Содержание к диссертации
Введение
СТАНОВЛЕНИЕ И РАЗВИТИЕ НЕФТЕХРАНИЛИЩ И НЕФТЕБАЗ В РОССИИ 5
1.1. Предпосылки создания нефтехранилищ на основных транспортных путях доставки нефти и нефтепродуктов 6
1.2 Борьба за мировой нефтяной рынок 14
1.3 Организация сбыта нефтепродуктов в России в начале XX в 26
2. РАЗВИТИЕ СИСТЕМЫ НЕФТЕОБЕСПЕЧЕНИЯ В РОССИИ И СССР ПОСЛЕ ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ 1917 г 37
2.1 Формирование системы нефтеснабжения в начальный период (1917-1940 гг) 37
2.2 Нефтеснабжение СССР в годы Великой Отечественной войны 46
2.3 Развитие системы нефтеснабжения во второй половине двадцатого века 58
3. РАЗВИТИЕ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ХРАНИЛИЩ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ И МЕТОДОВ ИХ СТРОИТЕЛЬСТВ А... 84
3.1 Назначение и типы хранилищ (резервуаров), применяемых на нефтебазах 86
3.2 Применение земляных ям-амбаров для хранения нефти 92
3.3 Применение бетонных и железобетонных резервуаров 99
3.4 Применение стальных резервуаров различных конструкций 110
4. РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ НАГРЕВА ВЯЗКИХ НЕФТЕПРОДУКТОВ В ТРАНСПОРТНЫХ ЕМКОСТЯХ И ЕМКОСТЯХ ХРАНЕНИЯ 153
4.1 Развитие методов и средств слива вязких нефтепродуктов на нефтебазах из транспортных емкостей 153
4.2. Способы подогрева вязких нефтепродуктов в резервуарах 182
4.3. Использование гибких электронагревателей для операций с вязкими нефтепродуктами на нефтебазах 188
ВЫВОДЫ 199
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 200
- Предпосылки создания нефтехранилищ на основных транспортных путях доставки нефти и нефтепродуктов
- Формирование системы нефтеснабжения в начальный период (1917-1940 гг)
- Назначение и типы хранилищ (резервуаров), применяемых на нефтебазах
Введение к работе
Актуальность темы. Несмотря на значительный возраст системы нефтеснабжения (более 100 лет), проблемы отрасли, возникающие на различных временных этапах, освещались в научной литературе эпизодически, и их решение осуществлялось частично и в практических условиях не доводилось до логического завершения. В опубликованных работах отсутствовал анализ развития как внутренней системы нефтеснабжения, так и выхода ее на международный рынок, не были представлены причины ее неудовлетворительного развития как на начальном этапе, так и в последующие временным периоды. Не было представлено в литературе и эволюционное развитие конструкций и типов резервуаров, а также технологий их сооружения на всем этапе развития системы нефтеснабжения. Рассмотрение этих вопросов в настоящее время является необходимым, учитывая реальные политические и экономические изменения, происходящие в стране. Детальное изучение всех сторон развития и совершенствования системы нефтеснабжения представляет большой практический интерес для выработки стратегии и технологий приема, хранения и распределения нефтепродуктов для бесперебойного снабжения потребителей их полным ассортиментом с учетом природно-климатических условий.
В связи с увеличением нефтедобычи, ростом внутреннего потребления нефти и нефтепродуктов рассмотрение вопроса о путях дальнейшего развития и совершенствования системы хранения и распределения нефтепродуктов потребителям в настоящее время является актуальным и своевременным.
Цель работы. Исследование вопросов становления и развития системы нефтеснабжения России и выхода ее на международный рынок нефти и нефтепродуктов. Рассмотрение основного направления развития нефтебаз на различных исторических этапах становления нефтяной промышленности с учетом изменения политической ситуации в стране. Проведение анализа эволюционного развития основных объектов нефтебаз - резервуаров, их конструкций и типов с учетом общего развития научно-технической мысли, а также рассмотрение тенденции применения новых конструкций резервуаров для хранения различных нефтепродуктов. Анализ применения различных технических средств для обеспечения приема, хранения и распределения высоковязких нефтепродуктов на нефтебазах и выбор наиболее эффективных с точки зрения улучшения условий эксплуатации, безопасности и обеспечения регламентированных сроков слива и налива.
