ТРАНСПОРТ И ХРАНЕНИЕ НЕФТИ

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

поддержания в хранилище температуры не выше —3° С). Дно и бортг траншеи также облицовывают льдом. Лед на стенки хранилища на носят намораживанием ледяного слоя путем послойного нанесения воды на охлажденные поверхности или выкладыванием ледяньп блоков. Необходимое оборудование для закачки и выкачки нефте продуктов устанавливают в специальном колодце. Закачиваемый нефтепродукт должен иметь температуру не выше 0° С, что в необходимых случаях обеспечивается специальной холодильной установкой.

Х р а н и л и щ а в в ы р а б о т к а х сооружают в естественных и искусственно создаваемых выемках в виде отработанных соляных копей, шахт, а также в виде различных выработок и карьеров. В этом случае достигается существенная экономия за счет сведения к минимуму выполнение земляных и горных работ. Выработки используются путем установки в них резервуаров или специальной облицовкой их внутренних поверхностей. Выемки в отдельных случаях используются для наполнения их водой с последующей установкой в них резервуаров подводного типа.

подземной емкости на определенную глубину бурят скважину, в основание которой закладывают заряд. В результате камуфлетного взрыва образуется полость сфероидальной формы с уплотненными стенками. Такие хранилища наиболее целесообразно создавать в пластах пластической глины и суглинков, которые обладают необратимыми пластическими деформациями под действием больших давлений, возникающих при взрыве.

ГЛАВА 7

ПОДОГРЕВ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ НА НЕФТЕБАЗАХ

§ 1. Назначение, способы подогрева и теплоносители

Если светлые нефтепродукты (бензин, керосин) легко транспортируются по трубопроводам в любое время года и операции с ними не вызывают особых затруднений, то операции с темными нефтепродуктами (мазут, смазочное масло) вызывают значительные трудности. Объясняется это тем, что темные нефтепродукты при понижении температуры наружного воздуха становятся более вязкими и снижают подвижность; транспортирование их без подогрева становится невозможным. В связи с этим высоковязкие нефтепродукты подогревают для понижения вязкости до значений, при которых достигается их подвижность и экономичность работы перекачивающих насосов и трубопроводных коммуникаций. Подогрев осуществляется как при хранении, так и при транспортировке и приемо-раз-

даточных операциях, включая отстой, осветление и регенерацию

масел.

Для подогрева применяют различные теплоносители; водяной пар, горячую воду, горячие нефтепродукты и газы, а также электроэнергию. Наибольшее применение имеет водяной пар, обладающий высоким теплосодержанием и_теплоотдачей, легко транспортируемый и в большинстве случаев не представляющий пожарной опасности. Обычно используют насыщенный пар давлением 0,3—0,4 МПа (3— 4 кгс/см2), обеспечивающий нагрев нефтепродуктов до 80—100° С.

Горячую воду применяют в тех случаях, когда ее имеется в большом количестве, так как теплосодержание воды в 5—6 раз меньше теплосодержания насыщенного пара.

Горячие газы имеют ограниченное применение, так как они отличаются малым теплосодержанием, низким коэффициентом теплоотдачи и малой объемной удельной теплоемкостью и поэтому требуются в больших количествах; используются лишь при разогреве нефтепродуктов в автоцистернах и в трубчатых подогревателях при наличии отработанных газов.

Горячие масла в качестве теплоносителей также применяют редко, когда требуется разогреть тугоплавкие нефтепродукты теплоносителем с высокой температурой вспышки, для которых малоэффективен или невозможен разогрев горячей водой и паром.

Электроэнергия — один из эффективных теплоносителей, однако при использовании электроподогревательных устройств необходимо соблюдать повышенные противопожарные требования.

Существует несколько способов подогрева водяным паром: разогрев острым паром, трубчатыми подогревателями и циркуляцион-

I. нефтепродукт, где он конденсируется, сообщая нефтепродукту необходимое тепло. Этот способ применяют главным образом для разогрева топочного мазута при сливе из желевнодорожных цистерн. Недостаток данного способа — необходимость удаления в дальнейшем воды из обводненного нефтепродукта.

