Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние проблемы, цель и задачи исследования 7
1.1. Образование воды в нефтепродуктах 7
1.2. Влияние обводненности нефтепродуктов на их эксплуатационные свойства и на работу машин и механизмов 10
1.3. Предельно допустимые нормы содержания воды и загрязнений в нефтепродуктах 16
1.4. Обезвоживание нефтепродуктов 17
1.4.1. Обезвоживание в силовых полях 17
1.4.2. Обезвоживание в пористых перегородках 21
1.5. Средства сброса подтоварной воды из резервуаров 23
1.6. Выводы 26
1.7. Цель исследования 28
1.8. Задачи исследования 28
1.9. Структурная схема исследования 29
Глава 2. Методы исследования 31
2.1. Методики исследования загрязненности нефтепродуктов 31
2.1.1. Методики отбора проб нефтепродуктов 31
2.1.2. Комплексная методика исследования загрязненности нефтепродуктов 33
2.2. Методики исследования пористых перегородок 46
2.2.1. Комплексная методика исследования пористых перегородок 46
2.3. Выводы 62
Глава 3. Теоретические и экспериментальные исследования обводненности и загрязненности нефтепродуктов 64
3.1. Состояние воды в нефтепродуктах 64
3.2. Причины, источники и механизм обводнения нефтепродуктов 69
3.3. Влияние состава и свойств нефтепродуктов на их обводненность 73
3.4. Причины и источники образования загрязнений в нефтепродуктах 75
3.5. Исследование загрязненности нефтепродуктов 78
3.5.1. Исследование загрязненности автомобильных бензинов 78
3.5.2. Исследование загрязненности дизельных топлив 91
3.5.3. Исследование загрязненности моторных масел 108
3.6. Механизм формирования загрязнений в нефтепродуктах 124
3.7. Выводы 130
Глава 4. Экспериментальные исследования очистки нефтепродуктов 132
4.1. Исследование очистки нефтепродуктов в пористых перегородках 132
4.1.1. Исследование очистки светлых нефтепродуктов в металлокерамике из малоуглеродистой стали 132
4.1.2. Исследование очистки светлых нефтепродуктов в металлокерамике из нержавеющей стали и алюминия 154
4.1.3. Исследование очистки темных нефтепродуктов в металлокерамике из алюминия 160
4.2. Исследование очистки нефтепродуктов в силовых полях 181
4.3. Выводы 204
Глава 5. Слив отстоя из резервуаров на нефтебазах 206
5.1. Экспериментальные исследования слива отстоя нефтепродуктов из резервуаров 207
5.2. Определение вероятного количества воды в нефтепродуктах 224
5.3. Выводы 232
Глава 6. Система обеспечения чистоты нефтепродуктов на нефтебазах Республики Казахстан 234
6.1. Система обеспечения чистоты нефтепродуктов 234
6.1.1. Система защиты нефтепродуктов от загрязнений 234
6.1.2. Система очистки нефтепродуктов 245
6.2. Внедрение системы обеспечения чистоты нефтепродуктов 256
6.3. Технико-экономическая оценка эффективности внедрения исследований 259
6.4. Выводы 262
Общие выводы 265
Библиографический список 271
Приложения 288
- Влияние обводненности нефтепродуктов на их эксплуатационные свойства и на работу машин и механизмов
- Исследование загрязненности автомобильных бензинов
- Исследование очистки темных нефтепродуктов в металлокерамике из алюминия
- Система защиты нефтепродуктов от загрязнений
Введение к работе
Актуальность проблемы. Республика Казахстан является нефтедобываю-ім, перерабатывающим, потребляющим и экспортирующим государством. В спублике Казахстан добывается более 22 млн. тонн нефти, которая, в основном, рерабатывается на Павлодарском, Атырауском, Шьшкентском НПЗ. Кроме то-Республика Казахстан получает нефть и нефтепродукты из России в количест-более 20 млн. тонн.
