2.3. Системы слива-налива нефти и нефтепродуктов в транспортные емкости

Системы нефтепродуктообеспечения Российской Федерации под­ключены к 265 крупным потребителям и сети, состоящей из 7,6 тыс. заправочных станций. Существует несколько типов установок сли­ва-налива нефти и нефтепродуктов в авто- и железнодорожные системы, речные и морские танкеры. Однако независимо от способа транспортировки любая установка слива-налива имеет ряд типовых узлов. На рис. 2.2 показана схема установки с насосной системой подачи жидкости, которую широко применяют на нефтебазах. Ус­тановка содержит следующие основные узлы: центробежный на­сос 1, фильтр 2, воздушный колпак 3, счетчик для замера коли­чества отпускаемого продукта, управляемый отсечной клапан 4 типа КДП, который автоматически открывается в начале налива и закрывается по окончании его.

Рис. 2.2 – Схема установки слива-налива с насосной системой подач

При эксплуатации такие установки для слива-налива жид­кости в емкости, как правило, работают по параллельной схеме и питаются от одной из разводящих магистралей, которая в свою очередь сообщается с резервуаром. К установкам, работающим по параллельной схеме, относится автоматизированная система налива АСН-5П, схема которой изображена на рис. 2.3. В составе установки имеется трубопровод 1, гидроаккумулятор 2, электродвигатель 8, центробежный насос 9, фильтр 4, быстродействующий отсечной клапан 5 типа КДП-7Н, счетчик 6 для замера колическтва отпускаемого продукта и наливной стояк 7. В исследовательском варианте установка может дооснащаться дополнительными гасителями 10 колебаний давления и тензодатчиками 3 типа ЛХ-412. Для предотвращения периливов цистерн в наливном стояке предусмотрено размещение датчика налива. Дозирующий полуавтоматический клапан КДП-7Н состоит из пульта управления и запорного клапана.

Рис. 2.3 – Схема установки слива-налива, работающей по

параллельной схеме

Точность галивной дозы существенно зависит от времени закрытия запорного клапана. Чем меньше время срабатывания клапана, тем точнее производится налив (время закрытия клапана равно примерно 0,02 с). Но при быстром закрытии клапана в нидромагистрали системы слива – налива возникает гидравлический удар, который сопровождается распространением волны повышенного давления в сторону насоса. Давление в гидромагистрали вследствие гидравлического удара резко увеличивается. На рис. 2.4 приведена осциллограмма изменения давления при закрытии быстродействующего клапана. При рабочем статистическом давлении в гидромагистрали на уровне 0,2 МПа амплитуда гидроудара достигает 2,1 МПа.

В ходе аналогичных исследований на установках налива нефтепродуктов в железнодорожные цистерны с рабочим давлением 0,9 – 1,0 МПа обнаружено, что амплитуда гидроудара при срабатывании запорного клапана достигает 9,0 – 10,0 МПа. Таким образом, амплитуда гидроудара в системах слива-налива нефти и нефтепродуктов может десятикратно превышать уровень рабочего статистического давления в гидромагистрали.

Рис. 2.4 – Осциллограмма изменения давления при закрытии отсечного клапана в системе слива-налива, оснащенной воздушным колпаком

При закрытии запорного клапана в гидромагистрали, работающей по параллельной схеме, гидравлический удар распространяется на соседнюю установку. На рис. 2.5 приведены осциллограммы изменения давления для одновременно работающих двух установок слива – налива при закрытии клапана на одной из них, полученные в ходе эксперимента на установке АСН-5П со следующими характеристиками:

Диаметр проходного сечения трубопровода, мм . . . . . . . . . . . . . . . . 100

Статическое давление, МПа:

при закрытом клапане . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,20

при открытом клапане . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,05

Динамическое давление гидроудара, МПа:

в гидромагистрали, непосредственно связанной

с закрываемым обратным клапаном . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,80

в параллельной гидромагистрали . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,30

Рис. 2.5 – Распространение гидравлического удара в параллельной установке слива-налива: а – замер на первой установке; б – замер на второй установке при отключении первой установки

Гидравлические удары приводят к частым поломкам установок автоматического слива – налива, к течи по разъемам и стыкам фланцевых соединений и отрицательно сказываются на точности измерений счетчика налива. Количество установок автоматического слива – налива в Российской Федерации составляет около 8 тыс. Из-за влияния волновых процессов эксплуатационные издержки на одной установке достигают стоимости 10 – 12 т нефтепродуктов в год. Аварии на установка слива – налива часто сопровождаются экологическим ущербом.

Вероятность гидравлического удара в системах заправки морских танкеров особенно велика, поскольку длина гидромагистралей в таких системах составляет сотни метров, а на некоторых базах достигает нескольких километров, следовательно, время распространения прямой и отраженной волн повышенного давления в трубопроводе будет превышать время срабатывания клапана. Кроме того, перекачиваемая по длинному трубопроводу жидкость обладает большой инерционностью, вследствие чего амплитуда гидравлического удара возрастает. Раскрытие длинного трубопровода сопровождается сбросом больших объемов нефтепродуктов в акваторию порта.

При разрывах разветвленных гидромагистралей систем налива железнодорожных цистерн происходят разливы горячих (до 110 ⁰С) пожароопасных нефтепродуктов под высоким давлением от 0,9 – 1,0 МПа до 9,0 – 10,0 МПа в момент удара. Поскольку эстакады систем слива-налива находятся непосредственно на территории нефтеперерабатывающих заводов, такие разрывы чрезвычайно опасны как исходные события для развития масштабных аварий [2].

С целью уменьшения гидравлического удара установки слива-налива укомплектовывают воздушным колпаком, который частично уменьшает уровень гидравлического удара. Однако результаты экспериментов свидетельствуют, что демпфирующие свойства воздушных колпаков незначительны.