курсовые,контрольные,дипломы,рефераты
В.Г. Цегельский, д-р техн. наук, П.Н. Ермаков, инж., B.C. Спиридонов, канд. техн. наук
НИИ ЭМ МГТУ им. Н.Э. Баумана
Показана актуальность проблемы испарения нефти и нефтепродуктов в процессах их транспортирования и хранения, представлены существующие пути и способы ее решения. Приведена разработанная авторами принципиальная технологическая схема системы улавливания легких углеводородных фракций с использованием жидкостно-газового струйного аппарата.
Ежегодно по различным оценкам [1] в атмосферу планеты выбрасывается 50...90 млн т углеводородов. Значительная часть этих выбросов приходится на предприятия нефтеперерабатывающей и нефтегазодобывающей отраслей промышленности. Удельные потери углеводорода за счет их испарения на нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ) различных стран мира составляют 1,1...1,5 кг на 1 т продукта [1]. Только в России в 1998 г. выбросы углеводородов в атмосферу при добыче и переработке нефти составили 1168 тыс. т [2].
Значительное загрязнение атмосферного воздуха парами нефтепродуктов происходит при заполнении и опорожнении резервуаров нефтехранилищ при так называемых "дыханиях" резервуаров. С момента добычи до непосредственного использования нефтепродукты подвергаются более чем 20 перевалкам, при этом 75 % потерь происходит от испарений и только 25 % — от аварий и утечек [3]. Основная масса "дышащих" резервуаров сосредоточена на нефтепромыслах, нефтеперекачивающих станциях и в резервуарных парках нефтеперерабатывающих заводов. Па долю резервуарных парков приходится примерно 70 % всех потерь нефтепродуктов на НПЗ. В 1998 г. потери нефтепродуктов за счет "больших дыханий" составили по нефтеперерабатывающей отрасли России примерно 270 тыс. т [2].
Загрязнение атмосферы парами нефти и нефтепродуктов происходит также при наливе автомобильных и железнодорожных цистерн на эстакадах и при заправке автомашин на АЗС. Удельные потери нефтепродуктов при наливе железнодорожных цистерн в несколько раз превышает потери из резервуаров. Суммарная резервуарная емкость автозаправочных станций по данным на 1998 г. [2] составляет около 240 млн м3. За год через эти мощности реализуется около 130 млн. т различных нефтепродуктов. По расчетным данным [4] автозаправочные станции России выбрасывают в атмосферу в течение года более 140 тыс. т паров углеводородов, автозаправочные станции Германии — 145 тыс. т, Англии — 120 тыс. т.
Потери углеводородов при "больших дыханиях" вызваны сжатием паровоздушной смеси (ПВС) в газовом пространстве (ГП) резервуара поступающим в него жидким нефтепродуктом. Когда давление в ГП достигнет некоторого предельного значения, происходит выброс части ПВС в атмосферу через специальный "дыхательный" клапан.
Потери от "больших дыханий" определяются рядом факторов: объемом, температурой и газонасыщенностью закачиваемого в резервуар нефтепродукта, концентрацией паров нефтепродукта в ПВС, давлением в ГП. Содержание паров в ГП повышается в процессе заполнения резервуара, однако основная масса паров углеводородов накапливается в ГП в период хранения нефтепродукта в резервуаре. Среднегодовые потери от "больших дыханий" составляют около 0,14 % от объема хранимого нефтепродукта [5].
Уменьшение объема выбросов паров углеводородов в атмосферу может быть достигнуто различными путями: улучшением герметизации емкостей; снижением абсолютных значений температуры ГП и хранимых продуктов, а также уменьшением амплитуды их колебаний; уменьшением объема ГП в резервуаре; улавливанием паров углеводородов, образующихся в резервуарах.
