Исключение потерь нефтепродуктов от испарения

Исключение потерь нефтепродуктов от испарения. Сравнительный анализ

  • ГУС для РВС со стационарными крышами
  • Установки рекуперации паров
  • Понтоны в РВС

ГУС для РВС со стационарными крышами

Для улавливания и рекуперации паров нефти и нефтепродуктов на объектах нефтегазового комплекса при «больших» и «малых дыханиях» компания «Зирка» использует газоуравнительные системы с мягкими резервуарами-газгольдерами МР-Г-З и установками рекуперации (сжижения) парогазовой смеси компрессорного и компресорно-детандерного типа (собственные разработки Компании).

Система улавливания и рекуперации паров представляет собой трубопроводную обвязку газовых полостей резервуаров для приема и хранения нефтепродуктов соединенную с переменным объемом – группой из мягких резервуаров-газгольдеров МР-Г-З. К газоуравнительной системе подключена установка рекуперации паров (УРП) компрессорного или компрессорно-детандерного типа.

Исключение потерь нефтепродуктов. Сравнительный анализ

Во время подачи нефтепродукта в резервуар для хранения, увеличивающийся уровень топлива вытесняет паровоздушную смесь из газового пространства, которая по трубопроводу газовой обвязки (газоуравнительному трубопроводу) через запорную арматуру и огневой предохранитель попадает в сборный коллектор газоуравнительного трубопровода. Дальше паровоздушная смесь через запорную арматуру, огневой предохранитель и специальный отсечный клапан попадает в мягкий резервуар-газгольдер (МР-Г-З), который подсоединен к трубопроводу эластичным рукавом. При отсутствии такой системы смесь из резервуара сбрасывается в атмосферу, а при «обратном вдохе» резервуар забирает атмосферный воздух, который насыщается парами, что способствует дополнительному испарению.

При нагреве паровоздушной смеси в газовом пространстве резервуара для хранения нефти и нефтепродуктов в дневное время (каждые сутки) паровоздушная смесь расширяется и поступает по трубопроводу газовой обвязки через запорную арматуру и огневой предохранитель, сборный коллектор газоуравнительного трубопровода с набором арматуры и через специальный отсечный клапан, эластичный рукав и попадает в мягкий резервуар-газгольдер (МР-Г-З). Дыхательно-предохранительная арматура резервуаров не срабатывает, потому что давление паровоздушной смеси, необходимое для заполнения МР-Г-З, намного меньше давления настройки клапанов дыхательно-предохранительной арматуры равного, приблизительно, 1500 ÷ 2000 Па (150 ÷ 200 мм вод. ст.).

При снижении температуры газового пространства или при снижении уровня нефтепродукта в резервуаре возникает вакуум и паровоздушная смесь из мягкого резервуара-газгольдера будет поступать обратным путем в резервуар. Подобные циклы будут повторяться соответственно изменениям температуры окружающей среды или колебаний атмосферного давления.

Эксплуатация газоуравнительной системы с мягкими резервуарами-газгольдерами в режиме «малых дыханий» не требует затрат какой либо энергии и постоянного надзора персонала.

При наливе нефти и нефтепродуктов в подвижные цистерны из резервуаров снижающийся уровень продукта вызывает снижение давления в газовом пространстве до вакуума. Этот процесс обуславливает движение паровоздушной смеси из МР-Г-З в резервуары для хранения нефти и нефтепродуктов. А при заполнении нефтепродуктами из резервуара подвижных цистерн повышающийся уровень топлива вытесняет паровоздушную смесь из газового пространства цистерн, которая по трубопроводам газовой обвязки наливных участков через запорную арматуру и огневые предохранители попадает в сборный коллектор газоуравнительного трубопровода. Дальше паровоздушная смесь через запорную арматуру, огневой предохранитель и специальный отсечный клапан попадает в мягкий резервуар-газгольдер МР-Г-З.

Параллельно, или после проведения наливных операций, в работу включается установка рекуперации (ожижения) паров нефти и нефтепродуктов (УРП) компрессорно-детандерного типа в ручном или автоматическом режиме.