Научная новизна. Впервые проведен анализ научных и технических материалов по становлению и развитию нефтебазового хозяйства России, а также по выходу системы нефтеснабжения на международный рынок нефти и нефтепродуктов. Впервые в историко-техническом плане комплексно рассмотрено развитие нефтебаз на различных исторических этапах становления нефтяной промышленности и влияние на экономическое положение нефтебаз политической ситуации в стране. Установлены приоритеты в развитии резервуаростроения с учетом научно-технических достижений на различных исторических этапах и дана оценка перспектив их дальнейшего совершенствования и применения.
Практическая значимость. Основные положения работы использованы в Уфимском государственном нефтяном техническом университете при подготовке студентов по направлению «Нефтегазовое дело». Материалы работы могут быть использованы на предприятиях нефтеснабжения при решении задач оптимизации приема, хранения и отпуска нефтепродуктов, а также для создания обобщающих историко-технических трудов, посвященных развитию нефтяного дела в России и СССР.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на Международной научной конференции «Современные проблемы истории, естествознания в области химии, химической технологии и нефтяного дела» (2004г., г. Уфа), международной учебно-научно-практической конференции «Трубопроводный транспорт-2005» (2005г., г. Уфа), VI Международной научной конференции «Современные проблемы истории естествознания в области химии, химической технологии и нефтяного дела» (2005г., г. Уфа).
Публикации и личный вклад автора. По теме диссертационной работы опубликовано 8 печатных работ, в том числе одно учебное пособие, 2 статьи и 5 тезисов докладов.
В рассматриваемых исследованиях автору принадлежит постановка задач, участие в их решении, анализ полученных результатов и рекомендации по их внедрению.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов и приложения, содержит 216 страниц машинописного текста, в том числе 39 таблиц, 73 рисунка, библиографический список используемой литературы из 178 наименований.
Предпосылки создания нефтехранилищ на основных транспортных путях доставки нефти и нефтепродуктов
Спрос на керосин увеличивался, и цены на нефть как сырье начали возрастать. Необходимо было совершенствовать технологический процесс и изменить аппаратурное оформление процесса нефтеперегонки. В.А. Кокорев пригласил в Баку Д.И. Менделеева. В предложениях Д.И. Менделеева В.А. Кокореву выдвигались на первый план следующие важнейшие проблемы: 1) необходимость создания непрерывно действующего аппарата для перегонки нефти; 2) строительство трубопроводов для транспортировки нефти и готовых нефтепродуктов; 3) рациональное размещение нефтеперегонных заводов. В XIX веке нефтеперерабатывающая промышленность России была сосредоточена в местах добычи - Баку и Грозном. Нефтеперерабатывающие заводы, расположенные вне Кавказа, давали не более 4% общего производства керосина в России. С 1892 по 1903 г. из Баку ежегодно вывозилось в среднем 393 млн. пудов нефти, нефтепродуктов и нефтяных остатков, а годовая добыча нефти составляла 500 млн. пудов. Так, 22% нефти и нефтепродуктов оставались в Баку как топливо, запасы на местах добычи и в виде производственных потерь. Между тем основными потребителями готовых нефтепродуктов являлись районы, удаленные от места нефтепереработки. Только на долю четырех центральных губерний России -Московской, Владимирской, Петербургской и Саратовской - в 1900 г. приходилось около 60% общего потребления нефтепродуктов в стране. С учетом перевозки цены на нефтепродукты были высокими. Необходимость сооружения нефтеперегонных заводов в районах потребления нефтепродуктов была очевидна, и Д.И. Менеделеев обстоятельно изложил следующие доводы в пользу этого в своей работе «Где строить нефтяные заводы?»:
1) в Баку надо везти материалы и рабочую силу из центральных районов России;
2) земельные участки для размещения заводов в Баку дороги;
3) перевозка сырой нефти наливом намного дешевле перевозки нефтяных продуктов;
4) рынок требует новых целевых нефтепродуктов; приноравливаться к потребителю, отстоящему от него на далекое расстояние невозможно;
5) водный путь из Баку закрыт в течение полугода; с этим связана затрата огромного капитала;
6) потери от перевозки сырой нефти меньше, чем от перевозки целевых продуктов;
7) в Центральной России сбыт готовых нефтепродуктов, стоящих ближе к потребителю, будет скорее; стало быть, сократится объем оборотного капитала;
8) из Центральной России наши нефтепродукты будут быстрее попадать на мировой рынок.
