Экспериментальное исследование эффективности защитных покрытий из гранулированного пеностекла в резервуарах для нефтепродуктов малой емкости тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.19, кандидат наук Левин Семен Наумович

• Левин Семен Наумович
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Левин Семен Наумович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ БОРЬБЫ С ПОТЕРЯМИ ОТ ИСПАРЕНИЙ ПРИ ХРАНЕНИИ НЕФТЕПРОДУКТОВ

1.1. Оценка потенциальных рисков потерь нефтепродуктов при хранении

1.2 Анализ путей снижения потерь нефтепродуктов при хранении

1.3 Концепция применения гранулированного материала с закрытой пористой структурой для сокращения потерь нефтепродуктов при их хранении в резервуаре

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ ЗЕРКАЛА ИСПАРЕНИЯ ИЗ ГРАНУЛИРОВАННОГО ПЕНОСТЕКЛА

2.1 Методика оценки потенциала снижения потерь от испарения в резервуарах защитных покрытий зеркала испарения из гранулированного пеностекла

2.2 Экспериментальное исследование испаряемости нефтепродуктов в герметичных резервуарах с защитными покрытиями зеркала испарения из гранулированного пеностекла

2.3 Экспериментальное исследование испаряемости нефтепродуктов в резервуарах, работающих при атмосферных условиях с защитными покрытиями зеркала испарения из гранулированного пеностекла

2.4 Экспериментальное исследование влияния температурного фактора на испаряемость нефтепродуктов в резервуарах, с защитными покрытиями зеркала испарения из гранулированного пеностекла

2.5 Экспериментальное исследование влияния временного фактора на испаряемость нефтепродуктов в резервуарах, с защитными покрытиями зеркала испарения из гранулированного пеностекла

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ И ГПС В РЕЗЕРВУАРАХ

3.1 Экспериментальное исследование адсорбционной свойств ГПС по отношению к воде и нефтепродуктам и оценка плавучести ГПС

3.2 Экспериментальное исследование влияния нефтепродуктов в резервуарах на обволакиваемость ГПС

3.3 Экспериментальное исследование влияния ГПС на накопление статического электричества в резервуарах

3.4 Экспериментальное исследование влияния межслойной испаряемости нефтепродуктов в резервуарах, с защитными покрытиями зеркала испарения из

гранулированного пеностекла

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ЭКСПЛУАТАЦИИ РЕЗЕРВУАРОВ С ЗАЩИТНЫМИ ПОКРЫТИЯМИ ИЗ ГРАНУЛИРОВАННОГО ПЕНОСТЕКЛА

4.1 Разработка технологической схемы создания защитного покрытия из гранулированного пеностекла для резервуаров

4.2 Анализ возможности использования существующей индустриальной технологии получения гранулированного пеностекла

4.3 Рекомендации по методам утилизации отработанного гранулированного материала

ГЛАВА 5. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ И КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННОГО ПЕНОСТЕКЛА ДЛЯ СОКРАЩЕНИЯ ПОТЕРЬ НЕФТЕПРОДУКТОВ ОТ ИСПАРЕНИЯ

Заключение

Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Основная доля потерь нефтепродуктов при транспортных и складских операциях (от 60 до 80% по различным оценкам экспертов) приходится на период хранения в резервуарах. Крупные перевалочные нефтебазы и терминалы, как правило, эксплуатируют резервуары большой емкости, которые оснащены системами снижения потерь от испарения. В то же время основной объем внутреннего потребления проходит через резервуары

3

малой емкости, которые до объема в 700м не имеют защиты, а от 1000 м до 5000 м3 не всегда имеют средства защиты от испарения. Данный вид потерь (потери в год не превышают 1% от объема хранимого продукта) распределяются по значительному количеству резервуаров малого объема (в системе снабжения нефтепродуктами Российской Федерации действует порядка 1200 нефтебаз, а общее количество резервуаров составляет около 40 тысяч штук).

В современной литературе имеются не всегда верные представления, что при сокращении потерь нефтепродуктов с применением технических средств всегда имеется стопроцентная эффективность.

Существующие способы сокращения потерь слишком затратные для малых резервуаров и потенциальная экономия при снижении потерь продукта не способна окупить установку и эксплуатацию существующих систем защиты от потерь от испарения. Ввиду этого для резервуаров малой емкости целесообразно рассмотреть варианты более дешевых решений по защите от испарения со стоимостью их реализации сопоставимой с масштабом потенциальных потерь. В работе на основании анализа систематизации и обобщения отечественных и зарубежных публикаций за последние годы рассмотрены вопросы теоретического обоснования и практической реализации способа снижения площади открытого зеркала продукта в резервуаре, основанного на применении покрытий из гранулированного пеностекла, как перспективной технологии снижения потенциальных рисков потерь нефтепродуктов при их хранении.

Степень разработанности темы исследования. В работе были использованы

идеи российских и зарубежных авторов по проблеме снижения потенциальных потерь нефтепродуктов при их хранении в резервуарах.

Несмотря на большое количество работ, проблема снижения потенциальных потерь нефтепродуктов при их хранении для резервуаров малой емкости не решена. Отсутствие малозатратных технических решений по сокращению площади открытого зеркала продукта в резервуаре является причиной существования нормативно допустимых количественных и качественных потерь нефтепродуктов.

Целью диссертационной работы является теоретическое и экспериментальное обоснование возможности применения перспективной технологии снижения потенциальных потерь нефтепродуктов при их хранении и практической реализации способа снижения площади открытого зеркала продукта в резервуаре, основанного на применении покрытий из гранулированного пеностекла.