Для приема, хранения и выдачи нефтепродуктов Республика Казахстан рас-чагает современными нефтебазами с общей емкостью резервуарного парка до 1 и. м3, оснащенными современным оборудованием. Республика Казахстан рас-иагает нефтебазами (нефтескладами) в системе сельского хозяйства вместимо-.ю от 40 до 1600 м1 и в системе топливно-энергетического комплекса вмести-стью от 1000 до 50000 м3, Нефтебазы, как правило, имеют отделения светлых ртепродуетов, отделения темных нефтепродуктов с участками приема, хране-а, восстановления качества и выдачи нефтепродуктов. Нефтебазы оснащены шзонтальными резервуарами от 5 до 50 м~ и вертикальными от 100 до 5000 м3 ;сийского и казахстанского изготовления. Резервуары не имеют аптикоррози-1ых внутренних покрытий. Нефтебазы и нефтесклады, в основном, созданы по іетским проектам. Основными нефтепродуктами, проходящими через нефтеба-являются автомобильные бензины, дизельные топлива и моторные масла. В >цессе транспортирования, приема, хранения и выдачи нефтепродуктов проис-игг интенсивное обводнение и загрязнение нефтепродуктов и последующее 'дшение их качества. В процессе применения этих нефтепродуктов происхо-: отрицательное воздействие воды и загрязнений на машины и механизмы. Так, втомобильных бензиновых двигателях с непосредственным впрыском топлива ice при незначительной обводненности и загрязненности бензина выходят из оя насосы объемного типа, устанавливаемые в топливных баках и инжектора, ановленные непосредственно на головке двигателя. В дизельных двигателях, дощих топливные насосы и форсунки с зазорами от 1,5 до 5 мкм дизельное ливо также не должно содержать воды и загрязнений. Общеизвестно отрица-ьное влияние обводненности и загрязненности моторных масел на работу сис-: смазки и двигателей в целом.
Причиной повышенной обводненности и загрязненности нефтепродуктов яются физико-химические свойства нефтепродуктов, климатические условия публики Казахстан и эксплуатация оборудования нефтебаз. Эта проблема ак-яьна для всех государств, имеющих разветвленную сеть нефтебаз.
Работа выполнялась в соответствии с концепцией развития нефтяной про-дленности Республики Казахстан на 1995 - 2000 годы и Государственной проймой Республики Казахстан по обеспечению нефтепродуктами на период до 0 года.
Цель работы. На основе теоретических и экспериментальных исследова-разработать и внедрить систему обеспечения чистоты нефтепродуктов в ус-иях транспортирования, хранения и заправки в Республике Казахстан.
Методы исследования. При проведении теоретических и экспериментам ных исследований использовались физико-химические методы, методы анали: математического моделирования, статистического и корреляционного анализов применением ЭВМ. Для исследований.обводненности и загрязненности нефт продуктов, для исследования пористых фильтрационных материалов и фильтре разработаны комплексные методики, включающие стандартные методики, а таї же методики, усовершенствованные и разработанные впервые.
Научная новизна. Впервые в условиях Республики Казахстан в результа-теоретических и экспериментальных исследований предложено решение, крупне научной проблемы обеспечения чистоты нефтепродуктов в условиях транспорті рования, хранения и заправки, имеющей важное народнохозяйственное значенні
Научная новизна работы заключается в комплексном системном подходе исследованию и решению актуальной проблемы и получении новых результатов ходе теоретических и экспериментальных исследований, заключающихся в ел дующем:
установлены фактическая обводненность и загрязненность нефтепроду тов, их характеристики, причины и источники обводнения и загрязнения нефі продуктов, которыми являются углеводородный состав нефтепродуктов, атм сферная пыль, продукты коррозии, продукты окисления и уплотнения нестабил ных углеводородов, микроорганизмы и продукты их жизнедеятельности, а таю физические условия транспортирования, хранения и заправки;
сформулирован механизм обводнения и загрязнения нефтепродуктов в у ловиях транспортирования, хранения и заправки;
показано, что этот процесс проходит непрерывно и свободная вода, нах дящаяся в нефтепродуктах играет главную роль в процессе образования загрязи ний, являясь как бы центрами собирания частиц на уровне меньше микрона и о разования частиц, размеры которых больше микрона, т.е. микрокапли воды явл ются центрами коагуляции коллоидных систем и образования на их основе ц участии неорганических загрязнений частиц крупного (5 — 20 мкм) размера;
составлены балансы загрязненности нефтепродуктов при транспортиррі ний, хранении и заправке в условиях Северного и Южного Казахстана для лета зимы.
