Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор литературы по теме исследований 17
1.1 Современное состояние резервуаростроения в мировой практике 17
1.2 Защита атмосферы от выбросов углеводородов из резервуаров для хранения и транспортирования нефти и нефтепродуктов. Анализ существующих систем 28
1.3 Потери бензина в резервуарах малой вместимости 40
1.4 Оценка экономической эффективности инвестиционных проектов 42
1.5 Постановка задач исследований 44
2 Разработка и испытание универсальной управляемой камеры 46
2.1 Разработка универсальной управляемой камеры 46
2.2 Расчет параметров управляемой камеры 57
2.3 Испытание модели универсальной управляемой камеры 61
Выводы по главе 2 71
3 Обоснование параметров оборудования для резервуаров с управляемой камерой 72
3.1 Обоснование выбора оборудования для резервуара с системой УК-1 72
3.2 Обоснование выбора оборудования для резервуара с системой УК-2 75
3.3 Расчет прочности стенки резервуара с установленной управляемой камерой 85
Выводы по главе 3 89
4 Оценка эффективности применения управляемой камеры 91
4.1 Технико-экономический расчет эффективности использования управляемой камеры 91
4.2 Сравнительная оценка области применения различных средств сокращения потерь бензина от испарения 96
4.3 Расчет экономической эффективности управляемой камеры 100
Выводы по главе 4 110
Основные выводы и рекомендации 111
Библиографический список 113
Приложение 126
- Современное состояние резервуаростроения в мировой практике
- Разработка универсальной управляемой камеры
- Обоснование выбора оборудования для резервуара с системой УК-2
- Расчет экономической эффективности управляемой камеры
Введение к работе
Актуальность работы
В настоящее время вопросам энергетической безопасности России уделяется все более серьезное внимание на всех уровнях законодательной и исполнительной власти. Особое ключевое место при этом занимает проблема повышения эффективности и безопасности хранения всей номенклатуры нефтепродуктов, обладающих очень специфическими свойствами.
Высокая испаряемость большинства сортов сырой нефти и светлых нефтепродуктов приводит к значительным потерям при хранении, причем потери эти как количественные, так и качественные, потому что испаряются главным образом наиболее легкие и ценные фракции горючего. По этой причине ко всем конструкциям резервуаров предъявляются, помимо прочности и долговечности, требования по снижению потерь от испарения. Эти потери не только приносят большой убыток экономике предприятия, но и приводят к загрязнению окружающей среды, поэтому борьба с ними является одной из главнейших задач.
По различным оценкам ежегодно в атмосферу планеты выбрасывается от 50 до 90 млн. т. углеводородов. Значительная часть этих выбросов приходится на предприятия нефтеперерабатывающей и нефтегазодобывающей отраслей промышленности. В России, по сведениям Федеральной службы государственной статистики, потери от испарения в 2009 г. составили 4,8 млн. т. Для снижения этих потерь применяют резервуары с понтонами и плавающими крышами, сооружают системы для улавливания легких фракций нефти или нефтепродуктов (УЛФ) и применяют резервуары специальных конструкций. Абсорбционные и адсорбционные системы УЛФ сложны, конденсационные - дороги, компрессорные - капиталоёмки и пожа-ровзрывоопасны. Для сокращения потерь от испарения, наряду с вышеперечисленными используются различные технические средства: диски-отражатели, газовые обвязки, газоуравнительные системы и прочее. Однако эффективность их применения не всегда высока. В качестве альтернативы традиционным средствам сокращения используются эжекторные системы УЛФ. Они относительно просты, имеют относительно невысокую стоимость, взрывобезопасны, но методы расчета таких систем находятся в стадии разработки, не оп-
ределена область их применения. Управляемая камера (УК) устанавливается в герметичный резервуар и служит для компенсации «дыханий», ликвидируя контакт нефтепродукта с воздухом, сокращая потери от испарения.
Выбор тех или иных конструктивных мер для уменьшения потерь зависит от назначения резервуара и условий хранения.
В настоящее время имеет место серьезная тенденция роста аварийных ситуаций в резервуарных парках практически по всему миру, причем детальный анализ имеющейся статистической информации свидетельствует об экспоненциальной зависимости количества аварий от времени эксплуатации резервуаров, что сопровождается значительными финансовыми, материальными потерями и экологическим ущербом. Все это, безусловно, свидетельствует об актуальности рассматриваемой проблемы повышения эксплуатационной надежности резервуаров и сокращения потерь нефтепродуктов от испарения.