Для достижения указанной цели решены следующие задачи:

• провести оценку актуальности снижения потенциальных потерь нефтепродуктов при их хранении;

• разработать процедуры и провести экспериментальные исследования технологических свойств защитных покрытий зеркала испарения из гранулированного пеностекла;

• разработать процедуры и провести экспериментальные исследования взаимодействия защитных покрытий зеркала испарения из гранулированного пеностекла с нефтепродуктами;

• обосновать технологические параметры и характеристики защитных потенциалов покрытий из гранулированного пеностекла применительно к

-5

параметрическому ряду резервуарных конструкций объемом до 5000 м

На защиту выносятся следующие основные положения диссертационной работы:

- результаты исследования технологических свойств защитных покрытий зеркала испарения из гранулированного пеностекла;

- результаты экспериментальных исследований взаимодействия защитных покрытий зеркала испарения из гранулированного пеностекла с нефтепродуктами;

- концепция применения гранулированного материала с закрытой пористой структурой для сокращения потерь нефтепродуктов при их хранении в резервуаре.

Научную новизну работы составляет следующее:

- теоретическое обоснование потенциала снижения потерь от испарения в резервуарах при использовании защитных покрытий зеркала испарения из гранулированного пеностекла;

- алгоритмы экспериментальных исследований взаимодействия защитных покрытий зеркала испарения из гранулированного пеностекла с нефтепродуктами;

- расчетно-экспериментальное обоснование метода определения параметров защитных покрытий зеркала испарения из гранулированного пеностекла.

Обоснование и достоверность научных положений обеспечивается анализом опыта решения проблемы испарения нефтепродуктов в российской и зарубежной печати, современным экспериментальным оборудованием и минимальными погрешностями расчётных и экспериментальных данных. Исследования проводились с использованием измерительных приборов последнего поколения импортного и российского производства. Достоверность научных положений подтверждена хорошей корреляцией научных исследований автора и отечественных ученых в области транспорта нефтепродуктов. Результаты экспериментальных исследований апробированы на реально действующих резервуарах.

Теоретическая и практическая значимость работы

Разработана технология сокращения потерь от испарения нефтепродуктов при их хранении в резервуарах малой емкости товарно-сырьевых парков нефтеперерабатывающих заводов, нефтебаз, а также складов горючего

потребителей.

Проведенные исследования позволили разработать рекомендации по методологии использования ГПС.

Методология и методы исследования

В качестве методологической основы диссертационного исследования принято экспериментальное моделирование функциональных характеристик технологических процессов и режимов работы резервуаров и оценка эффективности предлагаемого технического решения путем прямого измерения параметров испарения нефтепродуктов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Экспериментальное исследование эффективности защитных покрытий из гранулированного пеностекла в резервуарах для нефтепродуктов малой емкости»

Апробация работы

Результаты диссертационной работы были доложены, обсуждены и одобрены на заседании президиума областного Совета ВОИР г. Магадан, 1988 г., 24 научно-технической конференции ВЗПИ, г. Москва, 1981 г., IX Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина г. Москва. 2017 г., V Международном форуме «АВИАТОПЛИВО 2017: Авиатопливообеспечение, новые технологии, безопасность», VII Конференции «АВИАТОПЛИВООБЕСПЕЧЕНИЕ 2019» ГосНИИ ГА, г. Москва. 2019, научно-техническом семинаре факультета проектирования, сооружения и эксплуатации систем трубопроводного транспорта ФГАОУ ВО РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина».

Публикации: по теме диссертации опубликовано девять печатных работ, в том числе пять в ведущих рецензируемых научных изданиях, входящих в перечень ВАК Минобрнауки РФ, в том числе одно авторское свидетельство и четыре работы в иных рецензируемых изданиях.

Личный вклад автора. Автором разработана новая технология снижения потерь от испарения в резервуарах при использовании защитных покрытий зеркала испарения из гранулированного пеностекла и дано расчетно-экспериментальное обоснование метода определения параметров защитных покрытий зеркала испарения из гранулированного пеностекла.

Работа соответствует следующим пунктам паспорта специальности 25.00.19:

1. Напряженное состояние и взаимодействие с окружающей средой трубопроводов, резервуаров и оборудования при различных условиях эксплуатации с целью разработки научных основ и методов прочностного, гидравлического и теплового расчетов нефтегазопроводов и газонефтехранилищ.

2. Разработка и оптимизация методов проектирования, сооружения и эксплуатации сухопутных и морских нефтегазопроводов, нефтебаз и газонефтехранилищ с целью усовершенствования технологических процессов с учетом требований промышленной экологии.

5. Разработка научных основ и усовершенствование технологии хранения нефти, газа и нефтепродуктов и методов сооружения подземных и наземных газонефтехранилищ.

Текст диссертации состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы из 55 наименований. Содержание работы изложено на 91 странице машинописного текста, включает в себя 35 рисунков, 18 таблиц.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ БОРЬБЫ С ПОТЕРЯМИ ОТ ИСПАРЕНИЙ ПРИ ХРАНЕНИИ НЕФТЕПРОДУКТОВ

1.1. Оценка потенциальных рисков потерь нефтепродуктов при хранении

Повышение безопасности и эффективности функционирования нефтегазовой промышленности в Российской Федерации является основополагающей задачей всех участников технологического цикла добычи, транспортировки, переработки и реализации углеводородной продукции. На каждом из этапов предусматриваются те или иные мероприятия для достижения данных целей. В тоже время могут складываться объективные условия, при которых определенный уровень экономических потерь и потенциальный уровень опасности признается допустимым, а иногда и прямо нормируется. Примером реализации такого подхода является нормирование потерь нефтепродуктов при их хранении. С точки зрения экономической эффективности потери это прямой ущерб, а с точки зрения безопасности это потенциальный источник поражающего воздействия, но в практической деятельности организаций определенный уровень потерь считается приемлемым, а в рамках государственного регулирования существуют нормативные документы, устанавливающие приемлемые нормы таких потерь.