П о д о г р е в т р у б ч а т ы м и п о д о г р е в а т е л я.м и заключается в передаче тепла от пара к нагреваемому нефтепродукту через стенки подогревателя, вследствие чего исключается непосредственный контакт теплоносителя с нефтепродуктом. Применяют этот способ во всех случаях, когда не допускается обводнение нефтепродуктов как при хранении в резервуарах, так и при транспорте в железнодорожных цистернах, нефтеналивных судах и т. д. Пар, поступая в трубчатый подогреватель, отдает тепло нефтепродукту через стенку подогревателя, а сконденсировавшийся пар — конденсат отводится через конденсатоотводчики (конденсационные горшки)

vk.com/club152685050подаваемого насосом| vk.com/id446425943в резервуар предварительно разогретого нефтепродукта, попадая в основную массу застывшего нефтепродукта,

перемешивается с ним и отдает ему тепло, нагревая до требуемой температуры, обеспечивающей его текучесть. Циркуляционный подогрев применяют в основном при обслуживании крупных резервуарных парков с устройством централизованной теплообменной установки, а также при разогреве и сливе нефтепродуктов из железнодорожных цистерн.

§ 2. Конструкции и расчет подогревателей

По конструкции подогреватели в зависимости от назначения делятся на: подогреватели при сливе нефтепродуктов из транспортных емкостей, подогреватели при хранении в резервуарах и подогреватели трубопроводов.

Рис. 7.1. Переносные подогреватели для разогрева нефтепродуктов:

а — установка змеевика в железнодорожной кигтерне; б — змеевик в сборе; 1 — центральный змеевик; 2 — боковые змеевики; 3 — трубы для подвода пара и отвода конденсата

рукции представляют собой перфорированные трубчатые штанги, помещенные в толщу жидкости, при этом пар поступает через отверстия в штангах. Используются только для разогрева мазута, допускающего частичное обводнение.

П о д о г р е в а т е л и г л у х и м п а р о м — подразделяются на переносные и стационарные. Переносные подогреватели помещают внутрь железнодорожной цистерны только на время разогрева, а по окончании их извлекают. Подогреватели (рис. 7.1), изготовленные из дюралюминиевых труб размером 38 X 2 мм, состоят из трех секций — центральной и двух боковых (изогнутых), помещаемых в железнодорожную цистерну поочередно. В зависимости от

162

типа железнодорожных цистерн и сорта подогреваемого нефтепродукта применяют подогреватели поверхностью нагрева 4,5—23,2 м2

близко расположенную от сливно-наливных устройств и предназначенную для подогрева нефтепродукта, подаваемого в виде горячей струи в железнодорожную цистерну (рис. 7.2). Горячая струя размывает и нагревает мазут, который забирается из цистерны. Благодаря перемешиванию происходит интенсивный разогрев основной массы нефтепродукта (мазута). Внутри цистерны устанавливают раскладывающееся гидромониторное устройство, осуществляющее воз- вратно-поступательное движение сопел вдоль нижней образующей цистерны для лучшего прогрева жидкости. Такую подогревательную установку применяют преимущественно для слива одиночных цистерн, так как при маршрутном сливе требуются теплообменники и насосное оборудование большой мощности.

Разновидностью подогревателей этого типа является совмещенный погружной насос-пароподогреватель (рис. 7.3), включающий два трубчатых подогревателя со встроенными в них шнековыми насосами, электродвигатель и систему передачи тепловой и электрической энергии.

Раскладка подогревателей по нижней образующей цистерны перед подогревом и поворот их в нерабочее положение перед уборкой из цистерны осуществляются системой тросов. После подачи пара в подогреватель, запускают шнековые насосы, которые, забирая жидкость из внутренней полости теплообменников, подают ее в направлении к сливному прибору и к торцам цистерны, чем обеспечивается интенсивная циркуляция (конвекция), ускоряющая процесс

вляют собой неотъемлемую часть железнодорожных цистерн и являются наиболее эффективными, так как сокращают расход пара, исключают обводнение топлива и уменьшают его остаток в нижней

гружные электрогрелки в виде нагревателей сопротивления, смонтированных на изоляторах. Известно несколько типов электрогрелок, в том числе круглая и двойная раскладная.

Д в о й н а я р а с к л а д н а я э л е к т р о г р е л к а состоит из двух шарнирно-соединенных секций, которые раскрываются по мере разогрева нефтепродукта, увеличивая тем самым зону разогрева. Мощность электрогрелок составляет 50—70 кВт. Обычно применяют их для подогрева вязких нефтепродуктов (масел), имеющих высокую температуру вспышки и коксуемость.

Для безопасного обслуживания аппаратуру и оборудование (распределительные щиты, котел цистерны, железнодорожные пути)

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Для судов, у которых все отсеки соединены и слив производят одновременно из всех танков (речные баржи), наиболее распространена прямоточная схема, позволяющая регулировать ветви подогревателя, которые проходят по ряду танков вдоль судна.

На большинстве судов в качестве источника энергии (тепла) для подогрева нефтяных грузов используется водяной пар.