Следуя рекомендациям Д.И. Менеделеева, основатель Товарищества «Рагозин В.И. и К0» В.И. Рагозин в 1875 году построил на Волге, в Балахане нефтеперерабатывающий завод, который выпускал ежегодно по 100 тыс. пудов смазочных масел. Это мероприятие оказалось настолько удачным, что В.И. Рагозин в 1879г. построил в с. Константиново, близ Ярославля большой завод для производства смазочных масел из нефтяных остатков. Аппаратурное оформление этого завода спроектировал В.И. Калашников. На заводе производили веретенное, машинное и вагонное летнее смазочное масла. В начале 1875 г. Роберт Нобель, посещая Баку, приобретает нефтеперегонный завод и участок, а также лицензию на разработку острова Челекен у восточного побережья Каспийского моря. Осенью 1875 г. на этом заводе начинается выпуск нефтепродуктов, которые имели качество лучшее чем у конкурентов и американского керосина, которого ввозили в Россию ежегодно около 40 тыс. тонн. Сбыт нефтепродуктов постоянно растет, и Р. Нобель создает новое предприятие и называет его собственным именем.
Осенью 1876 г. Людвиг Нобель приезжает в Баку и вместе с Робертом, где работают над завершением собственно керосинового завода [84]. Обсуждаются вопросы конструкции и материалы для сохранения нефти и нефтепродуктов, как на заводе, так и по пути следования судов с нефтепродуктами в местах их перегрузки и потребления. В 1878 г. братья Нобели владели несколькими нефтеносными участками, семью скважинами (из 301 общероссийской), нефтепроводом от промыслов к порту на Каспийском море, нефтеперегонным заводом и первым в мире металлическим танкером [50].
10 мая 1879 г. было создано и утверждено Александром II «Акционерное товарищество нефтяного производства братьев Нобель» с телеграфным адресом «Бранобель». Уставной капитал товарищества составил три миллиона рублей (Людвиг Нобель имел акций на 1 миллион 610 тысяч рублей).
В 1877 г. Л. Нобель заказывает судно для перевозки нефтепродуктов из бессемеровской стали на Линдхольменской верфи в Норрчёпинге, филиала Мутальского машиностроительного завода. В 1878 г. пароход с названием «Зороастр» был своим ходом доставлен в Баку. Судовладельческую Компанию братьев Нобель возглавлял финский россиянин П.А. Бильдерлинг. На протяжении 1881 - 1882 гг. другой филиал Мутальского завода - Линдхольменская верфь в Гётерборге - поставил товариществу еще шесть судов. Наливными судами нефть и нефтепродукты перевозили из Баку по Каспийскому морю в Астрахань, где помещали в хранилища и баржи, доставлявшие их в Архангельск, Петербург, порты Балтийского моря (рисунок 1.1). Доставка нефтегрузов по воде зависела от погоды -с ноября по конец февраля Волга вставала из-за морозов - в то время это был единственный путь доставки продукции на север к российским и европейским рынкам сбыта. Перед нефтепромышленниками стояла задача обеспечения нефтепродуктами центральных районов страны в межнациональный период. Решение этой задачи было возможно только при создании определенных запасов нефтепродуктов в местах наибольшего их потребления по пути доставки. Для создания таких запасов начинают сооружаться нефтехранилища в крупных населенных пунктах по основному пути доставки нефтепродуктов Волго-Камской системе.