Россия является одним из лидеров по добыче нефти в мире, находясь в первой тройке добывающих стран вместе с Саудовской Аравией и США. Темпы роста добычи нефти в России за последние 10 лет представлены на Рисунке 1.

¡1

2009 2010

Рисунок 1 - Добыча нефти (включая газовый конденсат) в России по годам, млн.

тонн [1]

Значительная часть (порядка 53%) нефти идет на переработку внутри страны, данные об экспорт нефти и нефтепереработке представлены на Рисунке 2.

">кгпорт ям Персработк.1 Доля переработки в добыче

Рисунок 2 - Доля (в процентах) переработки нефти в добыче России, млн. тонн

[2]

Нефтепереработка является одной из ключевых отраслей нефтегазовой промышленности России, за последние десять лет благодаря стабильному финансированию удалось добиться существенного роста как глубины переработки нефтяного сырья (в 2018 году - 82,7 %), но, однако, это значение все ещё отстает от мирового уровня (89-99%). По итогам 2018 года объем производства автомобильного бензина в России составил 39,42 млн т, дизельного топлива — 78,23 млн т, мазута топочного — 47,98 млн. тонн [3].

Нефтепродукты частично идут на экспорт, частично потребляются на территории Российской Федерации. В 2018 году экспортировано 150,3 млн тонн нефтепродуктов (рост на 1,3% по сравнению с 2017 г.), из которых на страны дальнего зарубежья и СНГ приходится 92,7% и 7,3% соответственно. Россия сократила в 2018 году экспорт бензина на 3% по сравнению с показателем предшествующего года — до 4,21 млн тонн [4]. Экспорт дизельного топлива увеличился на 7,6% и составил 54,798 млн тонн. Экспорт мазута снизился с 40 до 38 млн. тонн. Объем импорта нефтепродуктов по-прежнему незначителен [4].

Оценивая перспективную тенденцию развития данной отрасли Правительство России в своем прогнозе на 2024 (2022) год по сравнению с 2018 годом ожидает [5]:

• увеличение производства автомобильного бензина до 46,2 млн тонн (45,1 млн тонн в 2022 году);

• увеличение производства дизельного топлива до 85,3 млн тонн (85,3 млн тонн в 2022 году);

• увеличение выработки топлива для реактивных двигателей до 16,8 млн тонн (16,8 млн тонн в 2022 году);

• снижение производства топочного мазута до 34,0 млн тонн (36,8 млн тонн в 2022 году).

Прогноз прямо указывает на рост потребления всех нефтепродуктов в России, что ставит перед отраслью задачу поиска эффективных, надежных и безопасных инструментов транспортировки и хранения данной продукции. Для хранения нефти и нефтепродуктов в отечественной практике широко

применяются различные резервуары: металлические, железобетонные, из синтетических материалов и даже льдогрунтовые

В практике транспорта и хранения нефтепродуктов принято различать количественные, качественно-количественные и качественные виды потерь.

Для оценки потенциальных потерь светлых нефтепродуктов в процессе внутреннего потребления России попробуем оценить значения нормированных потерь по методике и примерам, приведенным в методических рекомендациях Минэнерго России [7].

Если рассматривать потери с площади поверхности, то наибольший процент достигается для бензинов, дизельных топлив, авиационного керосина, в тоже время потери мазута и других темных нефтепродуктов незначительны и ими можно пренебречь. Поскольку авиационный керосин имеет специальные условия хранения и транспортировки, в данной статье этот продукт не рассматривается. Таким образом, на территории России в 2018 году было потреблено порядка 35,2 млн. тонн бензина (разница между производством и экспортом, импорт не учитывается ввиду незначительного объема), а дизельного топлива - 23,4 млн. тонн.

Внутреннее потребление рассматривается в качестве основного источника потерь, поскольку экспортные потоки как правило проходят через крупные перевалочные нефтебазы и терминалы, резервуары хранения которых оснащены системами снижения потерь от испарения. В то время как основной объем внутреннего потребления проходит через резервуары малой емкости, которые до объема в 700 кубов не имеют, а от 1000 до 5000 не всегда имеют средства защиты от испарения.

На сегодняшний день проблема борьбы с потерями при испарении нефтепродуктов с открытого зеркала при хранении стоит довольно остро для системы распределения и потребления нефтепродуктов в Российской Федерации. Развитие современной нефтехимической промышленности, повышение внутреннего спроса на нефтепродукты высокого качества приводят к тому, что потери от испарения могут составлять сотни миллионов рублей в год. Указанная

-5

проблема осложняется тем, что потери на одном резервуаре объемом до 5000 м чаще всего имеют незначительные абсолютные значения, и собственник нефтебазы не заинтересован в том, чтобы реализовывать экономически не окупаемые методы борьбы с потерями.

Поскольку конкретные нормы потерь нефтепродуктов зависят от трех значимых факторов: категория нефтепродукта, климатический пояс размещения резервуара и применение средств защиты от испарения, проведем оценку потерь варьируя данные критерии. Результаты анализа приведены в Таблице 1.

Таблица 1 - Нормативы естественной убыли нефтепродуктов в России

Продукт Критерий оценки Норма потерь для 3 климатического пояса Норма потерь для 2 климатического пояса Норма потерь для 1 климатического пояса

Бензины Оценка снизу* 0,229 0,189 0,112

Оценка сверху!* 0,582 0,506 0,425

Дизельное топливо Средняя оценка{ 0,037 0,031 0,026

Федерации, можно оценить долю потребления, приходящуюся на каждый климатический пояс, результаты расчета приведены в Таблице 2. Распределение субъектов.

России по климатическим поясам взято по [7] оценка населения в каждом из субъектов принята на 1 января 2019 года по официальным данным Росстата.

