ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ НЕФТЬ 2 часть

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

Модуль 14

ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ НЕФТЕПРОДУКТАМИ

Введение

Решение проблемы защиты окружающей среды возможно только при широком внедрении современных методов снижения испарения неф- тепродуктов при хранении, а также хранение нефтепродуктов способами, исключающими выделение загрязняющих веществ в атмосферу, водоемы и грунтовые воды. В связи с этим разработаны способы улавливания и ути- лизации паров нефтепродуктов, созданы конструкции хранилищ, оборудо- вания и аппаратуры, снижающих выделение вредных веществ в атмосферу.

Среди способов, предотвращающих загрязнение окружающей среды, наиболее перспективным в экологическом и экономическом отношении является хранение нефтепродуктов в подземных шахтных хранилищах и в хранилищах, сооружаемых в отложениях каменной соли.

Рассмотрим эти проблемы более детально.

Схема изучения материала

ОСНОВЫ НАУЧНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ЗНАНИЙ ПО МОДУЛЮ

1. Снижение испарения нефтепродуктов при хранении в резервуарах. Предотвращение утечек нефтепродуктов из резервуаров

Основным источником загрязнения окружающей среды являются «большие и малые дыхания» и вентиляция газового пространства резер- вуаров со стационарными крышами.

301

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

Для снижения потерь нефтепродуктов при испарении в процессе хранения в резервуарах применяют различные способы и технологическое оборудование.

1.1. Плавающие крыши и понтоны

При эксплуатации резервуаров с открытой плавающей крышей и ре- зервуаров со стационарной крышей с установленными внутри плавающи- ми понтонами потери при «малых и больших дыханиях» в среднем сокра- щаются до 80% ниже, чем при эксплуатации резервуаров без защитных по- крытий.

Выбор того или иного типа резервуара определяется на основании технико-экономических расчетов с учетом возможных потерь нефтепро- дуктов, а также климатических и экономических условий. В районах с теп- лым климатом наибольшее распространение находят резервуары с пла- вающими крышами.

За рубежом имеются резервуарные парки, предназначенные для хра- нения нефти, полностью оснащенные плавающими крышами. Однако в ре- зультате негерметичности уплотняющих затворов плавающих крыш в ре- зервуар попадают пыль и влага, которые загрязняют нефтепродукты.

Неполадки в работе дренажной системы, особенно в местностях с обильными осадками (дождь, снег), могут быть причиной повреждения и даже затопления плавающих крыш. Поэтому в районах с холодным клима- том применяют внутренние плавающие покрытия (понтоны), устанавли- ваемые в резервуарах со стационарными крышами.

Плавающие крыши по конструкции разделяются на три типа:

∙одинарные, состоящие из одного настила и ферм жесткости;

∙понтонные, основная часть площади крыши которых занята пон-

тонами;

∙двойные, имеющие два настила, разделенные воздушным пространством.

Одинарные крыши менее устойчивы, чем крыши других типов, и их применение ограничено.

Понтонные крыши состоят из полого кольцевого понтона и плоского днища, которое прикреплено к понтону по нижнему периметру внутренне- го кольца. Высота понтона в таких крышах 38 – 45 см, а площадь – от 20 до 50 % площади крыши. Понтоны разделены на отсеки. При появлении

течи в плоском днище крыши и двух отсеках понтона крыша сохраняет свою плавучесть на нефтепродукте плотностью 0,7 кг/м3. Крыша сконст-

302

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

руирована таким образом, что она может сохранять плавучесть при выпа- дении за сутки 25 см осадков. Устанавливаются понтоны обычно как по периферии, так и в центре. Для сбора атмосферных осадков в крышах с пе- риферийным кольцевым понтоном предусмотрен уклон к центру.

Понтонные крыши обладают высокими теплоизоляционными свой- ствами, хорошей плавучестью и устойчивостью. У понтонных крыш с кольцевым и центральным понтонами в условиях высоких температур ок- ружающей среды под одинарной частью крыши создается паровой тепло- изоляционный экран, препятствующий интенсивному нагреву нефтепро- дукта.