Формирование системы нефтеснабжения в начальный период (1917-1940 гг)
К моменту национализации нефтяной промышленности России (1918 г.) существовало более 1000 нефтескладов и нефтебаз, из них в работе находилось около 100. К 1922 г. большинство нефтебаз и складов нефтепродуктов было запущено в эксплуатацию и общее количество функционирующих нефтебаз составляло 1211 в 611 населенных пунктах. Восстановление нефтескладского хозяйства в послереволюционный период осуществлялось в трудных условиях, вследствие блокады России, отсутствия финансовых и материальных ресурсов. Отдельные нефтесклады были демонтированы, и за их счет осуществлялось монтирование и доукомплектование некоторых нефтескладов, находившихся в сфере деятельности более насыщенных потребительских зон. В целях экономии материальных средств и людских ресурсов разрозненные хозяйства концентрировались в тех пунктах, где в силу развитой конкуренции бывших частных фирм имелось по два или три нефтесклада. Одновременно с восстановлением нефтескладского хозяйства возникла необходимость объединения расположенных на незначительном удалении друг от друга нефтескладов, ранее принадлежащих различным фирмам. Концентрация нефтескладского хозяйства началась в 1923 г. вначале в Юго-Западном районе, где 40 мелких нефтескладов были объединены в 26, а затем в Московском, Южном и Казанском районах. К 1926 г. число действующих нефтебаз в результате проведенной концентрации составляло 718 единиц и расположены они были в 563 населенных пунктах [73]. В этот период строятся новые нефтебазы, расширяя географию нефтесбытовой сети. К началу 1928г. Нефтесиндикат располагал внутри страны двадцатью конторами по сбыту нефтепродуктов, объединяющими 850 нефтебаз. Изменяются организационные формы отраслей нефтетранспорта, нефтехранения и нефтеснабжения. В 1929г. Нефтесиндикат расформировывается и все нефтебазовое хозяйство объединяется во Всесоюзное объединение «Союзнефть», на базе которого был создан Главнефтесбыт. Главнефтесбыт как единая система в зависимости от складывающихся условий входил в состав Наркомата нефтяной промышленности СССР, Государственных органов материально-технического снабжения СНК СССР и СМ СССР (Главнефтеснаб). В последующем органы нефтеснабжения координировались в плановых и оперативных вопросах Госснабом СССР и подчинялись союзным республикам (Главнефтеснабы и Главнефтесбыты).
Первая пятилетка (1928-1932гг) характеризовалась развитием и реконструкцией сети по всей территории СССР и особенно в национальных районах. Наряду с Главнефтесбытом развитие нефтескладского хозяйства осуществлялось также системой потребительской кооперации, Наркомземом и Наркомсовхозов. Нефтескладская сеть, эксплуатируемая непосредственно Главнефтеснабом к 1932г. выросла на 50% и имела в эксплуатации 1027 нефтебаз. В этот период практически была закончена концентрация существующих нефтескладов, прежде раздробленных на мелкие предприятия. Подготавливались планы и начиналась работа по реконструкции нефтескладской сети с учетом изменения ассортимента потребления на внутреннем рынке. План реконструкции нефтескладской сети строился на базе дифференциации складов по 12 типам [85]. 1-2 типы - Речная перевалочная база;
3 тип - Речные склады-распределители; 4-5 типы - Морская перевалочная база;
6 тип - Приморский склад-распределитель;
7 тип - Нефтебазы при заводах;
8 тип - Крупный склад-распределитель;
9 тип - Завозной склад принимает и отправляет все нефтепродукты кроме масел;
10 тип - Завозной склад (масляная база);
11 тип - Линейный склад-распределитель принимает с железной дороги и отпускает в тару;
12 тип - Линейный склад-распределитель принимает из продуктопровода.
Наибольший рост должен был быть обеспечен приречным нефтескладам распределителям с целью максимального использования речных путей второстепенного значения. По плану намечалось оставить объем операций на мелких раздаточных складах в системе Союзнефтеторга не менее 10 000 т/год.
Прием и погрузку маршрутов предполагалось производить в течение 3 часов. Удельный вес пунктов, принимающих одновременно маршруты в 120 вагон цистерн, должно возрасти с 0,5 до 8,6%. приемно-сливная способность всех прочих складов должна будет увеличиваться в 5 раз.