* Оценка снизу представляет собой среднее арифметическое между нормой убыли нефтепродукта в резервуаре объемом 5 тыс. м3 в весенне-летний и осенне- зимнийпериод;

|Оценка сверху представляет собой среднее арифметическое между нормой убыли нефтепродуктов в резервуаре до 100 м3 в весенне-летний и осенне-зимний период.

{Средняя оценка представляет собой среднее арифметическое между нормами убыли в разных поясах климатической зоны.

Для оценки общих потерь от испарения нефтепродуктов необходимо оценить долю потребления нефтепродукта в каждой из климатических зон, это возможно если принять, что объем потребления бензина пропорционален населению федеральных округов, попадающих в данные климатические зоны. Считая уровень потребления нефтепродуктов постоянным для населения Российской

Таблица 2 - Потребление нефтепродуктов в России по климатическим поясам

Климатический Доля от населения Потребление нефтепродуктов, млн. тонн

пояс РФ, % Бензин Дизельное топливо

1 - холодный макроклиматический район 4,7 1,65 1,10

2 - холодный умеренный макроклиматический район 77,4 27,25 18,11

3 - теплый умеренный макроклиматический район 17,9 6,30 4,19

Важнейшим фактором, определяющим потенциальный ущерб от потерь при хранении, является определение среднего значения периода хранения нефтепродуктов при потреблении данной продукции населением Российской Федерации.

Проведя анализ открытых источников, было обнаружено, что такой срок значительно различается для регионов России. Например, в ОАО «Саханефтегазсбыт» (Якутия) средний срок хранения нефтепродуктов на нефтебазах лежит в диапазоне от 152 до 220 дней, достигая 365 дней для страхового запаса [8]. В тоже время, для регионов без значимого сезонного фактора снабжения эта величина лежит в диапазоне от 5 до 7 дней, например для нефтебаз Амурской области в 2008 году этот срок равнялся 5,7 дней [9].

Для дальнейшего анализа принимаем средний срок хранения нефтепродуктов равным 7 дням, в этом случае потенциальный ущерб от испарения нефтепродуктов за год для внутреннего потребления России представлен в Таблице 3.

Таблица 3 - Потери нефтепродуктов в системе нефтепродуктоснабжения России

Продукт Критерий оценки Потери для 3 климатического пояса, тонн Потери для 2 климатического пояса, тонн Потери для 1 климатич еского Всего, тонн Итого* , млн. рублей

Оценка снизу 336,63 1201,73 43,12 1581,4 8 68,22

Бензины

Оценка сверху 855,54 3217,32 163,63 4236,4 9 182,75

Дизельное топливо Средняя оценка 36,17 131,00 6,67 173,84 7,92

Результаты анализа показывают, что годовые потери нефтепродуктов от испарения в резервуарах малого объема для Российской Федерации имеют значительный размер и могут достигать 4,5 тысяч тонн. Общий ущерб от потерь испарения нефтепродуктов в системе внутреннего потребления России достигает 190 млн. рублей. Необходимо отметить, что данная оценка является приближением с низу, поскольку в расчетах не учитываются потери при транспортных операциях, а также потери в резервуарах, не предназначенных для длительного хранения и перевалки продукта, в которые продукт попадает при чрезвычайных ситуациях. Например, резервуары сброса нефтепродуктов, дренажные резервуары, которые никогда не оборудуются системами снижения потерь.

Данный вид потерь распределяются по значительному количеству резервуаров малого объема (в системе снабжения нефтепродуктами Российской Федерации действует порядка 1200 нефтебаз [10], а общее количество резервуаров порядка 40 тысяч) для которых потери в год не превышают в

-5

наихудшем случае малого резервуара объемом до 100 м , согласно методике [7], одной тонны продукта в год, т.е. максимальные потери при наихудших условиях не превышают 1% от объема хранимого продукта. Сопоставимые цифры потерь характерны и для других стран, например в работе [11] приведены данные по

потерям бензинов в Судане, где показано, что фактические потери на резервуарах без защитных устройств превышают нормируемые почти в два раза.

Указанная ситуация приводит к тому, что перечисленные выше способы борьбы с потерями слишком затратные для малых резервуаров. Потенциальная экономия при снижении потерь продукта (стоимость одной тонны нефтепродукта на бирже лежит в диапазоне от 42 до 55 тысяч рублей в зависимости от вида нефтепродукта) не способна окупить установку и эксплуатацию существующих систем защиты от потерь от испарения. Ввиду этого сложилась практика, когда резервуары малой емкости фактически никак не защищаются от потерь испарения.

Таблица 4 Консалт») [37].

Рисунок 3 - Нефтебазы России Количество нефтебаз и РВС (По информации «ИнфоТЭК-

Количество нефтебаз России, всего Количество РВС, всего Количество нефтебаз в России с РВС от 1000 до 5000 м3, всего Количество нефтебаз с РВС до 1000 м3

1200 40000 822 36

1.2 Анализ путей снижения потерь нефтепродуктов при хранении

Резервуары являются неотъемлемыми элементами нефтепромысловых систем сбора и подготовки нефти, систем магистрального транспорта нефтепродуктов, нефтезаводских, перевалочных и распределительных нефтебаз, баз хранения нефтепродуктов промышленных предприятий.

По технологическим нормам США (1) выбор средств сокращения потерь жидких углеводородов производится в зависимости от упругости их паров по Рейду: при PR<100000 Па используют резервуары обычной конструкции с дыхательными клапанами, при PR = 100000 - 760000 Па - резервуары с плавающей крышей, при PR>760000 Па - системы улавливания легких фракций.