Целью диссертационной работы является сокращение потерь от испарения хранимого нефтепродукта за счет применения в резервуаре управляемой камеры, заполняемой азотом.
Основные задачи:
Провести сравнительную оценку эффективности различных средств сокращения потерь бензина от испарения.
Разработать методы расчета конструктивных и эксплуатационных параметров управляемой камеры и вспомогательного оборудования.
Создать и провести испытания опытного образца управляемой камеры.
Выполнить технико-экономический анализ области применения управляемой камеры совместно с генератором азота (УК-1) и компрессором азота (УК-2).
Идея работы
Для уменьшения потерь от испарения нефтепродуктов в резервуаре следует сделать резервуар герметичным, а для компенсации «дыханий» - установить в нем управляемую камеру, наполняемую азотом; «дыхания» резервуара будут осуществляться за счет азота, находящегося в управляемой камере, сохраняя при этом нефтепродукт от испарения.
Научная новизна работы
Установлена эффективность нового метода сокращения потерь нефтепродуктов от испарения, которая достигается за счет использования управляемой камеры, наполняемой азотом, и способной изменять свой объем при изменении давления в ней.
Определена зависимость производительности оборудования от скорости слива нефтепродукта при использовании управляемой камеры совместно с генератором азота (УК-1) и компрессором азота (УК-2).
Защищаемые научные положения:
Область применения управляемой камеры, работающей с использованием генератора азота, соответствует коэффициентам оборачиваемости резервуаров от 5 до 39 раз в год.
Оборудование для совместного использования с управляемой камерой подбирается в зависимости от производительности генератора азота при максимальной загруженности нефтебазы, объема ресивера азота и скорости слива нефтепродукта.
Методика исследований
В основу проведенных исследований положен системный подход к изучаемому объекту. При решении поставленных задач использован комплексный метод исследований: обобщение и анализ теоретических и экспериментальных трудов в области прогнозирования и сокращения потерь нефти от испарения, методы математической статистики, планирование и обработка экспериментальных данных с помощью методов регрессивного анализа.
Достоверность научных положений обоснована и подтверждена использованием современных методов при проведении теоретических исследований, математического моделирования системы, достаточной сходимостью расчетных и экспериментальных данных.
Практическая значимость работы:
Разработано устройство, которое способно компенсировать
«дыхания» резервуара, позволяя сделать резервуар герметичным, и
ликвидировать потери от испарения (например: при десятикратной
оборачиваемости для резервуара V=5 тыс. м с понтоном сокращение потерь от испарения составит 6 т/год, в резервуаре со стационарной крышей, не оборудованном средствами сокращения потерь -83 т/год) (патент №2305655);
Определена зависимость производительности генератора азота (УК-1) при максимальной загруженности нефтебазы и объема ресивера азота от скорости слива нефтепродукта. Разработаны рекомендации использования систем УК-1 и УК-2 для наполнения управляемой камеры азотом (патент № 82685).
Апробация работы
Основные результаты работы докладывались на:
пятой межрегиональной научной конференции «Научный потенциал студенчества - будущему России» (г. Ставрополь, 2005 г.);
Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов «Молодые исследователи - регионам» (Вологда, 2006 г.);
Международной научной конференции «Научный потенциал студенчества - будущему России» (Ставрополь, 2007 г.);
первой научно-практической конференции «Молодые талан
ты Росинг» (Москва, 2007 г.);
одиннадцатой региональной научно-технической конференции «Вузовская наука Северо-Кавказскому региону» (Ставрополь, 2007 г.);
седьмой отраслевой научно-практической конференции ООО «Газпром трансгаз Ставрополь (п. Рыздвяный, 2008г.);
на XIV Международной выставке-конгрессе «Высокие технологии. Инновации. Инвестиции.» (Санкт-Петербург, 2008 г.);
Международной научной студенческой конференции «Научный потенциал студенчества - в XXI веке» (Ставрополь, 2009 г.);
конкурсе на лучшую молодежную научно-техническую разработку по проблемам топливно-энергетического комплекса «ТЭК» / Национальная система развития научной, творческой и инновационной деятельности молодежи России «ИНТЕГРАЦИЯ» (г. Москва, 2009 г.);
восьмой Всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов «Новые технологии в газовой промышленности ОАО «Газпром» (Москва, 2009 г.).
