Введение к работе
Актуальность темы исследований. Нефть - это ценное невосполнимое сырье, но в процессе транспортировки и хранения нефти имеют место её потери, значительную долю которых составляют потери от испарения. Например, при полном заполнении резервуара РВС-20000 при стандартных условиях в летний период испаряется и выбрасывается в атмосферу вместе с вытесняемой паровоздушной смесью около 10 тонн нефти. В целом же по стране, по данным Федеральной службы государственной статистики, выбросы углеводородов, отходящих от стационарных источников, по Российской Федерации в 2009 году составили 4,8 миллиона тонн. Это связано с несовершенством технических средств и технологических процессов при транспорте и хранении нефти.
Выбор средств сокращения потерь нефти от испарения из резервуаров связан с их величиной, поэтому возникает необходимость оценить её значение.
Традиционно для сокращения этих потерь применяются различные технические средства: диски-отражатели, газовые обвязки, газоуравнительные системы и понтоны. Однако эффективность их применения не всегда высока.
За рубежом для этой цели широко применяются системы улавливания легких фракций (УЛФ). В последние годы интерес к их использованию растет и в нашей стране. Системы УЛФ многообразны и основаны на различных физических принципах. Абсорбционные и адсорбционные системы УЛФ сложны, конденсационные -дороги, компрессорные - капиталоёмка и аожаровгры&зояаенве.
В условиях магистральных нефтепроводов и нефтеналивных терминалов в качестве альтернативы традиционным средствам сокращения потерь большой интерес представляют эжекторные системы УЛФ. Они относительно просты, мало капиталоёмки, взрыво-безопасны, но методы расчета таких систем находятся в стадии разработки, не определена область их применения.
Целью диссертационной работы является сокращение выбросов паров нефти при заполнении резервуаров и других емкостей на основе разработки и оптимизации технологии улавливания лёг-
ких фракции углеводородов с использованием жидкостно-газового
эжектора. ф
Основные задачи исследования
Получить критериальные зависимости для описания динамики испарения нефтей с различными свойствами по начальной концентрации углеводородов в газовом пространстве резервуара,
Выполнить сравнительный анализ точности различных методик расчетной оценки потерь нефти при «большом дыхании» резервуаров.
Экспериментально проверить возможность использования теории фазовых равновесий для прогнозирования величины степени улавливания паров нефти, достигаемой в эжекторной системе УЛФ,
Установить зависимость степени улавливания паров нефти от определяющих параметров в насосно-эжекторной системе улавливания легких фракций при использовании в качестве рабочей жидкости дизельного топлива.
Выполнить технико-экономический анализ области применения эжекторной системы улавливания легких фракций нефти.
Идея работы
Для снижения выбросов углеводородов в атмосферу следует поглощать легкие фракций углеводородов низколетучим светлым нефтепродуктом или нефтью с пониженной упругостью паров путём их смешения со скомпримированнои паровоздушной смесью из нефтяных резервуаров.
Научная новизна работы М *jf
Установлены критериальные зависимости для описания мас-соотдачи от поверхности нефти для случаев простоя, опорожнения и заполнения резервуаров, позволяющие оценить динамику испарения нефтей с различными свойствами по начальной концентрации углеводородов в газовом пространстве резервуара.
Установлена количественная связь величины степени улавливания паров нефти, достигаемой в эжекторной системе УЛФ при использовании в качестве рабочей жидкости дизельного топлива, с величиной давления, температуры, коэффициента эжекции и начальной концентрации углеводородов,
Защищаемые научные положения
Расчёты по прогнозированию потерь нефти от испарения по методике, основанной на использовании полученных критериальных уравнений массоотдачи, позволяют получить результаты с меньшей погрешностью, чем по существующим методикам. ш -«»*
Применение эжекторной системы улавливания легких фракций нефти является наиболее целесообразным способом сокращения её потерь от испарения на резервуарах номинальной вместимости 2000 м3 и 3000 м3, если коэффициент их оборачиваемости составляет от 20 до 48 І/год, при вместимости 5000. ..10000 м3, если коэффициент их оборачиваемости составляет от 8 до 43 1/год и на резервуаре объемом 20000 м3 и 50000 м3 при коэффициенте оборачиваемости менее, соответственно, 25 и 10 І/год.