Потери сырой нефти в резервуарах с фиксированной крышей составляют около 0,5 кг на тонну сырой нефти по оценкам Агентства по охране окружающей среды США - US EPA. Количество испаренных потерь на тонну хранимой жидкости для различных типов резервуаров: резервуар с фиксированной конической крышей, резервуар с фиксированной куполообразной крышей, резервуар с внешней плавающей крышей, резервуар с внутренней плавающей крышей и резервуар с куполообразной внешней плавающей крышей существенно различаются. Потери сырой нефти составляют для плавающей крыши 0,001 кг / т. Мазут (дизельное топливо и топочный мазут) имеет наименьшие потери на испарение, которые составляют порядка 10-3 кг / т. Жидкости с более высоким давлением паров по Рейду имеют очень высокие потери на испарение для резервуаров с фиксированной крышей, до 2,07 кг / тонну. В случае резервуара с внешней плавающей крышей потери составляют 0,32 кг / тонну. Наименьшие потери у резервуара с внутренней плавающей крышей и резервуара с куполообразной внешней плавающей крышей: 0,072 и 0,044 соответственно. Эти потери важны для балансового учета массы нефтепродуктов, хранимых на промышленных предприятиях, а также с точки зрения защиты окружающей среды.

Такой подход является упрощенным, т. к. не учитывает стоимости применяемых технологий. В работе дан детальный анализ эффективности

различных существующих технологий и средств сокращения потерь углеводородов от испарения (Таблица 5) [10].

Для сокращения потерь от испарения при транспортировке и хранении применяют следующие методы:

Сокращение объема газового пространства резервуара. Сокращение газового пространства резервуаров дает наибольший эффект в борьбе с потерями нефтепродуктов от испарения. Наиболее эффективное средство уменьшения газового пространства резервуара с нефтепродуктами — применение плавающих крыш и понтонов. (Рисунок 4).

Рисунок 4 - Резервуар с металлическим понтоном

Рисунок 5 - Дыхательный клапан резервуара с металлическим понтоном

Рисунок 6 - Уплотняющий затвор для резервуаров со стальными понтонами

Из анализа механизма качественно-количественных потерь следует, что чем меньше объем газового пространства, тем меньше потери, в резервуаре без газового пространства теоретически потери от испарения должны отсутствовать

полностью. Этот принцип конструктивно используется в резервуарах с плавающими крышами или понтонами, что позволяет сократить потери от «больших дыханий» и «обратного выдоха» на 70-75%, при коэффициенте годовой оборачиваемости до 60 раз в год и на 80-85%, при коэффициенте годовой оборачиваемости свыше 60 раз в год. Сократить потери от «малых дыханий можно на 70% по сравнению с обычными резервуарами со щитовой кровлей. Для плавающих крыш и понтонов их эффективность существенно зависит от коэффициента оборачиваемости и вместимости резервуара. Эксплуатационные расходы и срок окупаемости резервуаров с плавающими крышами и понтонами уменьшается с возрастанием их вместимости. При отсутствии движения продукта в резервуаре или при коэффициенте оборачиваемости менее 10—12 применение плавающих крыш и понтонов становится нерентабельным.

Эффективность применения плавающих крыш и понтонов также зависит от температуры окружающего воздуха. Чем ниже средняя температура окружающего воздуха, тем меньше их эффективность.

Хранение под избыточным давлением. Если конструкция резервуара рассчитана на работу под избыточным давлением, то в таком резервуаре могут быть полностью ликвидированы потери от «малых дыханий» и частично от «больших дыханий». Однако, как показали расчеты, большие избыточные давления усложняют конструкцию и удорожают стоимость резервуаров. На оптимальную величину избыточного давления сильно влияет оборачиваемость резервуара, физико-химические свойства нефтепродукта и метеорологические условия.

Уменьшение амплитуды колебания температуры газового пространства. Для создания условий изотермического хранения нефтепродуктов или значительного уменьшения колебаний температур газового пространства и поверхности нефтепродукта применяют теплоизоляцию резервуаров, охлаждение их в летнее время водой и окраску в белый цвет, а также подземное хранение. Эффективность окраски резервуаров светоотражающими красками тем выше, чем больше

суточные колебания температуры, поскольку с повышением светоотражающей способности резервуара колебания температуры газового пространства и поверхности нефтепродукта уменьшаются.

Существенное сокращение потерь от «малых дыханий» возможно при непрерывном орошении резервуаров. Однако технологически зто сложно, а экономически орошение целесообразно в исключительных случаях.

Улавливание паров нефтепродуктов, вытесняемых из емкости. Для этого применяют газоуравнительные обвязки, представляющие собой отдельные трубопроводы или систему трубопроводов, соединяющих газовые пространства резервуаров или транспортных емкостей. Применение газоуравнительной обвязки позволяет частично сократить потери от «больших дыханий». Эффективность сокращения потерь при использовании газовой обвязки зависит от коэффициента совпадения операций и выкачки. Ориентировочно можно считать, что потери сокращаются на величину, равную коэффициенту совпадения операций. Применение газгольдеров, включаемых в газоуравнительную обвязку резервуаров, позволяет значительно снизить потери и при малых коэффициентах совпадения операций.

Таблица 5 - Средства сокращения потерь углеводородов от испарения [6]

Оборудование Эффектив ность сокращен ия потерь, % Принцип работы

1 2 3

Диск-отражатель 15-20 Устройство в форме диска, устанавливаемое на некотором расстоянии под монтажными патрубками дыхательной арматуры. Направление движения паровоздушной смеси, поступающего через дыхательный клапан, изменяется диском-отражателем с вертикального на почти горизонтальное, поэтому из резервуара вытесняется паровоздушная смесь с меньшей концентрацией углеводородов.

Конец таблицы 5

Синтетический понтон 70-80 Понтон монтируется как во вновь строящихся, так и в находящихся в эксплуатации резервуарах, применяется в резервуарах со стационарной крышей. Конструктивно понтон представляет собой жесткую газонепроницаемую конструкцию в форме диска, снабженную затвором, уплотняющим кольцевой зазор между -диском, и стенкой резервуара. Сокращение потерь за счет непосредственного контакта плавающего покрытия с зеркалом нефти. (Рисунок 7).