К 1935 году устанавливается классификация нефтебаз по признаку оперативной работы и по противопожарному признаку [114].
Первым является подразделение по признаку оперативной работы. По этому признаку нефтебазы разделялись на следующие типы:
1. Линейные распределительные базы, принимающие все нефтепродукты с колес и отпускающие их потребителю в автомобильные цистерны или в тару.
2. Речные и морские распределительные базы, принимающие нефтепродукты ограниченного ассортимента с воды из судов и баржей, а также в таре и отпускающие их потребителю в автоцистерны и в тару. 3. Крупные базы-распределители, принимающие все нефтепродукты с колес, а при расположении на судоходных реках - также и с воды и отпускающие нефтепродукты потребителю в автоцистерны, в тару, в железнодорожные цистерны, а в некоторых случаях и по трубопроводам.
4. Завозные нефтебазы, принимающие нефтепродукты с колес маршрутами и отправляющие их в вагонах-цистернах распределительным базам и непосредственно в адрес потребителей, а также ведущие одновременно распределительные операции по отпуску нефтепродуктов потребителям в автоцистерны и в тару (комбинированный нефтесклад). Завозные базы давали возможность максимальной гибкости в снабжении нефтепродуктами обслуживаемого ими района, что достигалось прикреплением к данному пункту определенного числа цистерн, курсирующих только в данном районе, в то время как емкость самой завозной базы пополнялась маршрутами из основных снабжающих баз. При таком положении, в момент напряженной работы (например, при сельскохозяйственных кампаниях) отдаленные от основных снабжающих баз распределительные базы не подвергались риску перебойного снабжения, так как пополняли свою емкость из недалеко расположенных от них завозных баз.
5. Нефтебазы при заводах, принимающие нефтепродукты с заводов по трубопроводам и отпускающие их нефтебазам или непосредственно потребителям по железной дороге в вагонах-цистернах или в таре.
6. Речные перевалочные базы двух видов: а) принимающие нефтепродукты с воды из баржей и отправляющие их в вагонах-цистернах на завозные базы, на базы-распределители и непосредственно потребителям, а также и в баржах и б) принимающие все нефтепродукты с колес вагонами-цистернами и отпускающие в баржах как речным базам, так и непосредственно потребителям.
7. Морские перевалочные базы двух видов: а) принимающие нефтепродукты с колес маршрутами, а также по трубопроводам с местных заводов и отпускающие в вагоны-цистерны как нефтебазам, так и непосредственно потребителям. Эти базы производили также отпуск нефтепродуктов в суда для снабжения морских распределителей. Речные и морские перевалочные базы, кроме перечисленных операций, производили еще и операции по отправкам водным путем масел в таре.
8. База-склад, расположенная при продуктопроводе. Этот склад принимает продукт из трубопровода и отпускает его в автоцистерны тару, а при расположении склада при железной дороге - в вагоны-цистерны.
Назначение и типы хранилищ (резервуаров), применяемых на нефтебазах
В условиях нефтескладской работы резервуары использовались для хранения нефтепродуктов в качестве мерников при отпуске и приеме, для смешения различных видов нефтепродуктов, для отстоя и осветления загрязненного нефтепродукта. До 30-х годов XX века повсеместно резервуары строились, в основном, из металла. Исходя из соображений экономии металла постановлением Народного Комиссариата тяжелой промышленности №28 от 23 января 1935г. [114] возведение стальных резервуаров для хранения черных нефтепродуктов (моторное топливо и мазуты всех сортов) было запрещено. Стальные резервуары могли использоваться только для светлых нефтепродуктов и масел. Нефть должна была храниться в железобетонных, каменных, кирпичных резервуарах с герметичными крышками, а мазут и другие темные нефтепродукты в резервуарах для нефти и в земляных амбарах - ямах. По мнению авторов этого постановления применение железобетона сокращало потребление металла в среднем на 50%. Кроме того в технических кругах считалось, что на пути к полному разрешению был вопрос о применении кирпичных резервуаров небольшой вместимости для хранения светлых нефтепродуктов. Как отмечалось в [114] особый интерес представляли работы Наркомзема и исследовательских институтов по постройке нескольких резервуаров оригинальной формы емкостью 50 и 100 тонн для хранения керосина и бензина. Строились эти резервуары из обыкновенного красного кирпича при толщине стенок, днища и сводчатого перекрытия 1525-250 мм (рисунок 3.1).