Практическая реализация этих путей в виде организационно-технических решений представлена на рис. 1. Сравнительная эффективность (%) снижения выбросов паров углеводородов некоторых из этих систем составляет [1, 5, 6]:
| рис. 1. Средства сокращения потерь от испарения (УЛФ - улавливание лёгких фракций). |
| плавающие крышки (ПК) и понтоны | 70..95 |
| газоуравнительные системы | 60..90 |
| сорбционные системы | 90..96 |
| компрессионные системы | до 98 |
В настоящее время наибольшее распространение за рубежом в качестве средств сокращения потерь углеводородов получили ПК и понтоны. Они обеспечивают значительную степень сокращения потерь и относительно дешевы и просты. Доля резервуаров с ПК и понтонами за рубежом превышает 60 % [6] от общего числа резервуаров. В нашей стране доля резервуаров с ПК и понтонами составляет около 20 % [6], однако эти средства сокращения потерь являются одними из самых распространенных, так как до сих пор велико число резервуаров, не имеющих никаких средств сокращения потерь от испарений.
Использование ПК и понтонов связано с рядом конструктивных и технологических проблем, которые затрудняют их применение. Основными из них являются:
потопление и заклинивание ПК и понтонов из-за неравномерной нагрузки от атмосферных осадков, перекоса направляющих труб, образования твердых отложений на стенках резервуара;
потери углеводородов со смоченных стенок резервуара;
возможность загрязнения хранимого нефтепродукта примесями из атмосферного воздуха;
повышенная пожаро- и взрывоопасность.
Одним из наиболее перспективных направлений развития средств улавливания углеводородных паров является применение компрессионных систем улавливания легких фракций с использованием жидкостно-газовых струйных, аппаратов (струйно-компрессорных установок) [6, 7]. В таких системах сжатие ПВС происходит за счет энергии высокоскоростных струй рабочей среды, находящейся в различных агрегатных состояниях (жидкость, двухфазная газожидкостная смесь). В этих установках для улавливания паров легких фракций в качестве рабочей среды можно использовать нефтепродукт, поступающий в резервуар, а затем подавать уловленные пары непосредственно в нефтепродукт. При этом схема становится замкнутой. Струйно-компрессорные установки (СКУ) для улавливания легких фракций обеспечивают высокую степень сокращения потерь, обладают малой металлоемкостью и капиталоемкостью, просты и надежны в эксплуатации. Работа струйного аппарата (эжектора) устойчива при значительных колебаниях параметров и фракционного состава отсасываемого газа.
Принцип работы СКУ состоит в следующем. Рабочая жидкость подается в эжектор через сопло с помощью насоса и увлекает за собой пассивный поток паровоздушной смеси из резервуара. Часть энергии рабочей жидкости в процессе смешения фаз передается пассивному потоку, сжимая его. Одновременно происходит процесс интенсивной конденсации паров углеводородов. Образовавшаяся на выходе из эжектора жидкостно-газовая смесь разделяется в сепараторе, после чего осушенный сжатый воздух идет на дальнейшую очистку или в атмосферу, а рабочая жидкость подается на вход насоса. В системе предусмотрен теплообменник для отвода избытка теплоты, а также трубопроводы для подвода свежей рабочей жидкости на подпитку системы и отвода избытка рабочей жидкости со сконденсировавшимися парами углеводородов. Принципиальная схема установки представлена на рис. 2.
| Рис. 2. Принципиальная схема СКУ для улавливания лёгких фракций |
Однако из-за недостаточной изученности рабочих процессов в двухфазных струйных аппаратах, входящих в состав СКУ для улавливания легких фракций, такие установки пока не применяются в промышленной эксплуатации. Применение жидкостно-газовых струйных аппаратов (эжекторов) в таких СКУ связано с рядом особенностей. Во-первых, рабочая жидкость и сжимаемые пары представляют собой смесь широкого фракционного состава, что затрудняет расчет таких эжекторов. Во-вторых, в струйном аппарате активно идут взаимопараллельные процессы конденсации и абсорбции, которые влияют на эффективность работы компрессорной установки данного типа.
С целью создания действующих промышленных систем для улавливания газов "дыхания" нефтяных и нефтепродуктовых резервуаров и утилизации газов дыхания при заправке железнодорожных и автомобильных цистерн авторами были проведены работы по оптимизации конструктивных и технологических параметров СКУ с использованием жидкостно-газовых струйных аппаратов с углеводородными рабочими телами. Расчеты выполнены при производительности СКУ 1000 м3/ч, давлении всасывания ПВС из резервуара 0,1 МПа, температуре рабочей жидкости +20...+30 °С для нескольких степеней сжатия в диапазоне 1,5...10.