Плавающая крыша 80-90 Применяется в резервуарах, не имеющих стационарной кровли, в районах со снеговой нагрузкой не более 15 кПа. Для удалены паровоздушной смеси и газов из-под плавающей крыши ни ней установлен предохранительный клапан. Плавающие крыши снабжаются уплотняющими кольцевыми затворили в основном тех же типов, что и понтоны. Доступ на плавающую крышу обеспечивается по лестнице. Однако ввиду отсутствия стационарной кровли их снабжают защитными козырьками. (Рисунок 9).

Система улавливания легких фракций (УЛФ) 95 Установки представляет собой автоматизированный блок, обеспечивающий отбор излишнего газа из резервуаров и подкачку в них подпиточного газа для исключения возможности попадания в него атмосферного воздуха. При достижении давления в резервуарах 50 мм вод ст. блок УЛФ включается и начинает откачку газа. При снижении давления в резервуарах до 6 мм вед. ст. открывается клапан подпитки газа, что предотвращает образование в них вакуума. Клапан автоматической подпитки газа закрывается, когда давление в резервуарах превышает 6 мм вод ст. Если давление в резервуарах увеличивается до 50 мм вод ст., процесс работы компрессора возобновляется. (Рисунок 12)

Рисунок 8 - Уплотняющий затвор для резервуара с синтетическим понтоном

Рисунок 10 - Дыхательный клапан резервуара с плавающей крышей

• г * •

Пр \(Г"

_^—1

И!1 Гй г рл

« 1 - II ---- :...... \

ь* щ 9 - в

А 1

и_□

Рисунок 11 - Уплотняющий затвор для резервуара с плавающей крышей

Рисунок 13 - Клапан дыхательный СМДК ("МХК")

Потери нефти и нефтепродуктов при добыче, переработке, транспорте, хранении и применении наносят большой ущерб народному хозяйству страны. При хранении и операциях с резервуарами значительны потери от испарения нефти и нефтепродуктов. Для их сокращения в наземных металлических резервуарах в настоящее время применяются также разнообразные средства, как понтоны из синтетических и металлических материалов (в южных районах -плавающие крыши) и газовые обвязки без газосборников и др.

Потери нефтепродукта при хранении в резервуарах разделены на несколько видов:

1. Обычные потери, связанные с естественными свойствами нефтепродукта испарятся при изменении метеорологических факторов и недостаточным количество и качеством технических средств защиты зеркала испарения при хранении.

2. Большое влияние на испаряемость имеют метеорологические колебания температуры в осенне-зимний и весенне-летний периоды. Разница в количестве потерь трехкратное, что подтверждается соответствующими расчетами в различных источниках информации. Потери от суточных колебаний температуры сопоставимы с сезонными.

3. Потери нефтепродуктов при эксплуатации резервуаров по различным техническим причинам, также негативно влияют на количество безвозвратно потерянных нефтепродуктов. Кроме того, при испарении авиа и авто бензинов исчезают легкие фракции, что ведет к изменению важного показателя температуры конца кипения при анализе проб.

4. В следствие повреждения резервуаров и трубопроводов возникают аварийные потери нефтепродуктов, что кроме экономических потерь в отдельных случаях влияет на экологию и безопасность целого региона страны. Также имеются случаи многократных хищений нефтепродуктов при всех видах транспортирования и хранения, с этим явлением ведется непримиримая борьба.

Так называемые несанкционированные врезки в магистральные нефте- и

нефтепродуктопроводы организуются криминальными группировками на практически любых участках трасс и на ряду с большими потерями (иногда доходящими до 5-7% от общего объема перекачиваемого объема нефти и нефтепродуктов), зачастую происходит срыв графиков поставки потребителям, создают реальную угрозу пожарной безопасности и экологии, наносится материальный ущерб предприятиям как от прямых потерь так и от затрат на ликвидацию последствий несанкционированных врезок. Особенно опасна непредсказуемость места их возникновения и трудности при ликвидации в отдаленных районах.

Особенную сложность представляют собой несанкционированные врезки в магистральные трубопроводы, в результате которые нефть или нефтепродукты попадают на поверхность водоемов. В таких случаях кроме непосредственного загрязнения водоема возникают серьезные претензии со стороны органов рыбоохраны, т.к. многие реки, особенно северные, является нерестовыми, и подобного рода действия криминальных структур причиняют серьезный ущерб рыбным запасам.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Левин Семен Наумович, 2021 год

Список литературы

1. Абузова, Ф. Ф. и др. Борьба с потерями нефти и нефтепродуктов при их транспортировке и хранении / Ф.Ф. Арбузова, И.С. Бронштейн, В.Ф. Новоселов //М.: недра. 1981. - Т. 260. - 6 с.

2. Абузова, Ф. Ф. Анализ эффективности использования резервуаров с плавающей крышей / Ф.Ф. Арбузова, Р.А. Молчанова //Нефтяное хозяйство. -1982. - №. 6. - С. 55-57.

3. Арзунян, А. С. Сооружение нефтегазохранилищ / А.С. Арзунян, В.А. Афанасьев, А.Д. Прохоров //М.: Недра. 1986. - 335 с.

4. Васильев, Г. Г. Хранение нефти и нефтепродуктов / Г.Г. Васильев,

A.Д. Прохоров, Ю.Д. Земенков // Учебное пособие. 2-е издание, переработанное и дополненное. Тюмень: Изд-во «Вектор Бук», 2003. - 536 с.

5. Васильев, Г. Г. Стальные резервуары для хранения нефти и нефтепродуктов / Г.Г. Васильев, А.Д. Прохоров, В.Г. Пирожков // М.: Изд-во РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2006. - 113 с.

6. Галеев, В. Б. Потери нефтепродуктов от испарения и борьба с ними /

B.Б. Галеев // М.: ЦНИИТЭМС, 1970. - 54 с.

