РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО СНИЖЕНИЮ ИСПАРЕНИЙ ОТ «МАЛЫХ» ДЫХАНИЙ НЕФТЯНОГО РЕЗЕРВУАРА

DEVELOPMENT OF RECOMMENDATIONS TO REDUCE EVAPORATION FROM "SMALL" BREATHING OF AN OIL RESERVOIR

Ksenia Fomicheva

Graduate student, department of industrial safety, St. Petersburg Mining University,

Russia, St. Petersburg

Karina Samoletova

 Graduate student, department of industrial safety, St. Petersburg Mining University,

Russia, St. Petersburg

Anastasia Sannikova

Graduate student, department of industrial safety, St. Petersburg Mining University,

Russia, St. Petersburg

АННОТАЦИЯ

Целью работы является разработка рекомендаций по снижению испарений от «малых» дыханий резервуара. Для реализации цели был произведен анализ современного состояния обеспечения безопасности на предприятиях нефтеперерабатывающей промышленности, проанализированы схемы распределения нефтепродуктов транспортными средствами, из чего следует, что один из самых опасных ее элементов – это нефтебаза с резервуарным парком. В качестве объекта исследования был выбран резервуар вертикальный стальной объемом 2000 м³. Рассмотрено явление «малых» дыханий резервуара, с расчетом испарений от них. Основным результатом работы является разработка методов борьбы с испарениями. Внедрение предложенного подхода поможет во много раз сократить потери от описанных испарений и, тем самым, предотвратить возможные аварии, связанные с пожарами, а также экологические катастрофы.

ABSTRACT

The aim of the work is to develop recommendations to reduce evaporation from "small" tank breathing. To realize the goal an analysis of the current state of safety assurance at the enterprises of the oil refining industry was made, the schemes of distribution of petroleum products by vehicles were analyzed, from which it follows that one of its most dangerous elements is the tank farm with a tank farm. As the object of the study was selected vertical steel tank volume of 2000 m³. The phenomenon of "small" breathing tank, with the calculation of evaporation from them. The main result of the work is the development of methods to combat evaporation. The implementation of the proposed approach will help many times reduce losses from the described evaporation and thereby prevent possible accidents associated with fires, as well as environmental disasters.

Ключевые слова. Резервуарный парк, нефтебаза, «малые» и «большие» дыхания, нефть.

Keywords. Tank farm, oil depot, "small" and "big" breathing, oil.

Нефтяная отрасль промышленности является одной из ключевых в экономике Российской Федерации. Предприятия нефтяной промышленности относятся к предприятиям повышенной опасности, они оказывают неблагоприятное влияние на работников, а также на окружающую среду. В связи с увеличивающимся объемами добычи нефти, появляется огромная потребность в том, чтобы свести к минимуму риск профессиональных заболеваний, производственного травматизма, несчастных случаев на производствах данной сферы, то есть максимально обезопасить работников, занятых на предприятиях нефтепереработки, промышленной нефтедобычи, транспортировки и хранения углеводородного сырья. Также немало важно то, что добыча нефти, хранение продуктов нефтепереработки и транспортировка при несоблюдении правовых норм природоохранного законодательства отрицательно влияет на окружающую среду, приводит к нарушению функционирования экосистемы и отдельных ее элементов [5].

Типовая схема распределения нефтепродукта транспортными средствами от нефтеперерабатывающего завода до потребителя включает в себя следующие элементы: нефтеперерабатывающий завод (как было указано выше), железнодорожная цистерна, нефтебаза с резервуарным парком, автоцистерна, автомобильная заправочная станция, автомобиль. Немаловажной частью этой схемы являются объекты хранения нефти и нефтепродуктов, а именно: базы хранения готовой продукции, включающие в себя резервуарные парки. На данный момент существует множество видов и классификаций резервуаров, одним из самых распространенных является резервуар вертикальный стальной [1]. Комплектация резервуара может изменяться в зависимости от географического расположения нефтебазы, от климатических условий района, а также от физических и химических свойств нефти, ведь на разных этапах переработки они могут отличаться [4].

Одну из самых серьезных опасностей на территории резервуарного парка представляют выбросы паров нефтепродукта из дыхательного клапана резервуара, эти выбросы делятся на «малые» и «большие» дыхания. «Малые» дыхания обусловлены суточным колебанием температуры, большего всего этому явлению подвержены наземные резервуары [3].