Публикации
Основные результаты диссертационной работы представлены в десяти публикациях и двух патентах. Из них три статьи опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.
Реализация результатов работы
Разработанная система сокращения потерь нефтепродукта от испарения при использовании управляемой камеры, наполненной азотом, может применяться на предприятиях нефтегазовой отрасли, осуществляющих операции приема и хранения нефти в РВС, при проектировании и реконструкции резервуаров. Устройство управляемой камеры в резервуаре позволит добиться уменьшения выбросов углеводородов в атмосферу при меньших затратах, чем при использовании традиционных технических средств.
Научные и практические результаты работы рекомендуются к использованию в учебном процессе СевКавГТУ при изучении дисциплины «Сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ» студентами специальности 130501.
Объем работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и рекомендаций, изложена на 136 страницах текста, содержит 38 рисунков, 14 таблиц, список использованных источников из 130 наименований.
Автор выражает признательность д.т.н., профессору кафедры нефтегазовое дело Северо-Кавказского государственного технического университета Е.Д. Басову за консультации при выполнении работы.
Современное состояние резервуаростроения в мировой практике
Нефть и нефтепродукты проходят сложный путь транспортировки, хранения и распределения. От скважин до установки нефтеперерабатывающего завода, от завода до потребителя. При этом они подвергаются многочисленным транспортным операциям, которые сопровождаются потерями, составляющими около 9% от годовой добычи нефти. Из них 2-2,5% приходятся на потери в сфере транспорта, хранения и распределения нефтепродуктов. Эти потери подразделяются на количественные (утечки, разливы, аварии) и качественно-количественные (испарение, смешение). Значительную долю в общем балансе потерь составляют потери от испарения в резервуарах и при сливо-наливных операциях [27, 30,41,94].
Испарение нефти и бензинов приводит к изменению их физико-химических свойств, уменьшению выхода светлых нефтепродуктов при переработке нефти, ухудшению эксплуатационных характеристик двигателей. В связи с этим затрудняется запуск двигателей, надежность их работы, увеличивается расход топлива и сокращается срок эксплуатации. Теряемые легкие углеводороды загрязняют окружающую среду и повышают пожароопасность предприятий. Так, при хранении темных нефтепродуктов или тяжелых нефтей эти потери незначительны. И наоборот, при хранении легкоиспаряющихся нефтепродуктов или нефтей с потенциалом бензина 5% и более они могут быть более 2 кг в месяц с 1 м поверхности испарения. Таким образом, жидкий бензин объемом, например, 1 млн. м шестикратно вытесняет 1 млн. м парогазовой смеси из различного рода резервуаров, т.е. 6 млн. м3, не считая объемов «малых дыханий». Среднегодовая концентрация паров бензина в вытесняемой парогазовой смеси составляет около 0,8 кг/м3. Тогда количество бензина, в вытесненной парогазовой смеси составит около 5000 т, т.е. 0,5% от начального его количества [37].
Практически все товарные нефтепродукты в России и за рубежом, как правило, хранят в вертикальных стальных резервуарах (РВС), суммарный объем которых составляет в настоящее время более 80% от общего объема хранилищ [20].
Добыча, транспортировка и переработка нефти является в настоящее время одним из основных направлений, характеризующих уровень конкурентоспособности государственной экономики и степень эффективности промышленности России. Непрерывный рост добычи и переработки нефти и нефтепродуктов во всем мире настоятельно требует увеличения интенсивности строительства крупных резервуаров и повышения их общей эксплуатационной надежности для эффективного, безаварийного хранения и использования нефтепродуктов [43, 48, 56, 104, 106].
Первыми практическими попытками создания вертикальных цилиндрических резервуаров в нашей стране были емкости, спроектированные и построенные под руководством и при непосредственном участии академика B.Г. Шухова. Вопросами повышения эксплуатационной надежности и технико-экономической эффективности современных резервуаров и резервуарных парков занимались признанные в научном мире отечественные и зарубежные ученые [15, 103, 122-130].
Общие научные принципы проектирования, возведения и эксплуатации стальных вертикальных резервуаров и выбор технических средств сокращения потерь нефтепродуктов от испарения сформулированы в работах отечественных ученых Ф.Ф. Абузовой, В.А. Афанасьева, И.С. Бронштейна, C.А. Бобровского, С.Г. Едиггрова, Н.Д. Иванова, А.А. Коршака, С.А. Коршака, В.М. Михайлова, В.Ф. Новоселова, О.А. Ткачева, П.И. Тугунова, И.Х. Хизгилова, В.Г. Шухова и другие.