Паровоздушная смесь с МР-Г-З через коммуникации, трубопроводы и арматуру попадает в УРП. Ожижение паров (конденсация углеводородов из смеси) в установке происходит благодаря сжатию смеси компрессором с последующим охлаждением, ступени которого оборудованы холодильниками с увеличенными поверхностями теплообмена и устройствами для слива жидкой фракции продукта. Полученный жидкий продукт с УРП собирается в накопительной емкости, откуда направляется в один из резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов (под слой продукта) насосом или самостоятельно благодаря давлению в накопительной емкости. Очищенная от углеводородов паровоздушная смесь из установки рекуперации направляется через «свечу» в атмосферу.

Компрессорно-детандерный агрегат (КДА) для сжижения паров нефти и нефтепродуктов из паровоздушной смеси (ПВС) имеет ряд преимуществ по сравнению с другими типами компрессорных агрегатов, применяемых для этой цели. КДА при работе потребляет меньше энергии, так как детандер, смонтированный на одном валу с компрессором, возвращает часть энергии расширяющегося газа приводу компрессора. Наличие детандера позволяет получить низкие температуры смеси, что способствует конденсации паров компонентов нефти и нефтепродуктов как в низкотемпературном холодильнике при давлении компрессора, так и в детандере.

Исключение потерь нефтепродуктов. Сравнительный анализ

Производительность установки рекуперации может быть выбрана от 15 до 1600 м3/час. Исполнение установок позволяет размещать их на открытом воздухе (под навесом) и во взрывоопасных зонах. Монтаж установок производится на специальном железобетонном фундаменте или в мобильном исполнении (в контейнере или в кунге на колесной базе).

Сконденсированный продукт из накопительной емкости установки по трубопроводу через запорную арматуру (и, при необходимости, узел учёта) направляется в один из существующих резервуаров (емкостей) под слой продукта.  Для лучшей абсорбции полученного конденсата товарным продуктом может быть предусмотрен узел смешения.

Согласно проведенного Украинским научно-исследовательским и обучающим центром химмотологии и сертификации горюче-смазочных материалов и технических жидкостей Национального авиационного университета (г. Киев) анализа продукта (полученного из паровоздушной смеси бензинов в установке ожижения компрессорного типа) № 059 от 03.04.2006 г. подтверждено, что данный продукт (конденсат) может быть возвращен в товарный бензин.

Системы улавливания и рекуперации паров НПИК “Зирка” внедрены более чем на 80-ти объектах во всех областях Украины, АР Крым, а также в Приднестровье, Беларуси и Албании. Среди клиентов: “Укрнафта”, “Укргаздобыча”, Концерн “Галнефтегаз”, “Днепронефтепродукт”, “Запорожнефтепродукт”, “Надежда”,  “Альфа-нефть”, предприятия Госрезерва Украины и многие другие.

Технологии и оборудование НПИК “Зирка” по своим эксплуатационным характеристикам полностью соответствуют постоянно ужесточающимся требованиям и нормам в сфере улавливания и утилизации паров нефти и нефтепродуктов, пожарным нормам - не только украинским, российским, но и европейским. Все технологии и специальное оборудование исполняются в соответствии с утвержденными техническими условиями и защищены патентами Украины.

Преимуществами использования установки улавливания и рекуперации паров нефти и нефтепродуктов НПИК «Зирка» являются:

- полная ликвидация выбросов и потерь нефти и бензинов от испарения при хранении и сливо-наливных операциях с улучшением экологической, санитарной, пожарной и техногенной обстановки на объекте с одновременной оптимизацией экономического эффекта;

- увеличение взрыво- и пожаробезопасности резервуарного парка - уменьшение площади с повышенным риском в 16 раз;

- в режиме «малых дыханий» отсутствие каких-либо затрат энергии и трудозатрат персонала;

- использование при работе из всех энергоресурсов только электроэнергии (низкий уровень затрат) и только при рекуперации паров «больших дыханий»;

- прямой возврат ожиженного из паровоздушной смеси продукта в технологический процесс (без процессов сорбции-десорбции и других дополнительных стадий);

- сохранение паспортных и фактических показателей качества нефти и бензинов (фракционный состав, октановое число и др.);

- минимальная площадь, занимаемая установкой рекуперации;

- способность выдерживать перегрузки по расходу паровоздушной смеси;

- возможность обеспечения учета сконденсированных нефтепродуктов (по дополнительному требованию, с возможностью удаленного считывания (передачи) показаний);

- возможность регулирования производительности установки рекуперации;

- сокращение внутренней коррозии крыш резервуаров за счет уменьшения содержания влажного воздуха;

- простота конструкции, надежность, неприхотливость и долговечность оборудования;

-  простота обслуживания (с учетом советской ментальности);

- отсутствие необходимости частых ревизий и ремонтов, а также содержания высококвалифицированного обслуживающего персонала;

- соответствие системы и оборудования требованиям действующих норм и правил Украины в части безопасности и экологии, а также директиве Европейского парламента и Совета Европы 94/63/EC, устанавливающей меры по уменьшению ущерба из-за испарения моторного топлива; Директива определяет концентрацию углеводородов на выходе установок рекуперации, которая не должна превышать 35 г/м3;

- установка системы «под ключ» на действующих объектах.