Воздушное пространство двойной плавающей крыши, состоящей из двух разделенных настилов, является хорошим паровоздушным теплоизо- лятором хранимых нефтепродуктов. Двойная крыша разделена на отсеки кольцевыми и радиальными перегородками. Она отличается высокой ус- тойчивостью к ветровым, снеговым и дождевым нагрузкам.

Резервуары с плавающими крышами оборудованы специальными уп- лотняющими затворами, которые располагаются по периметру резервуара и служат для уплотнения зазоров между стенкой резервуара и плавающей крышей, дренажной системой, дыхательными клапанами, лестницей.

На рис. 14.1 показана принципиальная схема резервуара с плаваю- щей крышей.

Рис. 14.1. Резервуар с плавающей крышей: 1 – приемо-раздаточный патрубок с хлопушей; 2 – стенка резервуара; 3 – трубопровод раствора пены; 4 – огнепрегради- тель; 5 – трубчатая направляющая; 6 – сухопровод орошения; 7 – плавающая крыша; 8 – опорные стойки крыши; 9 – водоприемник атмосферных осадков; 10 – катучая ле- стница; 11 – опорная ферма; 12 – газоотводящая труба; 13 – шахтная лестница; 14 – уп- лотняющий затвор; 15 – дренажная система; 16 – фундамент

303

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

Резервуары с плавающими крышами оборудованы автоматическими клапанами, которые открываются для стравливания воздуха из-под пла- вающей крыши в начале заполнения резервуара и автоматически закрыва- ются после всплывания крыши. При сливе нефтепродукта перед возвраще- нием плавающей крыши в исходное положение клапан опять открывается.

Дренажная система резервуаров с плавающей крышей бывает двух типов:

∙гибкая;

∙шланговая (труба с гибкими сочленениями и шарнирными соеди- нениями, труба для удаления воды с крыши вне резервуара и сифонная труба для удаления воды, собирающейся на дне резервуара).

Более надежной считается труба шланговой конструкции с шарнир- ными соединениями.

Наиболее распространены дренажи шланговой конструкции, в кото- рых вода из углубления в центре крыши по шлангу через штуцер в корпусе резервуара отводится наружу. На одинарных и понтонных крышах перед дренажным концом шланга установлены обратный клапан и задвижка, препятствующие выходу продукта на крышу при появлении течи в шланге.

Врезервуаре может быть смонтировано специальное устройство, удержи- вающее шланг в заданном положении, что предотвращает закручивание его или разрыв стойками и фермами внутри резервуара. Вместо гибких шлангов в дренажах применяются также стальные трубы с гибкими сочле- нениями.

Вкачестве аварийных используют открытые дренажи, отводящие воду с крыши непосредственно в продукт.

Менее распространены сифонные дренажи, которые отводят воду по трубе, закрытой сверху решеткой. При этом продукт не может проникнуть через трубу на крышу.

Впроцессе эксплуатации периодически контролируют состояние и работу резервуаров с плавающими крышами, т.е. проверяют наличие уте- чек газа через дыхательные клапаны, концентрацию паровоздушной смеси нефтепродуктов под плавающей крышей, фактические напряжения на кор- пусе в период заполнения резервуара.

Эксплуатация резервуаров с плавающей крышей в районах с холод- ным климатом связана с известными трудностями, вызываемыми пример- занием уплотняющих затворов к стенке резервуаров, замерзанием воды в дренажной системе, сложностью удаления снега с плавающей крыши и др.

Для ликвидации потерь в результате испарения в резервуарах со ста- ционарными крышами устанавливают внутренние плавающие крыши, на-

304

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

зываемые в нашей стране понтонами. Несмотря на то, что стоимость ре- зервуаров с понтонами больше, чем с плавающими крышами, считается, что в недалеком будущем они вытеснят резервуары других типов, т.к. ста- ционарная крыша защищает понтон от атмосферных воздействий, обеспе- чивая тем самым качественную сохранность нефтепродуктов. Преимуще- ством применения понтонов является также возможность их установки в резервуарах со стационарной крышей без реконструкции и значительных капитальных вложений. Отсутствие дренажа для дождевых и талых вод облегчает эксплуатацию такого резервуарного парка.