Типичная схема змеевикового подогревателя показана на рис. 7.4. Для подвода к змеевикам пара и отвода его имеются две магистрали —

тем более важно, что при повреждении труб подогревателя выпуск конденсата за борт может привести к загрязнению водоема нефтью или нефтепродуктами. Для той же цели предназначен и контрольный кран, который открывается при впуске пара в змеевик.

Греющие элементы подогревателя обычно изготовляют из алюми- ниево-медных сплавов, обладающих хорошей теплопроводность»:

икоррозионной стойкостью.

Внекоторых случаях при разогреве нефтепродуктов в нефтеналивных судах применяют электрогрелки мощностью 90 кВт.

При циркуляционном методе подогрева нефтепродукт отбирается из нижней части резервуара и насосом прокачивается через внешний додогреватель-теплообменник. В этом случае внутри резервуара устанавливают кольцевой подающий трубопровод с насадками и местный подогреватель у заборной трубы. Теплообменники устанавливают индивидуально у каждого резервуара или в виде групп для обслуживания нескольких резервуаров.

Рис. 7.5. Компоновка секционных подогревателей в

видов подогревателей, однако основными являются паровые подогреватели и электрические. Паровые подогреватели выполняются я виде паровых спутников-паропроводов, прокладываемых вместе а параллельно с нагреваемым трубопроводом. Применяют два способа прокладки паровых спутников - внутренний и наружный ири внутреннем обогреве спутник прокладывается внутри нефтепровода. JTOT способ отличается сложностью монтажа и поэтому «аходит ограниченное применение. При наружном обогреве спутники прокладываются параллельно с нагреваемым трубопроводом, и заключаются в общую с ним тепловую изоляцию или прокладываются

в канале

167

ленты конструкции GKB «Транснефтьавтоматика». Для быстрого подключения к сети нагревательная лента снабжена штепсельным разъемом. Известны также и другие способы электроподогрева, например, при помощи электрокабелей, прокладываемых внутри трубопровода или привариваемых снаружи.

Иногда трубопроводы обогреваются специальными инфракрас ными излучателями. Однако этот способ можно применять толькс для трубопроводов небольшой протяженности, так как мощность излучателей не превышает 1,5 —2 кВт.

При расчете подогревателей определяют поверхность теплообме на, расход теплоносителя и конструктивные размеры подогревателей Для этого необходимо знать начальную и конечную температур) подогрева нефтепродукта (или нефти).

Когда неизвестна начальная температура подогреваемого нефтепродукта в резервуаре, т. е. температура остывания, ее определяют специальным расчетом в зависимости от температуры окружающей

168

среды, продолжительности хранения, температуры первоначального

где tH — вероятная температура нефтепродукта в конце хранения, °С; t0 — температура окружающей среды, °С; t3 — температура нефтепродукта, с которой он был залит в емкость, °С; К — полный коэффициент теплопередачи от нефтепродукта в окружающую среду,

т — время хранения, ч; G — масса нефтепродукта, т; ср — массовая теплоемкость нефтепродукта, Дж/(кг-°С).

Конечная температура подогрева должна соответствовать оптимальной температуре, т. е. такой температуре, когда при минимальном расходе тепла, а следовательно, и затрат, обеспечивается необходимая операция по сливу и наливу нефтепродукта. При этом имеется в виду обеспечение нормальных условий всасывания; перекачки по трубопроводам или самотечной выдачи в транспортные емкости в установленное время.

В некоторых случаях за оптимальную температуру подогрева при наливе транспортных емкостей принимается такая температура, при которой слив нефтепродукта в пункте назначения возможен без подогрева. Оптимальную температуру выбирают на основании технико-экономических расчетов в зависимости от конкретных условий перекачки и опыта эксплуатации. Например, рекомендуемую температуру подогрева мазута в резервуарах перед перекачкой принимают в зависимости от марки мазута: 50—60° С — для мазута марок 12 и 20; 70—75° С — для мазута марок 40 и 60 и 80—85° С — для мазута марок 80 и 100.

169

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

В любом случае оптимальная температура нефти и нефтепродуктов должна находиться между температурой застывания и температурой вспышки (по соображениям пожарной безопасности) и отвечать условиям наименьшего расхода энергии на подогрев и перекачку.

Общее количество тепла, необходимое для разогрева нефтепродукта, определяют по формуле

(7.2)

где qг—тепло, необходимое для разогрева всей массы нефтепродукта G от начальной tK до конечной температуры tK,

К — полный коэффициент теплопередачи от нефтепродукта в окружающую среду, Вт/(м2-°С); F — поверхность охлаждения, м2; — время разогрева, ч; tcp — средняя температура нефтепродукта в резервуаре за время разогрева, °С; t0 — температура окружающей среды, °С.

