книги / Типовые расчёты при проектировании и эксплуатации нефтебаз и нефтепроводов

Нередки случаи, когда потери нефти или бензинов от испаре­ ния превышают рассчитанные по «Нормам естественной убыли». Прежде всего, это связано с отличием реальных условий эксплуата­ ции резервуаров от принятых при составлении «Норм естественной убыли». Чтобы доказать, что сверхнормативные потери не связаны с хищениями, например, надо владеть современными методами рас­ чета потерь от испарения.

Кроме того, расчетными методами можно исследовать влияние различных факторов на величину потерь от испарения и на основа­ нии этого планировать мероприятия по их сокращению.

Различают следующие виды потерь от испарения:

1)при заполнении резервуаров («большие дыхания»);

2)при неподвижном хранении («малые дыхания»);

3)после выкачки нефтепродукта вследствие донасыщения газового пространства («обратный выдох»);

4)из-за негерметичности газового пространства («вентиляция»);

5)при заполнении транспортных емкостей.

«Нормами естественной убыли» не учитываются и потери, воз­ никающие при истечении нефти и нефтепродуктов из трубопрово­ дов и резервуаров.

§10.1. Потери от «большого дыхания»

Потери нефтепродукта от «большого дыхания» вычисляются по формуле В. И. Черникина

(Ю.1)

Данная глава написана при участии Коршака С. А.

359

где VH—объем закачиваемого в резервуар нефтепродукта; Vr - объем газового пространства (ГП) резервуара перед закачкой нефтепродукта; Р2 - абсолютное давление в ГП в конце закачки, Р2 = Ра + P^; Pj - то же в начале закачки, Р, = Ра - Ркв —если закачка начинается но­ чью и Pj = Ра - если днем; Ра - атмосферное давление; Ркв, Рвд - уставки клапанов соответственно вакуума и давления; ру —плотность паров нефтепродукта

Рг, Тг — абсолютное давление и температура в ГП; R - универ­ сальная газовая постоянная, R =8314 Дж/ (кмоль- К ); Му - мо­ лярная масса паров нефтепродукта, кг/кмоль - для бензинов

- для нефтей

Т11К - температура начала кипения нефтепродукта (нефти), К; Ру ж-

среднее расчетное парциальное давление паров нефтепродукта в про­ цессе заполнения резервуара

Смк ср - средняя концентрация углеводородов в ПВС, вытесняемой из резервуара при его заполнении.

Величина С.^ ср определяется с учетом донасыщения ГП в ходе операций, предшествующих заполнению. Независимо от вида тех­ нологической операции (опорожнение, простой или заполнение ре­ зервуара) концентрация углеводородов в его ГП находится методом последовательных приближений по следующему алгоритму:

1)задаются средней (за операцию) концентрацией Сср углеводоро­ дов в ГП;

2)вычисляют кинематическую вязкость паровоздушной смеси v

икоэффициент диффузии паров нефтепродукта D Mпри этой кон­ центрации и средней температуре процесса Т;

3)вычисляют полный поток массы J и общую массу Д пг испаряю­ щегося нефтепродукта;

4)находят массовую С и объемную С концентрации углеводородов

360

в ГП к концу рассматриваемой технологической операции, а затем и расчетное значение средней объемной концентрации углеводоро­ дов в ГП в течение данной операции Сср расч

- плотность ПВС ( кг/м3) - по формуле (10.2), в которую вместо Му надо подставить Мпвс, или как аддитивную величину

где Мв - молярная масса воздуха, Мв = 29 кг/кмоль; а„, вм - эмпи­ рические коэффициенты (табл. 10.1);

361

Ps - давление насыщенных паров нефтепродукта при рассматривае­ мых температуре и соотношении фаз

PRдавление насыщенных паров нефтепродукта по Рейду (TR=311 К; соотношение объемов паровой и жидкой фаз = 4); bs - эмпири­ ческий коэффициент (табл. 10.2); F (Уп/Уж) - поправка, учитываю­ щая влияние соотношения фаз на давление насыщения (табл. 10.2).

Па. Для летних автобензинов А-72, А-76, Аи-91, Аи-93 максимально возможная величина PR= 66700 Па, а для зимних —не более 93300 Па. Летние автобензины А-80 и А-92 имеют PR < 80000Па, а у неф­ тей PR < 66700 Па.

При отсутствии данных о величине PRрекомендуется принимать величину 1,22 PR равной: для автобензинов - 57000 Па, для авиа­ бензинов - 65000 Па, для нефтей 25000...45000 Па (обратно пропор­ ционально их плотности).

Интенсивность процесса испарения нефтепродуктов в резервуа­ рах характеризуется величиной полного потока массы испаряюще­ гося вещества J, которое показывает, сколько килограммов нефте­ продукта испаряется с единицы его поверхности в единицу времени. Этот процесс пока изучен только для автобензинов.

Для расчета величин J используются следующие критериальные уравнения, справедливые для резервуаров типа РВС:

—при неподвижном хранении бензина

362

- при заполнении резервуаров

где Kt - безразмерный критерий подобия, характеризующий интен­ сивность испарения бензинов

Т„ Тб —абсолютные температуры соответственно воздуха и бензина; Ате - модуль движущей силы процесса испарения

Sc - число Шмидта; Recp - среднее число Рейнольдса, характеризу­ ющее скорость омывания поверхности бензина воздухом при опо­ рожнении резервуаров; Fr -Re — параметр подобия, характеризую­ щий интенсивность перемешивания бензина в резервуаре при его заполнении.