7. Гиззатов, М. А. Сокращение потерь бензинов от испарения на автозаправочных станциях нефтебаз: дис. ... канд. техн. наук. Уфа, 1987.

244 с.

8. Давлетьяров, Ф. А Нефтепродуктообеспечение / Ф.А. Давлетьяров, Е.И. Зоря, Д.В. Цагарели // М.: ИЦ "Математика", 1998. - 662 с.

9. Земенков, Ю. Д. Резервуары для хранения нефтей и нефтепродуктов: Курс лекций / Ю.Д. Земенков // Тюмень: ТюмГНГУ, 1998.

10. Зоря, Е. И. Сохранение качества при обороте нефтепродуктов / Е.И. Зоря, О.В. Лощенкова, Ю.Н. Киташов // Практическое пособие. М.: Изд-во «НЕФТЬ И ГАЗ», 2009. - 492 с.

11. Каравайченко, М. Г. Резервуары с плавающими крышами / М.Г. Каравайченко, Л.А. Бабин, Р.М. Усманов // - М.: Недра, 1992. - 236 с.

12. Каравайченко, М. Г. Удаление атмосферных осадков с плавающей крыши резервуара / М.Г. Каравайченко, В.И. Краснов // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. М.: ЦНИИТЭнефтехим, - 1981. - №6. - С. 16-17.

13. Коваленко, В. П. Опыт борьбы с потерями нефтепродуктов при хранении, транспортировании, приеме и выдаче / В.П. Коваленко, В.Е. Турчанинов // Тематический обзор. - ЦНИИТЭнефтехим, 1985. - 57 с.

14. Константинов, Н. Н. Экспериментальное и теоретическое исследование потерь от испарения нефти и нефтепродуктов при их хранении в резервуарах, сливе и наливе / Н.Н. Константинов // В книге «Транспорт и хранение нефтепродуктов». М.: Гостоптехиздат, - 1956. - С. 16-85.

15. Коршак, А. А. Современные средства сокращения потерь бензинов от испарения / А.А. Коршак // Уфа: ДизайнПолиграфСервис, 2001. - 141 с.

16. Коршак, А. А. Ресурсосберегающие методы и технологии транспорта и хранения нефти и нефтепродуктов / А.А. Коршак // Уфа: ДизайнПолиграфСервис, 2006. - 196 с.

17. Коршунов, Е. С. Потери нефти, нефтепродуктов и газов и меры их сокращения / Е.С. Коршунов, С.Г. Едигаров // М.: Недра, 1966. - 117 с.

18. Несговоров, А. М. Совершенствование систем, методов и способов измерения количества и качества нефтепродуктов: Дис. ... канд. техн. наук. -Уфа : 1994. - С. 214.

19. Новоселов, В. Ф. Резервуары для хранения нефти, нефтепродуктов и сжиженных газов / В.Ф. Новоселов // М.: Недра, 1999. - 365 с.

20. Нормы естественной убыли нефтепродуктов, М. : Вега, 2004.

21. Прогноз социально-экономического развития Российской Федерации на период до 2024 года) / «Вестник ценообразования и сметного нормирования», вып. 11, ноябрь, 2018;

22. Савватеев Н. Ю. Сокращение потерь углеводородов при промысловой подготовке нефти к магистральному транспорту / Дис... канд. техн. наук. Тюмень : 2002. 172 с.

23. Сафарян, М. К. Металлические резервуары и газгольдеры / М.К. Сафарян // М.: Недра, 1987. - 200 с.

24. СТО 0030-2004. Стандарт организации. Резервуары вертикальные, цилиндрические стальные для нефти и нефтепродуктов. Правила технического диагностирования ремонта и реконструкции. - М.: УНИИПСК им. Мельникова, 2005. - 65 с.

25. Тугунов, П. И. Типовые расчёты при проектировании и эксплуатации нефтебаз и нефтепроводов / П.И. Тугунов, В.Ф. Новоселов, А.А. Коршак // Уфа: ДизайнПолиграфСервис, 2002. - 658 с.

26 Шаммазов, А. М. Основы нефтепродуктообеспечения (нефтебазы и АЗС) / А.М. Шаммазов, А.А. Коршак, Г.Е. Коробков // Уфа: ДизайнПолиграф Сервис, 2001. - 232 с.

27. Добыча нефтяного сырья. Основные показатели. Министерство энергетики Российской Федерации [Электронный ресурс]. - Режим доступа: ШрБ: //ттепег§о. gov.ru/node/1209

28. Переработка нефти в России. Годовой отчет Роснефти за 2018 год [Электронный ресурс]. - Режим доступа: rosneft.ru/upload/site1/document_file/a_report_2018.pdf

29. Производство нефтепродуктов в Росссийской Федерации. Положение в отрасли. Годовой отчет ПАО Транснефть. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: ай018.transneft.ru/ru/strategic-report/situation-industry

30. Статистический сборник «ТЭК России - 2018». Аналитический центр при Правительстве Российской Федерации. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://ac.gov.m/archive/files/publication/a/22922.pdf

31. Прогноз социально-экономического развития Российской Федерации на период до 2024 года) / «Вестник ценообразования и сметного нормирования»,

вып. 11, ноябрь, 2018;

32. Зоря, Е.И. Оценка общедоступных технологий и методов определения потерь нефтепродуктов от испарения из РВС при хранении / Е.И. Зоря, О.В. Лощенкова // Экологический вестник России, - 2018. - №. 1. - С. 24-31.

33. Леонович, И.А. Применение наземного лазерного сканирования для оценки напряженно-деформированного состояния алюминиевых крыш резервуаров / И.А. Леонович, Г.Г. Васильев, А.П. Сальников // Безопасность труда в промышленности. — 2017. — № 10. — С. 11-17.