Практическая шнностъ работы. В результате выполненного иселедої ния получены методические, экспериментальные, теоретические и опытно - КС структорские результаты, имеющие большую практическую ценность для неф; продуктообеспечения, автомобильного транспорта, сельскохозяйственного прої водства и других отраслей народного хозяйства Республики Казахстан.
Методические разработки позволяют с высокой точностью определить ф; тическую обводненность и загрязненность нефтепродуктов, установить причиї и источники обводнения и загрязнения нефтепродуктов и дать рекомендации повышению чистоты нефтепродуктов не только в Республике Казахстан, но практически в любом государстве ближнего и дальнего зарубежья.
Экспериментальные результаты выполненного исследования позволя оценить состояние отрасли нефтепродуктообеспечения по параметрам чисто нефтепродуктов и возможную надежность работы автомобилей и сельскохозяй венной техники в Республике Казахстан.
Теоретические результаты выполненного исследования позволяют прогно-фовать план практических рекомендаций и нахождение решений проблемы эеспечеяия чистоты нефтепродуктов в Республике Казахстан.
Большую практическую ценность имеют разработанные рекомендации:
по использованию пористых металлов в фильтрах для очистки нефтепро-^ктов;
по режимам удаления отстоя (подтоварной воды) из вертикальных цилин-эических резервуаров;
по использованию водосборников и поплавковых устройств для автомати-чжого дренирования подтоварной воды с минимальными потерями нефтепро-гтсгов;
- оптимальному определению накопившейся в резервуарах свободной воды.
Система обеспечения чистоты нефтепродуктов, разработанная в результате
молненного исследования, позволяет решить проблему чистоты нефтепродук->в в Республике Казахстан.
Реализация результатов исследования. На основании теоретических и :спериментальных исследований разработаны:
рекомендации по обеспечению чистоты нефтепродуктов в Республике Ка-хстан, включающие систему предупреждения загрязнения нефтепродуктов и істему очистки нефтепродуктов;
система дренирования подтоварной воды в вертикальных резервуарах, лючающая водосборное устройство, дренирующее устройство и поплавковое тройство для автоматического управления режимом дренирования подтоварной ды;
пористые перегородки из алюминия для средств фильтрации нефтепро-ктов в условиях нефтебаз;
комплексные методики исследования обводненности и загрязненности фтепродуктов;
методика оптимального определения обводненности нефтепродуктов в ре-рвуарах нефтебаз.
Эти разработки внедрены в Республике Казахстан.
Рекомендации по обеспечению чистоты нефтепродуктов в Республике Ка-сстан согласованы с ведущими нефтепродуктообеспечивающими предприятия-i Республики Казахстан и утверждены Казахским проектным институтом "Каз-пронефтетранс" и рекомендованы к внедрению в Республике Казахстан. Реко-ндации внедрены в АО "Уральскспеднефтегазснаб", АО "Яикская нефтебаза" шадно-Казахстанская область), в ОАО "Вертекс" (Алматинская и Северо-захская области) и в ТОО "Стандартойл" (Алматинская область). Система дре-рования внедрена на Яикской нефтебазе.
Пористые перегородки из алюминия рекомендованы к внедрению в произ-цство на Тырныаузском металлургическом комбинате.
Комплексная методика исследования обводненности и загрязненности неф-фодуктов.определения причин и источников обводненности и загрязненности ртепродуктов утверждена ЗАО "ПНПЗ - CCL", рекомендована и внедрена на влодарском НПЗ в целом и на региональных нефтебазах и нефтескладах НПЗ.