Коэффициент теплопередачи К рассчитывают в зависимости от типа емкости, а также принимают по опытным или справочным данным. При уточненных расчетах коэффициент К для наземных

Температура окружающей среды для наземных и полуподземных резервуаров

(в м2) определяют по формуле

(7.10)

ИЛИ

где q — часовой расход тепла (теплопроизводительность подогревателя), ккал/ч (или 1,163 Вт/ч); Кт — коэффициент теплопередачи от пара (или другого теплоносителя) к нефтепродукту, ккал/(м2 -ч- °С) [или Вт/(м2-°С)], который принимают по готовым данным или рас-

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

§ 3. Специальные методы подогрева

К специальным методам подогрева вязких нефтепродуктов в железнодорожных цистернах относится, например, подогрев виброподогревателями, электроиндукционный метод, терморадиационный (инфракрасный) подогрев и др. Эти методы подогрева применяют на отдельных установках или являются опытными, требующими усовершенствования и накопления опыта эксплуатации для их промышленного применения.

П о д о г р е в в и б р о п о д о г р е в а т е л я м и основан на том, что для увеличения интенсивности теплоотдачи от переносных подогревателей им придается постоянное, на время подогрева, вибрирующее колебание в нагреваемой среде. Исследования опытных вибрирующих подогревателей показали, что при одной и той же поверхности нагрева обогреваемой среды за счет возникающей вынужденной конвекции ускоряется процесс слива по сравнению с неподвижными подогревателями. В качестве вибраторов применяют электрические, паровые или пневматические приводы, присоединяемые к подогревателям. Недостаток существующих конструкций виброподогревателей — неполный прогрев нефтепродукта в торцах цистерн.

Э л е к т р о и н д у к ц и о н н ы й м е т о д р а з о г р е в а н е ф т е п р о д у к т а при сливе из цистерн основан на том, что вокруг цистерны создают переменное электромагнитное поле при помощи обмотки, по которой пропускают переменный ток. При этом в стенках цистерны индуктируется ток, превращаясь в тепловую энергию. Тепло от стенок передается нагреваемому нефтепродукту. Такой метод разогрева мазута впервые был применен на ГЭС-1 «Ленэнерго», причем установка состояла из двух нагревательных

д о г р е в основан на том, что подогрев осуществляется посредством инфракрасных излучателей, направляющих поток инфракрасных лучей на поверхность железнодорожной цистерны. Металлическая поверхность цистерны, нагреваясь, передает тепло прилегающему к ней пограничному слою нефтепродукта, благодаря чему ускоряется процесс слива, так как при этом не требуется разогревать всю массу нефтепродукта. Инфракрасные подогреватели можно навешивать или накладывать на поверхность цистерны. Излучатели могут быть электрическими (ламповые, трубчатые) или газовые.

Экономическая эффективность любого подогрева в значительной степени зависит от типа подогревающих устройств и принципа их действия, который можно разделить на три большие группы, в зависимости от того, какой из способов конвективного теплообмена является преобладающим: 1) подогрев при естественной конвекции; 2) подогрев при вынужденной конвекции и 3) подогрев при использовании одновременно естественной и вынужденной конвекции-

Основные недостатки первого способа в большой неравномерности прогрева и продолжительности самого процесса. Однако простота

и дешевизна являются причиной достаточно большого распространения этого способа.

Способ с вынужденной конвекцией (механическое перемешивание) применяют реже вследствие повышенного расхода энергии при отсутствии правильно организованных потоков жидкости.

Наиболее эффективным является последний способ, примером которого может быть циркуляционный подогрев при сливе из железнодорожных цистерн с помощью установки УРС-2 и совмещенных насосов-пароподогревателей. Высокой эффективностью также отличается подогрев вязких жидкостей в цистернах с паровой рубашкой за счет особенностей этого типа подогревателей подплавлять сливаемый нефтепродукт.

где

Количество тепла, идущее на подогрев всей массы мазута

9i = Gc(iK — fH) = 4430-103.0,5 (60 — 25) = 77,5-10б ккал (или 330-106 кДж). Количество тепла, расходуемое на расплавление парафина

д2 = Gx = 4430 • 103 - 0,06 -55 = 14,6 • 10« ккал (или 61-106 кДж).