В настоящее время научными исследованиями и разработкой типовых решений в резервуаростроении активно занимаются ряд научно исследовательских и проектных организаций; Башнефтепроект г.Уфа, ОАО «ВНИПИнефть» г. Москва, ТатНИПИнефть г. Бугульма, РГУ им. Губкина, г. Москва, ИПТЭР г. Уфа, ЦЫИИпроектстальконструкция им. Н.П.Мельникова г. Москва и другие.
Из зарубежных ученых проблемами повышения эксплуатационной надежности резервуаров занимались: D. Brooksbank, Н. Conrad, I.G. Curri, T. Gladmen, RJ. Holroid, K.G. Orlik, S. Palmer, A.K. Runchal, R.N. Wright, J. Ziolko.
Большая часть применяемых в настоящее время устройств были разработаны в прошлом веке. В настоящее время при возросших объемах перекачки нефтепродуктов и ужесточившихся экологических требований эти изобретения теряют актуальность, устаревая морально и физически. К тому же, они не способны обеспечить должный уровень сохранности хранимого продукта, что приводит к его безвозвратной потере и, как следствие, к материальным убыткам и недополученной прибыли [40, 55, 69, 114].
Все технологические операции при выдаче, приеме и хранении светлых нефтепродуктов сопровождаются действительными и кажущимися потерями бензина [25]. При заполнении пустого очищенного резервуара бензином, происходят следующие физические процессы: чистый резервуар заполнен воздухом и паров бензина в нем нет; давление в резервуаре равно атмосферному давлению и определяется только парциальным давлением воздуха. При подаче в резервуар бензина происходит уменьшение газового объема резервуара и, как следствие этого, увеличение в нем давления. При достижении в резервуаре давления, равного величине настройки предохранительного клапана, последний открывается и начинается сброс газовой фазы в атмосферу. Кроме того, поступивший бензин начинает испаряться, увеличивая парциальное давление в газовой фазе. Начиная с момента поступления в резервуар жидкого бензина, давление в его газовой фазе определяется парциальными давлениями воздуха и паров бензина. Пары бензина образуются над его поверхностью и диффундируют в газовое пространство. медленно заполняя весь объем резервуара. Выходящая через предохранительный клапан смесь вначале не содержит паров бензина и лишь по истечении некоторого времени будет обогащена парами бензина. Здесь мы имеем дело с безвозвратными потерями паров бензина, удаленными из резервуара через предохранительный клапан. По окончании заполнения резервуара бензином в газовой полости находится смесь под давлением настройки предохранительного клапана [2, 3, 23, 46]. Однако давление в ней продолжает расти и, следовательно, продолжается утечка смеси через предохранительный клапан до тех пор, пока парциальное давления паров бензина не достигнет своего максимального знамения, соответствующего давлению насыщенных паров бензина. Давление насыщенных паров бензина зависит только от температуры поверхностного слоя жидкого бензина. Следовательно, при закачивании бензина в резервуар имели место потери бензина:
безвозвратные потери в виде ушедших с газами паров бензина. Безвозвратные потери будут тем больше, чем больше объем закаченного бензина, чем выше температура жидкого бензина и чем медленнее идет заполнение резервуара, и могут достигать единиц килограмм на кубический метр вытесненной паровоздушной смеси;
кажущиеся потери - это пары бензина, находящиеся в газовом пространстве резервуара. Кажущиеся потери будут тем больше, чем выше температура жидкого бензина и чем больше объем газового пространства резервуара. Величина их может исчисляться единицами килограмм на кубический метр паровоздушного пространства емкости.
Например, при наливе в резервуар РВС-5000 2000 т бензина с температурой 25 С безвозвратные потери составят около 1000 кг, а кажушиеся составят около 2500 кг [7, 112].
При сливе жидкого бензина из резервуара происходит увеличение газового объема резервуара и как следствие этого снижение в нем давления. После достижения в резервуаре давления, равного величине настройки дыхательного клапана, он открывается и начинается всасывание в резервуар воздуха из атмосферы. Начиная с момента поступления в резервуар воздуха, парциальное давление бензина в его газовой фазе снижается за счет разбавления газовой фазы воздухом. Для поддержания парциального давления жидкий бензин начинает испаряться. Количество испарившегося бензина зависит от объема выкаченного бензина и температуры его жидкой фазы [64].