Методика оптимального определения обводненности рекомендована и вн дрена в ТОО "Уральскнефтепродукт" и на Яикской нефтебазе,,
Комплексные методики исследования- обводненности и загрязненное
нефтепродуктов внедрены в учебные процессы при чтении лекций и проведені
лабораторных работ. , .,
Внедрение "Рекомендаций по обеспечению чистоты нефтепродуктов в Ре публике Казахстан " дает технико-экономический эффект в условиях применен] нефтепродуктов повышенной чистоты, т.е. в процессе эксплуатации автомобилі и сельскохозяйственных машин за счет увеличения их надежности и долговечн ста, а также в условиях транспортирования, хранения и заправки в отрасли неї тепродуктообеспечения за счет уменьшения потерь нефтепродуктов в результа снижения их качества, уменьшения коррозии технических средств, повышен) долговечности работы технологического оборудования. Внедрение системы др нирования подтоварной воды из вертикальных цилиндрических резервуаров п зволит предотвратить коррозию резервуаров, повысить качество нефтепродукте увеличить использование вместимости резервуаров и уменьшить потери нефт продуктов. За год эксплуатации резервуара РВС - 1000 экономия составит 5000< рублей.
Внедрение пористых перегородок из алюминия, комплексной методики и следования обводненности и загрязненности нефтепродуктов, методики опт мального определения обводненности нефтепродуктов и другие внедрения да* большой экономический эффект.
Апробация работы. Диссертационная работа заслушена, обсуждена одобрена на техническом совете ТОО "Уральскнефтепродукт", ЗАО "ПНПЗ CCL", Казахского проектного института "Казгипронефтетраяс", на заседать кафедр "Эксплуатации МТП" Западно - Казахстанского СХИ, "Транспорта сельскохозяйственном производстве", МИИСПа, "Автомобильного транспорт МГАУ.
Результаты работы по отдельным этапам доложены, обсуждены и одобрен на научных конференциях Западно - Казахстанского СХИ, МГАУ.
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 26 печа ных работах, в том числе трех авторских свидетельствах. Отдельные результат исследований изложены в 10 отчетах по научно - исследовательской работе.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена в 307 страница содержит 69 рисунков, 52 таблицы, библиографию на 178 наименований и пр; ложения.
Влияние обводненности нефтепродуктов на их эксплуатационные свойства и на работу машин и механизмов
В эксплуатационной практике известно, что в присутствии воды увеличивается коррозийный износ деталей топливной системы, а также нарушается нормальный процесс сгорания топлива. При содержании воды в нефтепродуктах наблюдается повышение их температуры вспышки и температуры застывания. Топлива, содержащие влагу, снижают коэффициент полезного действия установки. Увеличение содержания воды в нефтепродуктах повышает температуру застывания нефтепродуктов, чем ухудшаются пусковые свойства и прогрев двигателей.
В условиях низких температур вода, содержащаяся в светлых нефтепродуктах, находится во взвешенном состоянии [8], что способствует образованию в них мелких кристаллов льда, вызывающих засорение фильтров. Переохлажденные капли воды при столкновении с холодными поверхностями, приводят к обледенению последних, нарушая их нормальную работу.
При наличии воды и сернистых соединений в светлых нефтепродуктах создаются условия для образования микроорганизмов, что является серьезным источником загрязнений и вызывает повышенную коррозию металлов и отказы в работе систем двигателей. Результаты исследования по этим вопросам, приведенные в работе [1], показывают, что после 14 месяцев хранения 4000 м3 дизельного топлива в 1 мл отстоявшейся воды обнаружено 62 млн. колоний бактерий, на границе вода-дизельное топливо (линия раздела фаз) - 196 млн. колоний и непосредственно над водой - 530 тыс. колоний.
Вода, обладая значительной поверхностной энергией, собирает мелко-дисперсную фазу загрязняющих примесей в светлых нефтепродуктах в отдельные крупные агрегаты, играя, таким образом, крайне отрицательную роль при скоплениях загрязнений в товарных нефтепродуктах [9]. При взаимодействии обводненного светлого нефтепродукта с медью или ее сплавами образуются студенистые отложения, примерный состав которых приведен в [1]:
Обводненные светлые нефтепродукты склонны к ускоренному окислению и, следовательно, к образованию смолистых веществ.
Содержащаяся в светлых нефтепродуктах вода вызывает повышенную коррозию внутренних поверхностей резервуаров, что приводит к образованию осадков в топливе. Состав осадка после 6-7-летнего хранения топлива подробно изложен в [1]. Осадок характеризуется высокой зольностью, достигающей 77-83% и повышенным содержанием железа (40-49%).
Для топливных систем авиационных двигателей главную опасность представляют кристаллы льда, которые образуются в топливе при отрицательных температурах вследствие замерзания свободной воды. Скопление кристаллов льда на топливных фильтрах является причиной их забивания.