Полный приведенный коэффициент теплопередачи от мазута в окружающую среду

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

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. Например, при одинаковых условиях потери от испарения бензина в десятки раз больше потерь от испарения керосина. Потери зависят не только от качества нефтепродуктов, но и от способа их хранения. Так, потери из открытых резервуаров во много раз больше потерь из герметизированных. То же относится и к наземным резервуарам, в которых потери при хранении больше, чем в заглубленных резервуарах или в подземных хранилищах, отличающихся более благоприятными температурными условиями. В наземных резервуарах, окрашенных в светлые лучеотражающие тона, потери меньше, чем в неокрашенных резервуарах или окрашенных в темные цвета.

Чем больше объем резервуара, тем меньше удельные потери, относящиеся к единице объема резервуара.

Процесс испарения в резервуарах, железнодорожных цистернах и автоцистернах имеет одинаковый характер, однако в транспортных емкостях потери всегда больше за счет более частого их сообщения с атмосферой при открывании люков в процессе слива и налива

Испарением называется процесс превращения жидкости в пар, происходящий со свободной поверхности жидкости.

Потери от испарения происходят главным образом при хранении в резервуарах нефти и легкоиспаряющихся нефтепродуктов, представляющих собой сложные смеси весьма большого числа индивидуальных углеводородных компонентов.

Впроцессе испарения вначале испаряются наиболее легкие фракции, в результате чего жидкая фаза постепенно утяжеляется.

Внормальных условиях резервуар представляет собой герметизированный, закрытый сосуд и процессы испарения в нем подчиняются законам испарения в закрытой емкости.

Если в закрытом сосуде над поверхностью жидкости имеется свободное пространство, то оно постепенно насыщается парами этой жидкости. Физически происходит так называемый процесс массового обмена между жидкой и паровой фазой, т. е. переход вещества из одной фазы в другую. При переходе вещества из жидкой в паровую фазу происходит испарение и, наоборот, при переходе из паровой фазы в жидкую происходит конденсация. Переход вещества в обеих фазах происходит путем молекулярной и конвективной диффузий (проникновение). При молекулярной диффузии происходит проникновение молекул из жидкости в пар (испарение) или из пара в жидкость (конденсация). При конвективной диффузии происходит перенос движущихся частиц вещества за счет тепловых воздействий. В пределах каждой фазы, где происходит интенсивное перемешивание, перенос вещества осуществляется главным образом за счет конвективной диффузии.

176

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

При хранении легкоиспаряющихся жидкостей в резервуарах различают два основных вида потерь — это потери от так называемых «малых дыханий» и «больших дыханий». Кроме того, имеются потери от «обратного выдоха», и от вентиляции газового пространства резервуаров.

П о т е р я м и от « м а л ы х д ы х а н и й » называют потери при неподвижном хранении, возникающие в результате суточных изменений температуры. В дневное время в результате нагрева резервуара и верхнего слоя нефтепродукта увеличивается количество паров и давление в герметичном резервуаре. Когда давление в резервуаре превысит расчетное давление дыхательных клапанов, происходит выпуск через них избытка паров в атмосферу.

В ночное, более холодное, время происходит обратный процесс: с понижением температуры наружного воздуха, а соответственна и резервуара происходит частичная конденсация паров, в результате чего давление в газовом пространстве падает, образуется вакуум и при вакууме ниже расчетного входит наружный воздух. Потери от «малых дыханий» еще называют потерями от термического расши-

Потери от «малых дыханий» при ориентировочных расчетах с 1 м3 газового пространства «атмосферных» резервуаров при изменении температуры газа на 1° С принимают равными

а при изменении барометрического давления на 1 Па

Потери от «малых дыханий» в результате колебаний атмосферного давления в связи с малыми значениями обычно в практических расчетах не учитываются. При ориентировочных расчетах потерь от «малых дыханий» также пользуются эмпирической формулой

в резервуар нефти или нефтепродукта паровоздушная смесь сжимается до давления, соответствующего давлению дыхательных клапанов, затем при повышении этого давления вытесняется наружу — происходит «выдох». Эти потери называют также потерями от вытеснения паров наливаемой жидкостью.

Потери от «больших дыханий» за одно дыхание из «атмосферных» резервуаров определяют:

1) из резервуаров, в которых давление в газовом пространстве резервуара в начале и в конце закачки принято равным атмосферному (р1 «* р2 *&р),

(8.4)

2) из резервуаров, рассчитанных на избыточное давление,

(8.5)

где V6 — объем закачанного в резервуар нефтепродукта; С — средняя объемная концентрация паров нефтепродукта в смеси;

объем газового пространства; рх и р2 — начальное и конечное давления газового пространства резервуаров.

При ориентировочных расчетах потерь от «больших дыханий» пользуются эмпирической формулой

(8.6)