Таким образом, при приеме в РВС бензина образуются безвозвратные потери за счет выброса паров в атмосферу, а при выдаче бензина из РВС образуются кажущиеся потери. При постоянном температурном режиме мнимые и кажущиеся потери примерно одинаковые на единицу принятого или отпущенного бензина [1].
Разработка универсальной управляемой камеры
Проблемы испарения легких углеводородов при хранении являются весьма актуальными, особенно сейчас, при постоянно уменьшающихся запасах нефти, к тому же испарение углеводородов в атмосферу приводит к загрязнению воздушного бассейна, что негативно сказывается на общем экологическом состоянии региона.
В резервуарных парках происходят потери от испарения, причем потери эти как количественные, так и качественные, так как испаряются главным образом наиболее легкие и ценные фракции горючего. По этой причине ко всем конструкциям резервуаров предъявляются, помимо прочности и долговечности, требования по снижению потерь от испарения. Так, при хранении темных нефтепродуктов или тяжелых нефтей эти потери незначительны. И наоборот, при хранении легкоиспаряющихся нефтепродуктов или нефтей с потенциалом бензина 5% и более они могут быть более 2 кг в месяц с 1 м2 поверхности испарения.
Плавающие покрытия (металлические и неметаллические понтоны, плавающие крыши) могут сокращать потери до 80...90% по сравнению с резервуарами без покрытий.
Ежедневные мировые потери углеводородов от испарения равны их дневной добычи со среднего месторождения. Следует также заметить, что природное ископаемое - нефть относится к не возобновляемым ресурсам и поэтому проблеме безвозвратного испарения во всём мире уделяют особое внимание [72].
Изложенными причинами, а также стремлением к большей экономичности, технологичности и надежности сооружения объясняется многообразие резервуарных конструкций [119].
Устройство в резервуаре понтона или плавающей крыши является дорогостоящим и не самым рациональным методом сокращения потерь, поэтому применяют и другие средства. Выбор тех или иных конструктивных и технологических решений для уменьшения потерь зависит от назначения резервуара и условий хранения.
Более рациональный способ для уменьшения потерь нефтепродуктов -устройство управляемой камеры, представляющей собой герметичную гофрированную камеру, которая способна легко изменять свой объём при изменении давления в ней. Это достигается путём надувания-спускания управляемой камеры, выполненной из газонефтестойкого материала, азотом [76, 77, 85].
Наполнение управляемой камеры азотом, можно производить по двум вариантам:
1. При использовании генератора азота (УК-1) на рис.10, А [84, 86];
2. При использовании системы двух перепускных ресиверов с насосом-компрессором азота (УК-2) на рис.10, Б [87, 82].
Применение управляемой камеры в резервуаре позволяет:
решить основные проблемы, вызываемые испарением нефти и нефтепродуктов без использования сложных систем;
повысить пожаро- и взрывобезопасность эксплуатации резервуаров;
сократить выбросы легких углеводородов в атмосферу;
обеспечить постоянство состава хранимого нефтепродукта.
Данный метод эффективен как при модернизации уже сушествующих резервуаров для хранения бензина, обладающих значительными потерями при «больших и малых дыханиях», так и при строительстве новых.
Введение управляемой камеры в резервуар может происходить через маленькое технологическое окно, достаточное для протаскивания управляемой камеры в спущенном состоянии. В качестве такого технологического окна, возможно использовать люк-лаз на кровле резервуара [111].
Принцип действия данного метода заключается в следующем: когда резервуар полностью наполнен жидкостью, управляемая камера спущена и полностью прилегает к крыше резервуара. При отборе жидкости УК заполняется азотом и полностью заменяет недостающее количество жидкости (замещает её), препятствуя образованию газовой шапки. Управляемой камерой можно регулировать давление хранимой в резервуаре жидкости и путём увеличения давления, производить её отбор без применения специальных насосов [79]. Для увеличения пожаро- и взрывобезопасности в оболочку управляемой камеры закачивается азот из ресивера, находящегося рядом с резервуаром. Азот является газом, не поддерживающим горение, поэтому его применяют для пожаротушения на объектах нефтяной и газовой промышленности [83].