Вследствие испарения легких фракций углеводородов из нефтепродуктов могут ухудшаться их физико-химические свойства, а также товарные качества, это может повлечь за собой такие проблемы как: увеличенный расход топлива, проблемы с запуском и сроком эксплуатации оборудования, снижение надежности работы двигателей. В результате потерь легких углеводородов из нефти и нефтепродуктов происходит загрязнение окружающей среды, а также повышается риск возникновения пожаров на предприятиях [2].

Потери от «малых» дыханий резервуара можно посчитать по нижеследующей методике:

Объем выброса паров при «малом» дыхании резервуара пропорционален объему газового пространства резервуара:

где V_г – объем газового пространства резервуара, м³; V_г = 1000 м³;

К – коэффициент, зависящий от разности температур в резервуаре в течение суток:

где Т_{г max} – максимальная температура газового пространства резервуара, К; Т_{г max} = 303,15 К;

T_{г min} – минимальная температура газового пространства, К; T_{г min} = 290,15 К.

Объем выбрасываемой паровоздушной смеси при малом дыхании резервуара рассчитывается по формуле:

Масса выбрасываемой паровоздушной смеси при «малом дыхании» резервуара (G_мд, кг/сут) рассчитывается по формуле:

где r_пвс – плотность паровоздушной смеси, кг/м³

=160

Также возможно рассчитать массу выбрасываемой паровоздушной смеси за месяц:

Проведя анализ методов сокращения выбросов паров нефтепродуктов от «малых» дыханий резервуара, был выбран метод окрашивания поверхности резервуара, данный метод является одним из самых популярных и доступных на рынке, он не требует больших затрат и доступен в любых климатических условиях. Благодаря данному методу снижается нагревание резервуаров солнечными лучами, окрашивание резервуаров светлыми тонами обладает высокой степенью теплового отражения.

Исследования, проведенные по определению отражающей способности (табл.1), показали, что белая краска, полученная при помощи соединения двуокиси титана и растворителя, наилучшем образом влияет на внешнее состояние резервуара и на нефть и нефтепродукты, хранящиеся внутри него, сокращая уровень выбросов. Резервуар, окрашенный в данный цвет, не нуждается в повторной процедуре на протяжении четырех лет, это в два раза больше, по сравнению с остальными видами окраски.

Таблица 1.

Зависимость отражающей способности от выбора цвета окраски

Также для сокращения уровня испарений нефти и нефтепродуктов предлагается использовать метод уменьшения поверхности испарения с помощью микрополых шариков и защитных эмульсий. Исследования подтверждают, что благодаря использованию микрошариков потери от испарения сокращаются для бензина в 2 раза, а для нефти в 19 раз. Микрополые шарики внутри заполонены азотом, изготовляются, как правило, из фенольных и карбомидных смол, размер может варьироваться от 5 до 130 мкм.

В исследовании рассматривается резервуар вертикальный стальной, со стационарной крышей, объем которого составляет 2000 м³, для такого объекта потребуется 627 кг микрошариков (табл. 2), что позволит сократить испарения.

Таблица 2.

Потребность в микрошариках для защиты нефтепродукта в резервуаре

Еще одним способом сокращения потерь при «малых» дыханиях служит хранение нефти и нефтепродукта в резервуарах с плавающей крышей или с плавающим понтоном, данная конструкция позволяет сократить потери до 98–99%. Однако применение этих конструкций ограничено по причине климатических условий в нашей стране, обусловленное количеством осадков, выпадающих в том или ином регионе.

Итак, в исследовании был произведен расчет потерь от «малых» дыханий резервуара, на основании которого были представлены рекомендации по сокращению выбросов. Далее был выбор цвета окраски поверхности резервуара, а также предложены дополнительные меры в виде применения микрошариков как инструментов для уменьшения поверхности испарения.

Внедрение методов, описанных в исследовании, позволяет во много раз сократить потери от «малых» дыханий резервуара, тем самым предотвращая возможные аварии, связанные с пожарами и экологическими катастрофами.

Список литературы:

1. ГОСТ Р 152910–2008. Государственный стандарт. Резервуары вертикальные цилиндрические стальные для нефти и нефтепродуктов.
2. ГОСТ 1510-84. Нефть и нефтепродукты. Маркировка, упаковка, транспортирование и хранение.
3. Коршак А. А. Основы транспорта, хранения и переработки нефти и газа. СПб.: Феникс, 2015. 365 с.
4. РД 153-39.4-078-01. Правила технической эксплуатации резервуаров
5. Юрьев В. И. Оценка пожарной опасности «дыханий» резервуаров вертикальных стальных с бензином // URL: http://agps-2006.narod.ru/ttb/2016-3/ 12-03-16.ttb.pdf (дата обращения: 20.03.2021).