Величины Sc, Recp и Fr -Re рассчитываются по следующим за­ висимостям

где U - скорость струи воздуха у поверхности откачиваемого нефте­ продукта

Г

U0 —скорость струи воздуха у поверхности откачиваемого нефте­ продукта

г - радиус монтажного патрубка; QOTрасход откачки нефтепро­ дукта; N K- число дыхательных клапанов, установленных на резер­ вуаре; d3 - диаметр круга, эквивалентного площади поверхности бен­ зина, омываемой струей воздуха при входе в резервуар

363

Hr - средняя высота ГП за время опорожнения; Wx - характерная скорость перемешивания нефтепродукта в резервуаре при закачке бензина

вуар; Dp, Нб — соответственно диаметр резервуара и средний уро­ вень бензина в нём в процессе заполнения. _

Массовая концентрация углеводородов С в ГП резервуара к моменту окончания различных технологических операций вычисля­ ется по формулам:

- при неподвижном хранении нефтепродукта (простое резервуара)

т пвг +Д1Т1 +ДГП,,

ПВС0 у.ОТ G

при заполнении резервуара

^ _ т уо+ Д тузак- А т пвс-Ссрзак

(10.23)

т пвс0 + Л т у,ах -Л тпвс

где т уо, т ПВСо - масса соответственно углеводородов и ПВС в ГП

резервуара в начале технологической операции; Дшу - масса угле­ водородов, испарившихся в газовое пространство за время техноло­ гической операции х

Fp —площадь «зеркала» бензина в резервуаре; Д т в —масса подсасы­

ваемого в резервуар воздуха

364

Дшпвсмасса ПВС, вытесненной из ГП резервуара при его заполнении

Сср зак —средняя массовая концентрация углеводородов в ГП в про­ цессе заполнения резервуара.

Для пересчета объемной концентрации углеводородов в массо­ вую, и наоборот, следует пользоваться формулами:

где М — отношение молярной массы паров нефтепродукта к мо­ лярной массе воздуха, М = Му / Мв.

Для приближенной оценки потерь от «больших дыханий» мож­ но воспользоваться методикой НИИТранснефть. Она недостаточно точна, но позволяет обойтись без итераций.

В этом случае среднее расчетное парциальное давление паров неф­ тепродукта в процессе заполнения резервуара находится по формуле

где Ря - давление насыщенных паров нефтепродукта при условиях заполнения; ДС/С5 —средняя относительная концентрация углево­ дородов в газовом пространстве резервуара при его заполнении

АС

(10.29)

C s н г2 с ,

Нг1, Нг2 — высота газового пространства в резервуаре соответственно до и после выкачки нефтепродукта; ДС,/С8 - прирост средней относи­ тельной концентрации в газовом пространстве резервуара за время выкачки тот нефтепродукта; ДС2/С 5 - то же за время простоя тпр

Высота газового пространства резервуара с высотами стенки Нр и конуса крыши Нк при уровне заполнения Нжсоставляет

365

Величина AC,/CS зависит от типа резервуара, количества дыха­ тельных клапанов N K, скорости подсасываемого воздуха в них U0, продолжительности откачки тот и может быть найдена по формуле

(10.30)

'■ 'S

где у с1 - коэффициент пропорциональности, выбираемый по табл. 10.3. Прирост средней относительной концентрации в ГП за время

простоя тпр описывается выражением

где \рс2, fty - постоянные коэффициенты, величина которых зависит от состояния облачности; при пасмурной погоде \ус2=5,4-10 4; р\|/=1,305; при переменной - \рс2=9,08-10 4; р\р=1,429; при солнеч­ ной - \|/с2=2,6М 0-3; |3у= 1,462.

Расчеты показывают, что потери от «больших дыханий» обратно пропорциональны расходу закачки.

Сведения о величине расчетной производительности заполне­ ния-опорожнения резервуаров, диаметре и числе приемо-раздаточ­ ных устройств приведены в табл. 10.4.

Тип и количество дыхательных клапанов выбираются в соответ­

где Q - максимальная производительность закачки-выкачки, м3/ч; Vp —геометрический объем резервуара, м3.

§10.2. Потери от «малого дыхания»

Потери нефтепродуктов от «малого дыхания» вычисляются по формуле Н. Н. Константинова

(Р а + Р вд- Р тах)Тп

366

где о — среднее массовое содержание паров нефтепродукта в ПВС, вытесняемой из резервуара

[Ршах+Ршш)Му

(10.34)

R ( T rmax + T rm in )

Vr —объем ГП резервуара; Pmin, Pmax - соответственно минимальное и максимальное парциальные давления паров нефтепродукта в ГП резервуара в течение суток; Тг min, Тг тах - минимальная и макси­

мальная температуры ГП резервуара в течение суток; Расчет величин Тг min и Т гпш выполняется по формулам

где Тп ср — средняя температура нефтепродукта в резервуаре, кото­ рую с достаточной точностью можно принимать равной средней тем­ пературе воздуха; 0r min, 0Гтах - избыточные температуры ГП, отсчи­ тываемые от средней температуры нефтепродукта

0.

где 0^ min, 0СТтах минимальная и максимальная температуры стенки резервуара, отчитываемые от средней температуры нефтепродукта; F - площадь поверхности, ограничивающей ГП резервуара (часть боковой стенки и крыша);a ', а'в— коэффициенты теплоотдачи в

ночное время соответственно от стенки резервуара к ПВС и от ПВС

с р р

X, ср р —соответственно коэффициент теплопроводности, теплоем­

кость и плотность нефтепродукта при температуре Тп ср; тдн - про­ должительность дня.

367

Максимальную и минимальную избыточные температуры стен­ ки резервуара определяют по формулам

368