1. Принцип работы системы УК-1
Для наполнения внутренней полости управляемой камеры используется генератор азота. Генератор азота 8 (рис. 10, А) - обеспечивает своевременное наполнение управляемой камеры азотом, через ресивер низкого давления в объеме, достаточном для компенсации «больших и малых дыханий». Генератор азота включается при уменьшении заданного давления в ресивере. Скорость слива нефтепродукта из резервуара, при использовании УК-1, ограничивается производительностью генератора азота и/или объемом ресивера. Скорость закачки в резервуар бензина ограничивается лишь пропускной способностью обратного клапана 5. При наполнении резервуара, равно как и при нагревании, избыточное давление азота во внутренней полости управляемой камеры сбрасывается в атмосферу через обратный клапан 5.
2. Принцип работы системы УК-2
При отборе жидкости из резервуара понижается давление в управляемой камере, которое регистрируют датчики давления. Автоматически происходит перепускание азота из ресивера высокого давления 8 (рис. 10, Б) в оболочку управляемой камеры до заданного значения избыточного давления РИЗб, тем самым полностью заменяя недостающее количество жидкости, предотвращая потери нефтепродуктов от испарения.
Назад из управляемой камеры азот будет откачиваться компрессором в ресивер, либо в случае временной неисправности компрессора сбрасываться в атмосферу. Преимущество такой схемы заключается в том, что избыточное давление азота в резервуаре поддерживается не за счет периодического включения насоса-компрессора, а за счет механического передавливания азота через запорный клапан из одной емкости в другую. Имея большую ёмкость ресивера, можно обеспечить эффективную работу управляемой камеры при «малых дыханиях» резервуара без использования компрессора довольно продолжительное время.
Для наибольшей надежности оболочка управляемой камеры может состоять из нескольких слоев, каждый последующий располагается поверх предыдущего, получается конструкция «шар в шаре». Количество защитных слоёв может изменяться в сторону увеличения или уменьшения в зависимости от ответственности резервуара и от плотности хранимой жидкости, также может изменяться материал оболочек [7, 78, 81]. Технико-экономическое обоснование выбора материала и необходимого оборудования для УК-1 и УК-2 приведено в четвертой главе настоящей диссертационной работы.
Обоснование выбора оборудования для резервуара с системой УК-2
Частота включения компрессора будет увеличиваться с уменьшением объема ресивера. Очевидно, что каждое включение электродвигателя - это нагрузка на него и дополнительные энергозатраты. В связи с вышеизложенным, необходимо обеспечить достаточную емкость ресивера высокого и низкого давления. Рассчитаем поршневой компрессор с запасом от его эффективной производительности (производительности по нагнетанию) для того, чтобы дать компрессору возможность непостоянной работы (с «передышками»), что уменьшит его износ.
Для того, чтобы рассчитать необходимую минимальную производительность поршневого компрессора V"тin, разделим требуемую производительность LB на коэффициент 0,6. В нашем примере, для модели резервуара, при требуемой производительности 8 л/мин, этот расчет будет выглядеть следующим образом где V min - минимальная производительность поршневого компрессора V min =13,3 (л/мин); LB - требуемая производительность поршневого компрессора.
Помимо эффективной производительности поршневого компрессора с учетом резерва, которая для данной модели резервуара по расчетам составляет не менее 13,3 л/мин, необходимо учитывать нагнетаемое давление в ресивер.
Увеличение скорости заполнения резервуара нефтепродуктом, при использовании системы УК-2, приводит к увеличению производительности по всасыванию насоса-компрессора азота, что влечет за собой увеличение его стоимости. Произведем подбор оптимального оборудования для работы системы УК-2.
Для ресивера высокого давления важным фактором является вместимость, которая зависит от количества азота в управляемой камере резервуара и давления нагнетаемого насосом-компрессором, которое принимаем равным максимально допустимому давлению в ресивере. Толщина стенки ресивера зависит от давления Рр.в.д., внутреннего диаметра ресивера De, и допускаемого напряжение на разрыв Rp. Увеличение давления в ресивере или размеров самого ресивера приводит к увеличению толщины стенки.
При использовании системы УК-2 в резервуаре объёмом У=1000 м3, хранящим светлые нефтепродукты, произведем подбор оптимального ресивера и насоса-компрессора азота. Минимальный объем азота, содержащийся в ресивере, должен обеспечивать в полном объеме «большие и малые дыхания» резервуара.