В отечественном и зарубежном резервуаростроении применяют пон- тоны различных конструкций: металлические, эластичные синтетические, комбинированные, среди которых следует отметить алюминиевые, сбор- ной конструкции; трехслойные толщиной 50 мм, состоящие из внутренне- го слоя пенополиуретана и двух наружных – из офталевого стеклонапол- ненного полиэфира; понтоны, состоящие из полиэфира и жесткого пено- пласта, укрепленного стекловолокном; понтоны из пенопласта с двухсто- ронним алюминиевым покрытием, а также понтоны из пенополиуретана толщиной около 40 мм на стеклопластике.

Усовершенствованная конструкция понтона из синтетических мате- риалов, изображенная на рис. 14.2, нашла широкое применение.

Рис. 14.2. Резервуар с понтоном из синтетических материалов: 1 – понтон синтетический; 2 – уплотняющий затвор; 3 – кольцо жесткости; 4 – труба для замера уровня; 5 – поплавки; 6 – опорное устройство; 7 – пробоотборник; 8 – дренажное уст- ройство; 9 – металлическая сетка

305

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

Изготовление понтонов из синтетических материалов снижает ме- таллоемкость конструкции, обеспечивает практическую непотопляемость, дает возможность монтажа в эксплуатируемых и строящихся резервуарах.

Технология изготовления понтонов зависит от свойств применяемых материалов и конструктивных особенностей сборки в резервуаре. Так, трехслойные панели изофталевого полиэфира размером 1,2х2,4 м изготов- ляют, помещая два листа из армированного стекловолокном изофталевого полиэфира в форму и вспенивая между этими листами слой пенополиуре- тана до требуемой толщины панели 50 мм. Затем форму помещают в печь с регулируемой температурой для обеспечения соответствующей «сшив- ки» полимеров и придания однородности. Цикл «сшивки» повышает также прочность соединения между вспененным и поверхностным слоями, при- давая тем самым повышенную механическую прочность всему изделию в целом. Конфигурация краев панелей предусматривает наличие выступов для состыковки панелей в процессе монтажа. При монтаже внутри резер- вуара каждый стык обрабатывают клеем и герметизируют как сверху, так и снизу стеклотканью и смолами.

Конечная стадия изготовления понтона заключается в нанесении на него с обеих сторон слоя смолы, пигментированной тяжелыми металлами. Обычно это изофталевый полиэфир, сшитый во влажной среде полиуретан или эпоксидная смола, которые используют для предотвращения накопле- ния заряда статического электричества и для герметизации неплотностей на поверхности понтона.

Панели собирают непосредственно в резервуаре. По окончании мон- тажа по периметру плавающей крыши наносят слой эластичного герметика для исключения утечек паров.

За рубежом широко применяют сверхплавучие понтоны «Ультра- флот» в резервуарах со стационарными крышами, сокращающие потери от испарения на 95 %. Имеются два типа таких понтонов: непосредственно контактирующие с нефтепродуктом и опирающиеся на плавающие конст- рукции и соответственно имеющие газовое пространство между сплошным диском и продуктом.

Экран понтона состоит из сплошного алюминиевого диска, распре- делительных балок и полых трубчатых поплавков, изготовленных из алю- миниевых труб диаметром 220 – 250 мм, испытанных на герметичность давлением воздуха 140 кПа.

Конструкции жесткого и мягких уплотняющих затворов приведены на рис. 14.3 – 14.5.

306

307

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

Опорные стойки экрана закрепляются в верхней части на поплавках с помощью бандажей. Элементы экрана-трубы поплавков, поперечные свя- зи и герметичный сплошной настил образуют многоярусную конструкцию. Патрубки, смотровой люк, кольцевой бортовой элемент и другие элементы погружены в жидкость на 10 – 12 см, что исключает выброс газовой по- душки из-под экрана и верхнюю часть резервуара.

