транспорте и хранении нефти и нефтепродуктов на нефтеба- зах и нефтепродуктопроводах – 2,0 %.

Всего: 9,5 %.

Все потери нефти и нефтепродуктов классифицируются как

количественные потери;

качественно-количественные потери, при которых происходит количественная потеря с одновременными ухудшениями качества нефте- продукта (потери от испарения);

качественные потери, когда ухудшается качество нефтепродукта при неизменном количестве (потери при смешении).

В резервуарных парках потери от испарения составляют до 75 % всех потерь; общие потери легких фракций от испарения из резервуаров НПЗ распределяются следующим образом:

от «больших дыханий» – 80,2 %;

от вентиляции газового пространства – 19,05 %;

от «малых дыханий» – 0,8 %.

Для учета количества нефти и нефтепродуктов при приеме, хране- нии, отпуске и транспортировке применяются следующие методы:

объёмный, когда количество учитывается в объемных единицах (применяется, в основном, при отпуске с АЗС и при розничной реализа- ции);

весовой, когда количество определяется непосредственным взве- шиванием на весах (применяется при измерениях относительно малого ко- личества продукта и, в основном, при отпуске в авто и железнодорожные цистерны);

объемно-весовой, когда определение количества ведется в еди- ницах массы по объему и плотности при фактической температуре (этот метод широко применяется при измерениях сравнительно большого коли- чества нефти и нефтепродуктов).

158

СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

Схема изучения материала

 

 

 

Вид (форма

Коли-

Тема занятий

 

Тип занятий

чество

п/п

 

занятия)

 

 

 

часов

 

 

 

 

 

1

Методы количественного

учета

Изучение

Лекциz

2

 

нефти и нефтепродуктов. Средст-

нового

 

 

 

ва и методики измерения нефти и

материала

 

 

 

нефтепродуктов

 

 

 

 

2

Аппаратура коммерческого

пье-

Изучение

Лекциz

2

 

зометрического учета нефти и

нового

 

 

 

нефтепродуктов. Измерение ко-

материала

 

 

 

личества нефти и нефтепродуктов

 

 

 

 

на потоке

 

 

 

 

3

Зарубежный опыт проведения то-

Изучение

Лекциz

2

 

варно-учебных операций

 

нового

 

 

 

 

материала

 

 

 

 

 

 

 

4

Подбор дыхательной арматуры на

Предварительный

Практическое

2

 

резервуары

 

контроль

занятие

 

ОСНОВЫ НАУЧНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ЗНАНИЙ ПО МОДУЛЮ

1.Методы количественного учета нефти и нефтепродуктов

1.1.Основные способы измерения больших масс нефтепродуктов

инефти

Принципы построения ИИС количественного учета во многом зави- сят от принятого способа измерения количества жидкого продукта в емко- стях.

Таблица 11.1

Способы измерения количества нефтепродуктов

Методы количественного учета нефтепродуктов в емкостях

универсальные

 

акустические

 

тепловые

электрические

 

оптические

 

 

 

 

 

 

 

 

тензометри-

локационный;

дилатомет-

кондукто-

преломления;

ческий;

диссалатив-

рический;

метрический;

поглощения;

гравиметри-

ный (погл);

терморези-

индуктив-

отражения

ческий;

резонансный

сторный;

ный;

 

 

объемно-ве-

 

 

термо-ЗДС

емкостной;

 

 

совой;

 

 

 

 

радиоволны

 

 

пьезометри-

 

 

 

 

 

 

 

 

ческий

 

 

 

 

 

 

 

 

159

СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

1.1.1. Тензометрический способ

Тензометрический способ предполагает непосредственное определе- ние усилий на стенки или днища резервуара от действия массы нефтепро- дукта. Первичными элементами устройства являются электрические дат- чики (тензометрическиё, индуктивные, магнитоупругие и др.). Деформа- ция упругого тела датчика измеряется с помощью, например, прикреплен- ных к нему проволочных тензометров-преобразователей, представляющих собой плоскую или иную намотку проводов, обладающих тензоэффектом, т.е. способностью изменять свое сопротивление под воздействием механи- ческой информации. Такие приборы используют для определения количе- ства жидкости в небольших резервуарах как в нашей стране, так и за рубе- жом.

Достоинством тензометрического способа определений количества жидкости является его простота.

Основные недостатки этого способа следующие:

невысокая точность тензометров;

сложность равномерного распределения нагрузки между отдель- ными упругими элементами;

сложность тарировки и периодической поверки;

невозможность установки упругих элементов на действующих больших резервуарах и трудность установки на малых;

взвешивание всего содержимого резервуара без разделения на воду, осадки и полезный продукт.

Основные причины погрешностей для тензометрического взвешива-

ния:

нелинейность упругих элементов (0,2 – 0,05 %);

гистерезис (0,01 – 0,05 %);

температурная нестабильность нуля (0,001 %);

разброс показаний (0,01 %);

погрешность градуировки (0,02 %);

влияние ускорения силы тяжести (0,05 – 0,1 %);

влияние аэростатических сил (0,1 %).

Кроме этого, на погрешность измерений тензометрическим методом существенное влияние оказывает:

временная нестабильность самих тензодатчиков;

неравномерное распределение нагрузки между отдельными масс-

дозами;

160