… Всё это при невысоких капитальных затратах, мизерных эксплуатационных расходах, небольшой площади, занимаемой оборудованием, долговечности и минимальном присутствии человеческого фактора в процессе эксплуатации.

Исключение потерь нефтепродуктов. Сравнительный анализ ГУС_Днепр_ЛукоилИсключение потерь нефтепродуктов. Сравнительный анализ Нефтебаза в г. ДнепропетровскеИсключение потерь нефтепродуктов. Сравнительный анализ ГШ-в-Днепропетровске (180 м.куб)Исключение потерь нефтепродуктов. Сравнительный анализ 6GM 2.5-20-36_1600 cub. m per hour_2

Недостатки:

- необходима свободная площадь для размещения газгольдеров.

 Оборудование рекуперации паров VAE CONTROLS s.r.o. (Чехия)

Для рекуперации паров нефтепродуктов на объектах нефтегазового комплекса компания VAE Controls group использует установки Jordan Technologies (США).

Компания Jordan Technologies разрабатывает и производит установки рекуперации паров (УРП) с 1980 года. Для улавливания паров используется процесс вакуум-регенерированной углеродной адсорбции – улавливание паров на активированных углях с последующей вакуумной регенерацией.

Схема вакуум-регенерированной углеродной адсорбции приведена на рис. Про­цесс является стандартным и хорош для регенерации паров чистого бензина. Приходящий поток паров поступает в фильтр активированного углерода. Большая часть углеводородов в потоке абсорбируется на поверхности углерода, и очищенный поток воздуха проходит в атмосферу. Количество адсорбированных уг­леводородов зависит от парциального давления, температуры адсорбции, мо­лекулярного веса и типа углеводородов.

Восстановление адсорбированных углеводородов достигается десорб­цией при более низком парциальном давлении в сравнении с тем, при котором углеводород был адсорбирован.

Исключение потерь нефтепродуктов. Сравнительный анализИсключение потерь нефтепродуктов. Сравнительный анализ

Схема вакуум-регенерированной углеродной адсорбции

Адсорбция проходит при температуре и давлении окружающей среды. Десорбция достигается при уменьшении давления вакуумным насосом. Де­сорбированные углеводороды концентрируются и попадают в секцию вос­становления установки. Восстановление достигается либо промыванием уг­леводородами во встречном потоке жидкости – стандартного бензина из резервуаров хранения продукта, в абсорбционной колонне, либо конденсиру­ется углеводородами.

Продолжительная работа установки обеспечивается двумя фильтрами. Один принимает поток, второй регенерирует и наоборот.

Известные объекты внедрения: объект в Китае, объект в Болгарии, объект в Словакии.

Преимущества:

- низкая концентрация углеводородов в рекуперированных парах;

- энергопотребление зависит от содержания углеводородов в потоке па­ров, не от общего их объема;

- установка хорошо подходит для малого и среднего размеров термина­лов, работающих с более или менее постоянным уровнем загружаемого потока паров продукта;

- сравнительно высокая степень очистки.

Недостатки:

- некоторые компоненты, имеющие высокую теплоту адсорбции (кетоны, альдегиды) не могут быть обработаны, т.к. вызывают перегрев углерода;

- сероводород сырой нефти образовывает элементарную серу на поверх­ности углерода при наличии кислорода и воды, что снижает адсорбционную производительность углерода;

-  фракции легких углеводородов (метан) очень плохо адсорбируется;

- в режиме «малых дыханий» (ежесуточный нагрев – остывание резервуара под влиянием солнца и окружающей среды) в резервуар попадает чистый воздух, что приво­дит к новым испарениям нефтепродукта и дополнительному времени работы установки;

- в случаях остановки системы для выполнения профилактических или ре­монтных работ, будет происходить выброс паров через дыхательные клапана резервуаров;

- низкая, практически недопустимая способность установки УЛФ выдерживать перегрузки;

- высокая взрывоопасность ввиду присутствия в паровом канале механических и электрических компонентов

- потребность в давлении и вакууме (факторы повышенной опасности);

- сложность эксплуатации ввиду сложности оборудования, электрооборудования и систем КИП и А;

- необходимость в наличии высококвалифицированного персонала;

- высокая стоимость капитальных затрат при внедрении системы;

- сложности и высокие эксплуатационные затраты при замене и утилизации отработанных угольных пластов.