34. Методические рекомендации по применению норм естественной убыли нефти и нефтепродуктов при хранении и перевозке железнодорожным, автомобильным, водными видами транспорта и в смешанном железнодорожно-водном сообщении (утв. Минэнерго России 01.08.2019) // СПС КонсультантПлюс;

35. Постановление о наложении административного штрафа по делу № 0232/13-14.31 об административном правонарушении / Управление Федеральной антимонопольной службы по Республике Саха (Якутия). [Электронный ресурс]. -режим доступа: http://sakha.fas.gov.rU/sites/sakha.f.isfo.ru/files/solution/2014/02/20/p ostanovlenie2.docx

36. Анализ и оценка состояния конкурентной среды рынка услуг по хранению нефтепродуктов в Амурской области / Управление Федеральной антимонопольной службы по Амурской области. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://amur.fas.gov.ru/analytic/9086

37. Нефтебазы России / ИнфоТЭК-КОНСАЛТ. [Электронный ресурс]. -Режим доступа: http://citek.m/en/uslugi-i-produkty/spravochniki/94-neftebazy-rossii

38. Abdelmajeed, М.А. Management of evaporation losses of gasoline's storage tanks / М.А. Abdelmajeed, M.H. Onsa, A.A. Rabah // - Sudan. Eng. Soc. J, 2009.

39. Шацких, Е.С. Анализ современных методов борьбы с потерями нефти и нефтепродуктов / Е.С. Шацких, С.Н. Левин, В.М. Писаревский // Труды Российского государственного университета нефти и газа им. И.М. Губкина. -2018. - № 2 (291). - С. 49-59.

40.Assouline, S.K. Evaporation from partially covered water surfaces, Water Resour / S.K. Assouline, К. Narkis, and D. Or // - 2010. - Т. 46. - №. 10.

41. Marwan, M. Development of a New Method for Reducing the Loss of Light Hydrocarbons at Breather Valve of Oil Tanks / М. Marwan, М.М. Farhan, М. Muthana, Al-Jumialy, М.М. Ahmed D. Al-Muhammadi, A.S. Ismail // Energy Procedia, - 2017. -Т. 141. - С. 471-478.

42. Шацких, Е.С. Применение гранулированного пеностекла в качестве покрытия зеркала испарения нефтяных резервуаров / Е.С. Шацких, С.Н. Левин,

B.М. Писаревский // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. - 2018. - № 4. - С. 17-21.

43. Константинов, Н.Н. Борьба с потерями от испарения нефти и нефтепродуктов / Н.Н. Константинов // М.: Гостоптехиздат. - 1961. - С. 250.

44. Валявский, П. В. Борьба с потерями светлых нефтепродуктов / П.В. Валявский // Баку: Азнефтеиздат. — 1937. — 209 с.

45. Черникин, В.И. Сооружение н эксплуатация нефтебаз. Издание второе, переработанное и дополненное / В.И. Черникин // Государственное научнотехническое издательство нефтяной н горно-топливной литературы, М.: -1955. - 312 с.

46. А. с. на изобретение SU 1720939 A1, МПК B65D88/34. Плавающее покрытие / Левин С.Н., Сипливый А.Н. - №1720939; заявл. 25.01.90; опубл. 22.10.91, Бюл. №11.

47. Коршак, А. А. Методические основы выбора технических средств сокращения потерь нефти (бензина) от испарения / А.А. Коршак, Н.В. Морозова // Сетевое издание «Нефтегазовое дело». - 2013. - №. 6. - С. 228-246.

48. Левин, С.Н. О некоторых вопросах коммерческого учета нефти в резервуарах / С.Н. Левин, И.А. Леонович, Е.С. Шацких, В.М. Писаревский // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. - 2018. - № 2. -

C. 23-27.

49. Писаревский, В.М. Применение гранулированного пеностекла в

качестве покрытия зеркала испарения резервуаров: результаты экспериментов / В.М. Писаревский, Л.В. Ковба, С.Н. Левин, С.Ю. Савельева, О.Б. Азжеурова, Морозова Н.В., Н.В. Горская // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. - 2019. - № 3. - С. 17-19.

50. Левин, С.Н. Анализ современных методов борьбы с потерями нефти и нефтепродуктов / С.Н. Левин, В.М. Писаревский, Е.С. Шацких // Труды РГУ Нефти и Газа (НИУ) имени И.М. Губкина. - 2018. - № 2 (291). - С. 49-59.

51. Шацких, Е.С. Технические средства измерения и учета потерь нефти и нефтепродуктов / Е.С. Шацких, С.Н. Левин, В.М. Писаревский // Труды РГУ Нефти и Газа (НИУ) имени И.М. Губкина. - 2018. - № 3 (292). - С. 49-59.

52. Писаревский, В.М. Применение гранулированного пеностекла в качестве покрытия зеркала испарения резервуаров: результаты экспериментов / В.М. Писаревский, Л.В. Ковба, С.Н. Левин, О.Б. Азжеурова, С.Ю. Савельева, Н.В. Морозова // Транспорт и хранение нефтепродуктов. - 2019. - №3. - С. 17-19.

53. Шацких, Е.С. Оценка эффективности методов борьбы с потерями нефти и нефтепродуктов / Е.С. Шацких, С.Н. Левин, В.М. Писаревский // Трубопроводный транспорт [теория и практика]. - 2018. - № 4 (68). - С. 6-11.

54. Левин, С.Н. Капиллярная конденсация при защите зеркала испарения нефтяных резервуаров гранулированным пеностеклом / С.Н. Левин // Транспорт и хранение нефтепродуктов. - 1991. - № 2.

55. Левин, С.Н. Перспективные материалы для сокращения испарения нефтепродуктов из резервуаров / С.Н. Левин // Нефтепереработка и нефтехимия. - 1991. - № 3.