Стоимость ресивера определяется где Sк - капитальные затраты на изготовление ресивера; Sм - стоимость работ по монтажу ресивера; сі - прочие затраты.
К прочим затратам, относятся затраты которые могут возникнуть при расположении ресивера на площадке. В случае подземного исполнения ресивера - затраты на земляные работы связанные с монтажом оборудования. Или если на территории нефтебазы нет возможности установить ресивер возле резервуара и приняли решение о выносе ресивера за территорию нефтебазы (в том числе по соображениям безопасности), то возникают затраты на аренду (выкуп) дополнительной площади земельного участка для установки ресивера и т.п.
Для расчета капитальных затрат на изготовление ресивера рассчитаем требуемую толщину стенки где Р - рабочее давление, Па; De - внутренний диаметр ресивера, см; Rp- допускаемое напряжение на разрыв, Па; Ф - коэффициент прочности ( р=0,7); с - прибавка на минусовые допуски, см.
При увеличении объема ресивера давление снижается, но при этом, стоимость ресивера увеличивается. Для расчета оптимальной стоимости произведем подбор необходимого компрессора, способного обеспечить требуемое давление, в зависимости от расчетного давления в ресивере.
Из имеющихся типоразмеров резервуаров различных объемов рассчитаем требуемые параметры ресивера азота (рис. 18) по формулам (3.4-3.9). Расчетные данные представлены в таб.8.
Оптимальное значение объёма ресивера (VonT) можно найти следующим образом. Пусть стоимость ресивера при заданном объеме ресивера V есть функция (ррес=(ррес (V) . Если задаться объёмом ресивера V, то по значению V определится максимальное давление, которое должно создаваться в ресивере компрессором Pmax(V). По всличинс Pmax(V) опредсляется стоимость компрессора (Ркомпр=(ркомпр.(?ты(У))- Суммарная стоимость ресивера и компрессора будет равна (ррес (V)+ (рКОмпР.( т У))- Для определения минимума функции (ррес (V)+ pKmmp.(?wjy)) необходимо решить уравнение
В результате решения уравнения находим значение Vonx, которое может не совпадать со стандартными размерами выпускаемых ресиверов. Подберем ресивер, близкий по расчетному объему, исходя из стандартов и типоразмеров резервуарных конструкций. Оптимальное VonTXT. по стоимости оборудование для резервуара РВС 1000 с УК-2 является: ресивер VM00 м и компрессор К-11с максимально нагнетаемым давлением не менее Рк=10 кгс/см . Для каждого конкретного случая стоимость может быть уточнена в зависимости от местности, климатической зоны. С точки зрения конструктивной оптимальности эффективнее использовать ресивер, имеющий небольшие габаритные размеры, но при этом давление в нем увеличится и потребуется подключить более мощный и, следовательно, более дорогой компрессор. Поэтому к выбору оборудования в каждом конкретном случае необходимо подходить объективно в соответствии с поставленными задачами.
Произведем расчет выбора оборудования для резервуаров различных объемов с установленной УК. Результаты расчетов представлены на рис.20-21.
Расчет экономической эффективности управляемой камеры
Рассчитаем Ка-критерий при различных коэффициентах оборачиваемости резервуара. При сроке службы tc=10 лет и норме дисконта Е=0Д25 в резервуаре PBC 1000 при коэффициенте оборачиваемости поб 4—использование средств сокращения потерь нефти нецелесообразно (Ка 0). При 5 — поб 39— величина Ка-критерия выше у системы УК-1, При 6— поб 8— величина Ка-критерия у газовой обвязки выше, чем у понтона, диска-отражателя, УК-2 но, ни ниже УК-1. Для УК-2 при 12— поб 25 — величина Ка-критерия год год выше, чем у понтона, но меньше, чем у УК с генератором азота (рис. 28).
При оборачиваемости поб= 25— значение величины Ка-критерия для УК-2 равно значению Ка-критерия для понтона.