Исключение потерь нефтепродуктов. Сравнительный анализ

Оборудование сокращения потерь нефтепродуктов от испарения – понтоны в РВС

  Применение понтонов в резервуарах со стационарной крышей (РВС) направлено на сокращение потерь бензина, нефти, газового конденсата от испарения. Для хранения дизтоплива, керосина, ТС, мазутов, тяжелых нефтей резервуары  с понтоном не  используются. Понтон - средство сокращения потерь нефтепродуктов с эффективностью от 70 до 98%  в зависимости от материалов самого понтона, так и уплотняющего затвора.

Легкие сборные понтоны из алюминиевых сплавов для резервуаров объемом от 1000 до 30 000 м3 в настоящее время получили массовое распространение. В конструкции понтона использованы коррозионностойкие алюминиевые сплавы. Все детали понтона устанавливаются через люк диаметром 500 мм.

К достоинствам данной конструкции можно отнести следующее:

- большая плавучесть, регулируемая количеством поплавков;
- легкость и быстрота монтажа;
- малая масса по сравнению со стальными понтонами;
- применение типовых заготовок и узлов для резервуаров различной вместимости;
- легкость восстановления плавучести при потоплении;
- возможность ремонта без применения огневых работ;
- возможность автоматического удаления продукта с настила при любом уровне слива;
- возможность демонтажа для сборки в другом резервуаре.
Принципиальная схема компоновки понтона такой конструкции приведена на рис. Каркас понтона образуют балки с прикрепленными к ним поплавками, обеспечивающими плавучесть - не менее чем двойной собственный вес. Каркас понтона покрыт настилом из алюминиевых сплавов. Понтон оборудуется необходимыми узлами под оборудование в резервуаре (такие как, как кожухи направляющих, уровнемеры и т.п.). Конструкция понтона позволяет строить понтон на стационарной опоре, на плавающих стойках и на плавающих стойках переменной высоты.

Как правило понтоны эффективны на новых резервуарах, где обеспечены геометрические формы окружности по всей высоте взлива, внутренние поверхности стенок покрыты антикоррозийными эмалями, что исключает эффект наждака при вертикальном перемещении понтона, направляющие трубы строго вертикальны. Сокращение потерь нефтепродуктов от испарений на новых РВС с  понтоном составляет от 80 до 88 % в зависимости от коэффициента оборачиваемости. Монтаж и эксплуатация новых понтонов на резервуарах ранее эксплуатировавшихся и имеющих физический износ за счет коррозии стенок, подвергавшихся замене листовых конструкций корпуса малоэффективно из-за быстрого износа кольцевого затвора и вследствие неработоспособности понтона.

Потери от испарений при монтаже понтона на ранее эксплуатировавшемся  резервуаре сокращаются в среднем за год:

в первый – до 80 %,

во второй – до 50 %,

в третий – до 30 %.

После этого понтоны в абсолютном большинстве случаев своего предназначения  не выполняют и не только бесполезны, а просто несут угрозу безопасной эксплуатации резервуаров.

Общие недостатки при применении понтонов во всех РВС:

▪ Потери нефтепродуктов от смачивания стенок резервуаров при вертикальном перемещении понтона.

▪ Явление помпажа, характерное при хранении нефтепродуктов с температурой начала кипения ниже 35ºС в жаркие периоды года. Между продуктом и понтоном образуется парогазовая смесь, понтон при этом подпрыгивает, перекашивается. При высоких температурах последствия непредсказуемы. Проблему в этом случае решает только хранение нефтепродуктов в резервуарах с  плавающей крышей. В ОАЭ, Египте, Омане и др. южных странах бензины и  легкокипящие нефти в резервуарах с  понтонами не хранят. До 2000 года на Украине бензины с температурой начала кипения ниже 35ºС не применялись, легкокипящие нефти как и другие ее типы хранили в резервуарах без понтонов. На терминале «Южный» в г. Одессе резервуары оборудованы только плавающими крышами. Современный опыт применения понтонов в резервуарах  с бензинами с температурой начала кипения ниже 35ºС показывает всю остроту проблемы от явления помпажа и резко отрицательное мнение о таком хранении специалистов участвовавших в эксплуатации резервуаров с понтоном в летнее время.