Может происходить также и обледенение топливных фильтров в результате кристаллизации переохлажденных капель воды при их соударении с холодной поверхностью фильтрационной перегородки, однако это явление довольно редко.
Откладываясь на фильтрационном элементе, частицы загрязнений служат центрами кристаллизации для переохлажденных капель воды, интенсифицируя рост кристаллов льда на поверхности фильтрационного элемента.
При забивке топливного фильтра подача топлива к форсункам осуществляется через перепускной клапан. При этом содержащиеся в топливе кристаллы льда способны вызвать заклинивание плунжерных пор золотников и закупоривание каналов тошшворегулирующей аппаратуры, что может вызвать неисправности и отказы в работе двигателя.
При отрицательных температурах присутствие в топливе воды может вызвать закупоривание приемных сеток топливоподкачивающих насосов, повреждение покрытия топливных баков вследствие образования на их дне льда при замерзании отстойной воды, нарушение работы и выход из строя агрегатов топливной системы и датчиков измерительных приборов в результате намерзания на них льда и инея.
Отстойная вода способна вызвать также механическое повреждение топливных баков вследствие многократного расклинивания их швов при периодическом замерзании.
Попадание инея между электродами датчика указателя количества топлива, являющегося прибором емкостного типа, вызывает замыкание электродов.
При положительных температурах, кристаллы льда в топливе не образуются, однако вода способна значительно снизить надежность работы двигателя и топливной системы.
При попадании воды в форсунку может произойти затухание или срыв пламени. Временные перерывы в подаче топлива могут вызвать вспышки и хлопки в камере сгорания, приводящие к повреждению отдельных деталей двигателя, а длительные перерывы, сопровождающиеся остановкой двигателей, способны привести к аварийным ситуациям. Ухудшение смесеобразования, связанное с попаданием в топливо воды, может вызвать прогар стенок камер сгорания, лопаток соплового аппарата и турбины.
Значительный вред топливным системам наносят процессы коррозии, интенсивность которых при наличии воды в топливе увеличивается во много раз [10].
Имеющиеся в топливе загрязнения образуют осадки, которые в присутствии воды становятся электропроводными и вызывают возникновение утечек тока в датчиках измерительных приборов, что ведет к повышению погрешности прибора или его отказу.
В топливных системах дизелей вода приводит к повышенному износу прецизионных пар плунжеров насосов и форсунок топливной аппаратуры, а иногда и к их заклиниванию и поломкам. При низких температурах возможна забивка фильтров и форсунок кристаллами льда и обледенение.
В карбюраторных двигателях вода увеличивает износ трущихся деталей карбюратора, а в зимнее время обледенение деталей топливной аппаратуры.
Большую опасность вода в бензине представляет для топливных систем с непосредственным впрыском. В этих системах применяются насосы объемного типа, установленные в топливных баках. Вода в бензине ухудшает его смазывающие свойства и вызывает повышенный износ и заклинивание насосов. Вода отрицательно влияет на приборы, устанавливаемые в этих системах.
При наличии в масле воды, в первую очередь, ухудшаются его смазывающие свойства, что приводит к повышению износа смазываемых узлов, повреждению трущихся поверхностей и загрязнению масла продуктами износа.
Наиболее напряженными узлами трения в турбореактивных и турбовинтовых двигателях являются подшипники качения, на которых устанавливается газовая турбина и компрессор.
При попадании микрокапель воды в смазывающий слой процесс смазки значительно ухудшается, а при испарении происходят разрывы масляной пленки. Возрастает износ трущихся поверхностей и заклинивание подшипников.
В авиационных поршневых двигателях основными узлами трения являются подшипники качения для коренных опор вала и подшипники скольжения для присоединения к валу нижних головок шатунов. Большое трение возникает и при работе цилиндро-поршневой группы. Присутствие воды в виде стойкой водомасляной эмульсии существенно увеличивает износ.
Значительное трение наблюдается при работе шестеренных приводов и редукторов. При попадании между сопряженными поверхностями зубьев водомасляной эмульсии, толщина смазывающей пленки резко уменьшается, что увеличивает износ.