Это объясняется тем, что капитальные затраты достаточно высоки из-за использования дорогостоящего оборудования. Несмотря на то, что потерь от испарения при использовании управляемой камеры (УК-1 и УК-2) в резервуаре будет, при Поб= 39— величина Ка-критерия для понтона и УК с генератором азота одинакова, что говорит о равной экономической возможности использования обеих систем. При больших же коэффициентах оборачиваемости Поб 39— год выгоднее использовать металлические понтоны, потому как затраты на электроэнергию для работы генератора азота становятся слишком высоки. Значение Ка-критерий для УК-1 и УК-2 при п0б 70 — становятся практически равными. год
При увеличении срока службы проекта (рис.30 - рис.31) наряду с УК-1 экономически оправданным становится использование УК-2 при 6— поб 32—— в сравнении с другими средствами сокращения потерь (понтоном, газовой обвязкой, диском-отражателем). Это объясняется тем, что оборудование УК-2 к этому времени в большей степени окупается, а затраты на электроэнергию, до указанных коэффициентов оборачиваемости, относительно небольшие. При поб 32— для УК-2 и поб 40— для УК-1 эффективнее становится использование понтона.
При уменьшении же ставки дисконтирования i=0,05 (Е=0,1) (рис.29 рис.30) наблюдается увеличение нормы дисконта, что ведет к увеличению дисконтированного периода окупаемости и расширяет область применения УК 2 в сравнении с Е=0,15 при 7— поб 28 —.
Произведем расчет Ка-критерия для резервуаров различной вместимости.
Коэффициент оборачиваемости, Поб газовая обвязка —О— понтон —X— УК-1
При увеличении объема резервуара эффективность использования УК-2 снижается, т.к. с возрастанием объема резервуара капитальные и эксплуатационные затраты возрастают. Исходя из этого, можно сделать вывод о неэффективности использования УК-2 в резервуарах больших объемов (У 700 м ).
Диски-отражатели не способны конкурировать ни с одной из рассматриваемых систем сокращения потерь, т.к. имеют очень низкую степень сокращения потерь от испарения. Следует отметить, что величина Ка-критерия для дисков-отражателей в рассматриваемой области близка к нулю. Несмотря на то, что диски-отражатели имеют низкую стоимость, они не способны дать экономический эффект из-за низкой эффективности. Эффективность использования газовой обвязки при 8 — Поб 12— год одд выше чем у понтона, только в резервуарах с номинальной вместимостью до 1000 м включительно. Однако, при увеличении капитальных затрат, а именно: производительности генератора азота, насоса-компрессора (при использовании ресивера недостаточного объема, увеличении скорости и объема слива-налива нефтепродукта) (рис.36). Эффективность применения газовой обвязки будет выше для резервуаров вместимостью до 1000 м3 включительно, при
Коэффициент оборачиваемости, поб диск -Ж-газовая обвязка -О-понтон -Х-УК-1 -ОУК-2 Рисунок 37 - Зависимость величины Ка-критерия при увеличении капитальных затрат (РВС-400, срок службы tc=10 лет, Е=0,125)
Указанные закономерности обусловлены сложным влиянием на величину Ка-критерия сразу нескольких определяющих факторов; 8, Куд, Эуд, ten 1.
Во всех рассматриваемых случаях эффективность использования у системы управляемой камеры совместно с генератором азота выше, что говорит об эффективности применения УК-1.
В расчетах Ка-критерия были использованы дынные по скорости сливных операций в резервуарах на нефтебазе ОАО «НК «Роснефть-Ставрополье».
Скорость слива нефтепродукта из резервуара, при использовании УК-1, ограничивается производительностью генератора азота и/или объемом ресивера. Скорость закачки в резервуар бензина ограничивается лишь пропускной способностью обратного клапана 5 рис.10. Скорость сливно-наливных операций при использовании УК-2 зависит, в первую очередь, от производительности компрессора, по этой причине капитальные затраты при увеличении объема резервуара значительно возрастают.
Приведенные выводы об области применения различных средств сокращения потерь бензина Аи-92 из резервуаров необходимо рассматривать как оценочные, т.к., во-первых, они были получены при ряде упрощающих допущений, во- вторых, в настоящее время цены на материалы и оборудование являются договорными, а, в-третьих, использование того или иного способа зависит от множества условий и не может быть применено во всех без исключения случаях. Поэтому по каждому конкретному объекту расчет величин Ка-критерия должен быть уточнен.
При использовании систем УК-1 и УК-2 выбросов углеводородов в атмосферу не происходит, следовательно, не изменяется качественный и количественный состав хранимого продукта. С каждым годом цены на углеводороды увеличиваются, поэтому эффективность использования систем УК-1 и УК-2 будет с каждым годом возрастать.