При использовании понтонов, например полимерных, где отсутствует газовое пространство между понтоном и продуктом имеет место прорыв газовых потоков вдоль стенок РВС через кольцевой затвор. Кроме того полимерное тело понтона со временем напитывается нефтепродуктом и постоянно продуцирует пары.

▪ Повышается пожаро- и взрывоопасность. Газовое пространство между  понтоном и кровлей практически всегда имеет взрывоопасную концентрацию парогазовой смеси (1 ÷ 10%).

В резервуарах без понтонов парогазовая смесь наоборот всегда имеет концентрацию выше пределов взрываемости (20 ÷ 40%). В целях снижения концентрации углеводородов  над понтоном ниже уровня взрываемости (0,8%) и рассеивания оставшихся паров необходима установка специальных циркуляционных клапанов (типа «Ультравент») на кровле резервуаров.

Статистика показывает, что на 1 случай возгорания в РВС со стационарной крышей без понтона приходится более 100 случаев на РВС с понтоном.

▪ Повышается взрывоопасность от статического электричества. Сложно решается вопрос устройства надежного заземления понтона от электростатики.

▪ Снижение уровня взлива в резервуаре с понтоном, за счет его габаритных размеров и ограничение вертикального перемещения  фермами, в резервуарах где они имеются. Загрузка резервуаров будет снижена до 10% (500 ÷ 1000 м3).

▪ Предельно осложняются технологические операции при опорожнении резервуаров. Будут присутствовать проблемы при наполнении порожних резервуаров с понтоном после зачистки или ввода в работу. Зачистка и дегазация резервуаров при их ремонтах, удаление пирофорных отложений на стенках приведет к  значительным  неудобствам ремонтному персоналу и увеличенным трудозатратам и затратам энергетическим (пропарка при зачистках). Проведение ремонтных огневых работ в РВС невозможно без демонтажа понтона.

▪ Повышается опасность повреждения резервуара и разрушения понтона вследствие  перекачки РВС (превышения предельного уровня налива). Ситуация усугубляется сложностью монтажа надежных систем измерения взлива продукта на РВС с понтонами.

▪ Необходимость установки 3-х дополнительных сигнализаторов уровня (п.1.5. «ПТЭ резервуаров и  инструкции по их ремонту»).

▪ Необходимость постоянного контроля за эксплуатацией понтона и ежемесячного осмотра поверхности понтона через световые люки на кровле  (п.2.1.10 «ПТЭ резервуаров и инструкции по их ремонту»), что является достаточно сложной технологической операцией с участием человеческого фактора.

▪ Не достигается абсолютного результата по исключению потерь. Теряется продукт за счет явления мокрой стенки. В атмосферу попадают пары углеводородов, запах нефтепродуктов в зоне объекта не исчезает.

▪ Достаточно высокая стоимость самого понтона, плюс стоимость его монтажа. Необходимость вывода из эксплуатации резервуаров на длительное время, их подготовки к монтажу (помывка, дегазация, обработка внутренней поверхности).

▪ Ограниченный срок эксплуатации понтонов. Особенно это касается резервуаров эксплуатировавшихся более 25 лет. Допускаем целесообразность применения понтонов на вновь монтируемых резервуарах со стационарной крышей и только для хранения в них бензинов и нефтей с температурой начала кипения выше 35°С.

В тоже время в странах Евросоюза в настоящее время РВС с понтонами практически не сооружаются по изложенным выше причинам. Во всем мире предпочтения отдаются резервуарам с плавающими крышами

Системы рекуперации НПИК «Зирка» и VAE CONTROLS s.r.o. (Чехия) предполагают трубопроводную газовую обвязку резервуаров и фронтов слива-налива через огнепреграждающую и запорную арматуры (с приборами контроля давления).

Система рекуперации VAE CONTROLS s.r.o. («JORDAN») предполагает линии подвода-отвода продукта, воды.

Система рекуперации НПИК «Зирка»  предполагает линию отвода полученного сжиженного продукта в существующий резервуар или трубопровод.