Ниже приведены расчетные значения эффективности (%) улавливания паров углеводородов струйно-компрессорной установкой для различных вариантов сжатия паровоздушной смеси:
| сжатие с учетом процессов абсорбции в объеме сепаратора (модель СКУ с сепаратором) | 70...90 |
| сжатие с учетом процессов абсорбции в объеме сепаратора и на тарелках абсорбционной колонной (модель СКУ с сепаратором и абсорбционной колонной) | 75...95 |
Эксперименты с использованием в качестве рабочей среды некоторых углеводородных жидкостей (газойлевая и дизельная фракции) показали эффективность и работоспособность СКУ для улавливания легких фракций.
Степень улавливания углеводородных паров струйно-компрессорными установками зависит от нескольких факторов, в частности от фракционного состава отсасываемой паровоздушной смеси, степени сжатия и температуры рабочей жидкости. Поэтому эффективность таких систем колеблется в пределах 80...98 %. Мощность, потребляемая струйным компрессором, также зависит от степени сжатия отсасываемой ПВС и изменяется в пределах 20...250 кВт.
Применение СКУ для улавливания легких фракций с использованием жидкостно-газовых струйных аппаратов с углеводородным рабочим телом позволяет решить основные проблемы, вызываемые испарением нефти и нефтепродуктов, и повысить экологическую безопасность процессов их хранения и транспортирования:
значительно снизить загрязнение атмосферного воздуха и окружающей среды технологическими выбросами из резервуаров; повысить пожаро- и взрывобезопасность эксплуатации резервуаров;
достичь ощутимой экономии ценного энергоносителя и утилизацией уловленных паров;
обеспечить постоянство состава хранимого нефтепродукта.
Список литературы
Кавнев Г.М., Моряков Н.С., Загвоздкин В.К., Ходякова В.А. Охранана воздушного бассейна на предприятиях нефтепереработки и нефтехимии в связи с переходом на новые экономические методы управления. М.: ЦНИИТЭнефтехим. 1989. (Тем. обзор).
Федеральный справочник "Топливно-энергетический комплекс России". "Родина-Про", 1999.
Земенков Ю.Д., Малюнин Н.Ан, Маркова Л.М., и др. Резервуары для хранения нефтей и нефтепродукгов: Курс лекций. Тюмень: ТюмГНГУ. 1998.
Транспорт и хранение нефтепродуктов // Научно-технический информациионный сборник. М.: 1997. № 1.
Блинев И.Г., Герасимов В.В., Коршак А.А., Новоселов В.Ф., Седелев Ю.А. Перспективные методы сокращения потерь нефтепродуктов от испарения в резервуарах. М:ЦНИИТЭнефтехим. 1990 (Тем. обзор)
Коршак А.А., Блинов И.Г., Новоселов В.Ф. Системы улавливания легких фракций нефти и нефтепродуктов из резервуаров: Учебное пособие. Уфа.:Изд. Уфим. нефт. институра. 1991
Прохоренко Ф.Ф., Андреева Г.А. Герметизированная система хранения испаряющихся нефтепродуктов в резервуарах и защита окружающей среды. М.: ЦНИИТЭнсфтехим. 1991. (Тем. обзор).
В.Г. Цегельский, д-р техн. наук, П.Н. Ермаков, инж., B.C. Спиридонов, канд. техн. наук НИИ ЭМ МГТУ им. Н.Э. Баумана Показана актуальность проблемы испарения нефти и нефтепродуктов в процессах их транспортирования и хранения, представлены су
Экологический мониторинг
Радиация и радиационная обстановка в Ростовской области
Проблемы освоения космоса
Международное экологическое право
Взаимодействие общества и природы
Проблемы утилизации нефтяных отходов Новороссийского Морского Торгового Порта
Проблемы утилизации нефтяных отходов или «куда девать черное золото»
Оздоровление воздушной среды
Система экологического права
Как химия влияет на окружающую среду или химическое загрязнение среды промышленностью
Copyright (c) 2024 Stud-Baza.ru Рефераты, контрольные, курсовые, дипломные работы.