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, численные методы, линейная алгебра, методы математической статистики, экспериментальные исследования для проверки возможности прогнозирования степени улавливания углеводородов при напорной абсорбции, статистические методы планирования и обработки экспериментальных данных.
Достоверность научных положений обоснована и подтвер
ждена использованием современных методов при проведении теоре
тических исследований, сходимостью расчетных и эксперименталь
ных данных с применением методов математической статистики и
регрессионного анализа, __ _
Практическая ценность работы
Разработанная методика с использованием критериальных
уравнений массоотдачи при операциях с нефтью в резервуарах ти
па РВС позволяет с достаточной для инженерных расчётов точно
стью прогнозировать потери нефти от испарения.
""W"
Разработан способ очистки от углеводородов парогазовой среды (заявка на изобретение №2010133414).
Разработанные автором рекомендации позволяют увеличить эффективность применения различных средств сокращения потерь нефти от испарения для нефтяных резервуаров типа РВС.
Апробация работы
Основные результаты работы докладывались на:
Международном форуме-конкурсе молодых ученых «Проблемы недропользования» (г. Санкт-Петербург, 23-25 апреля 2008 г.);
IV Международной учебно-научно-практической конференции «Трубопроводный транспорт - 2008» (г. Уфа, 2008 г.);
региональной научно-технической конференции «Проблемы разработки и эксплуатации месторождений высоковязких нефтей и битумов» (г.Ухта, 20-21 ноября 2008 г.);
X Международной молодежной научной конференции «Се-вергеоэкотех-2009» (г.Ухта, 18-20 марта 2009 г.);
auf Freiberger Forschungsforum 60. Berg- und Huttenmannischer Tag 2009: «Challenges and solutions in Mineral Industry» (Freiberg, Technische Universitat Bergakademie, 18 июня 2009 г.);
ежегодной научной конференции студентов и молодых ученых СПГГИ (ТУ) «Полезные ископаемые России и их освоение» (г. Санкт-Петербург, 2010 г.).
Публикации
По теме диссертации опубликовано восемь научных работ, из которых одна работа в издании, входящем в перечень научных изданий, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.
Личный вклад соискателя
Автором получены критериальные уравнения массоотдачи от поверхности нефти при операциях заполнения, опорожнения и простоя резервуаров, выполнен сравнительный анализ точности различных методик расчетной оценки потерь нефти при «большом дыхании» из них; разработана экспериментальная установка и методика исследований для проверки возможности прогнозирования степени улавливания углеводородов при напорной абсорбции, проведены опыты, обработаны полученные результаты, выполнен теоретиче-
ский расчёт по прогнозированию степени улавливания паров нефти при напорной абсорбции, проведена технико-экономическая оценка области применения эжекторных систем УЛФ.
Реализация результатов работы Л,
Методика, основанная на полученных критериальных зависимостях массоотдачи при заполнении и опорожнении нефтяных резервуаров и при хранении нефти, а также зависимость степени улавливания паров нефти при использовании эжекторной системы УЛФ могут быть применены на предприятиях нефтегазовой отрасли, осуществляющих операции приема и хранения нефти, при проектировании и реконструкции средств борьбы с испарениями на резервуарах типа РВС. Разработанный способ очистки от углеводородов парогазовой среды может быть применен для резервуарных парков магистральных нефтепроводов, морских нефтеналивных терминалов и пунктов налива железнодорожных цистерн в виде безопасных автоматизированных эжекторных установок, которые позволят добиться уменьшения выбросов углеводородов в атмосферу при наименьших затратах, чем при использовании традиционных технических средств.
Научные и практические результаты работы используются в
учебном процессе СПГГЙ (ТУ) при изучении дисциплины «Проек
тирование и эксплуатация нефтехранилищ и АЗС» студентами спе
циальности 130501. w ^%
Объем работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и рекомендаций, изложена на 185 страницах текста, содержит 48 рисунков, 28 таблиц, список использованных источников из 135 наименований, 2 приложения.
Автор выражает глубокую признательность д.т.н., профессору А.А. Коршаку, а также благодарит коллектив кафедры транспорта и хранения нефти и газа Санкт-Петербургского государственного горного института (технического университета) имени Г.В. Плеханова за помощь в работе над диссертацией. «&, ш
ММ МММ
..„„^iW"