Рисунок 3.1 - Кирпичный бак «Звездочка» системы инж. Б.П. Архипова и Л.Н. Каменского, емкостью 130 м , около 100т горючего
В этот период проводилась работа по изысканию стойких штукатурок внутри резервуаров, обеспечивающих герметичность стенок. Итоги работ по применению различных бензинонепроницаемых штукатурок были подведены в мае 1934 г. на техническом совещании Ассоциации научно-исследовательских учреждений силикатной промышленности показали, что положительные результаты дает штукатурка из так называемого кислотоупорного цемента, вырабатываемого в СССР. При лабораторном испытании хорошие результаты дала покраска нитролаком с применением мездрового клея (эта покраска была проверена на деревянных бочках). Проводились работы по изысканию для резервуаростроения других материалов, среди которых предлагались клёпка (дерево) и фанера. К 1945г. в СССР сформировалась номенклатура и область применения различных нефтехранилищ, основные положения которых приведены ниже [143, 145].
Емкости (резервуары), предназначаемые для хранения нефтепродуктов наливом, носили общее название хранилищ.
Помимо резервуаров-хранилищ, существовали так называемые тарные хранилища, представляющие собою здания, в которых нефтепродукты хранились в мелкой таре (бочки, бидоны и т.п.).
По материалу, из которого изготовляются хранилища-резервуары, их подразделяют на неметаллические и металлические. Неметаллические резервуары строятся в виде земляных амбаров, кирпичных, каменных, бетонных или железобетонных резервуаров. В [82] упоминается об использовании деревянных резервуаров емкостью до 300 м3.
По способу установки хранилища делятся на наземные, полуподземные и подземные.
К наземным относятся такие хранилища, у которых днища (полы тарных хранилищ) расположены на уровне или выше планировочной отметки прилегающей территории.
К полуподземным хранилищам относятся такие хранилища, у которых днище (пол тарного хранилища) заглублено не менее чем на половину высоты резервуара или тарного хранилища, при этом наивысший уровень жидкостей в этих резервуарах или хранилищах должен находиться не выше двух метров над планировочной отметкой прилегающей территории.
Наконец, к подземным относятся такие хранилища, у которых наивысшая точка крыши (покрытия) располагается на 0,2 м ниже планировочной отметки прилегающей территории.
По форме хранилища-резервуары бывают прямоугольные, цилиндрические, шарообразные и сфероидальные. Кроме того, цилиндрические резервуары делятся на вертикальные и горизонтальные.
Устройство хранилищ, выбор материла для их постройки и способ их установки зависят, во-первых, от физико-химических свойств нефтепродуктов, для которых они предназначены, во-вторых, от типа и назначения склада, для которого сооружаются хранилища и, в-третьих, от условий перекачки продуктов. Часто резервуары заглубляются с целью получить возможность сливать нефтепродукты самотеком.
В период второй мировой войны в США в связи с острым недостатком листовой стали был разработан тип железобетонных резервуаров, выложенных внутри искусственным каучуком и предназначенных для хранения высокооктановых авиационных бензинов. Военно-морское ведомство США с успехом применило этот тип резервуара.
В 90-е годы рассматривалась возможность сооружения подземных хранилищ в соляных пластах для хранения нефтепродуктов [103].
Используемая в конце 40-х годов [143] классификация хранилищ нефти и нефтепродуктов представлена на рисунке 3.2.
В начале 50-х годов использовалась классификация резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов [82], представленная на рисунке 3.3.
Самыми старыми хранилищами нефти и нефтепродуктов являются земляные амбары-ямы, широко используемые с 50-х годов XIX века на Бакинских промыслах (рисунок 3.4) [50].