Алюминиевые поплавковые экраны «Ультрафлот» значительно сни- жают испарение нефтепродуктов при хранении, экономически эффектив- ны, легко монтируются в эксплуатируемых резервуарах, имеют повышен- ную плавучесть.

В нашей стране проводится большой объем работ по оснащению ре- зервуарных парков понтонами и плавающими крышами. Введенный с 1.01.86 ГОСТ 1510-84 предусматривает оснащение металлических резер- вуаров с целью снижения потерь нефтепродуктов плавающими крышами, понтонами или газовыми обвязками с дыхательной арматурой.

Эффективность работы резервуаров с плавающими крышами и пон- тонами в основном определяется герметичностью уплотняющих затворов между крышей и корпусом резервуара.

Уплотняющие затворы в зависимости от конструкции и применяе- мых материалов разделяются на два типа: жесткие (механические уплот- нения) и мягкие (жидкостные, воздушные, с эластичным наполнителем).

Затвор жесткого типа состоит из металлического уплотнительного кольца или пластины, прижимаемого к стенке системой рычагов и пружин и мембраной из резинотканевого материала, обеспечивающей герметичность кольцевого пространства. Недостатком этих затворов является наличие га- зового пространства под мембраной и коррозия элементов конструкции.

Мягкие затворы имеют герметичную износоустойчивую оболочку из резинотканевого материала, заполненную жидкостью (керосином) или пе- нополиуретаном. Жидкостные затворы несмотря на высокие герметизи- рующие свойства менее надежны и более сложны в эксплуатации, чем за- творы с пенополиуретановым наполнителем.

Современное развитие химии позволяет применять в конструкции уплотняющих элементов высококачественные эластичные материалы, об- ладающие прочностью и стойкостью к воздействию ароматических угле- водородов и температурных изменений. Резинотканевые материалы при- меняются для изготовления оболочки затворов, прокладок и мембран, эла- стичный пенополиуретан – в качестве наполнителя в конструкциях мягких затворов.

308

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

Размеры уплотняющих затворов в зависимости от диаметра резер- вуара с учетом допустимых деформаций стенок выбирают по табл. 14.1.

Таблица 14.1

Уплотняющие зазоры для резервуаров с плавающими крышами

Для защиты уплотняющих затворов от воздействия атмосферных осадков и солнечных лучей на резервуарах с плавающими крышами уста- навливают металлические козырьки.

Для ликвидации или значительного снижения потерь нефтепродуктов через кольцевой зазор устанавливают дополнительный уплотнительный за- твор, эффективность которого оправдывается при хранении продуктов с вы- соким давлением паров и при высоких ветровых нагрузках.

За рубежом для плавающих крыш в условиях теплого климата при- меняют как жесткие, так и мягкие уплотнительные затворы, в умеренно- холодных климатических условиях – жесткие.

В нашей стране для резервуаров, оборудованных понтонами, исполь- зуют в основном два типа затворов: петлевой и дисковый, изготавливае- мые из бельтинга, обрезиненного с обеих сторон бензостойкой и морозо- стойкой резиной. Петлевой уплотнительный затвор состоит из наружной и внутренней петли, к одной из сторон петли подшит подрессорник также из обрезиненного бельтинга. Дисковый затвор представляет собой ряд соб- ранных секций. В каждой секции, сложенной вдвое, установлена пластина- прокладка. Внутреннюю прокладку по отношению к наружной устанавли- вают так, чтобы ее выступающая часть входила в следующую секцию за- твора, перекрывая зазор между секциями.

Неплотности кольцевого пространства между уплотнительным за- твором и стенкой резервуара, а также диффузия паров нефтепродукта че- рез поверхность синтетического понтона являются источником потерь уг- леводородов. Герметичность затвора характеризуется коэффициентом K , показывающим количество паров нефтепродукта, проходящих через 1 м длины уплотнителя за 1 ч.

309

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

310