Вода в масле увеличивает его коррозионное воздействие на смазываемые детали.
Коррозионные процессы, протекающие в масляных системах в присутствии воды, наряду с разрушением поверхностей деталей приводят к об разованию твердых продуктов коррозии, которые забивают фильтры и отверстия малого диаметра. Процесс забивки интенсифицируется вследствие активного окисления в присутствии воды углеводородов масла.
Повышение кислотности масел вследствие образования органических кислот при взаимодействии углеводородов масла с водой также способствует увеличению их коррозионной активности.
Исследование загрязненности автомобильных бензинов
На нефтебазы Северного и Южного Казахстана автомобильные бензины поступают в железнодорожных и автомобильных цистернах (табл. 3.1, 3.2). Содержание загрязнений в средних пробах в летний период колеблется от 0,0028 до 0,0030% в железнодорожных цистернах и от 0,0032 до 0,0034% в автомобильных цистернах. Содержание воды соответственно колеблется от 0,0022 до 0,0028% и от 0,0026 до 0,0032%. Размер частиц загрязнений достигает 40-50 мкм и в отдельных случаях встречаются частицы размером более 50 мкм. Общее количество частиц составляет 28-32 тыс. частиц в 1 мл. бензина. В отстое содержание загрязнений и воды увеличивается на два порядка, количество частиц достигает 260-300 тыс. частиц в і мл.
В Южном Казахстане загрязнения автомобильных бензинов несколько выше за счет большей запыленности воздуха. В зимний период в Северном и Южном Казахстане загрязненность несколько уменьшается.
В резервуарах нефтебаз (табл.3.3; 3.4) летом в Северном и Южном Казахстане загрязненность автомобильных бензинов за счет отстаивания уменьшается и в средних пробах колеблется от 0,0020 до 0,0028%, а в отстое содержание загрязнений колеблется от 0,2820 до 0,3020%. Обводненность топлив в средних пробах примерно близки к обводненности автомобильного бензина в автомобильных и железнодорожных цистернах. Через раздаточный стояк в автомобильные цистерны заливается автомобильный бензин с содержанием загрязнений от 0,0016 до 0,0020%. Размер и количество частиц в автомобильном бензине в резервуарах нефтебаз уменьшается за счет отстаивания.
В зимний период содержание загрязнений в автомобильных бензинах из резервуаров остается на том же уровне. Однако, наблюдается небольшое повышение обводненности автомобильных бензинов.
Загрязнения автомобильных бензинов, поступающих на нефтебазы в железнодорожных и автомобильных цистернах летом в Северном Казахстане имеют (табл.3.5; 3.6) влажность 6,82-7,82% и зольность 72,08-78,20%о, т.е. загрязнения имеют высокую зольность и относительно небольшую влажность, которая меняется в зависимости от атмосферного давления и температуры в результате перехода воды в растворенное состояние в автомобильный бензин. Высокая зольность определяется содержанием Fe (3,85-4,85%), а также Si, Са, Mg и А1 , являющимися продуктами атмосферной пыли и составляющими 8,50-13,74 %. Остальные элементы в загрязнениях присутствуют в незначительных количествах.
В Южном Казахстане загрязнения в автомобильных бензинах имеют несколько большую зольность, в основном, за счет продуктов атмосферной пыли, а содержание влаги находится, примерно, на том же уровне. Зимой зольность уменьшается, а содержание влаги незначительно увеличивается. Загрязнения в отстое характеризуются значительным увеличением зольности до 92,02%, в первую очередь, за счет продуктов коррозии Fe.
Загрязнения автомобильных бензинов из средних проб резервуаров нефтескладов Северного Казахстана (табл.3.7) имеют примерно ту же влажность 6,80%, а зольность 68,12%, определяемую продуктами коррозии Fe и продуктами атмосферной пыли Si, Са, Mg и А1. Загрязнения из раздаточных стояков имеют меньшую влажность 6,42% и зольность 66,18%, как следствие отстаивания продуктов коррозии и частично продуктов атмосферной пыли.
В Южном Казахстане (табл.3.8) характеристика загрязнений определена меньшей влажностью и большей зольностью. В летний период запыленность воздуха в Северном Казахстане и Южном бывает близкой. В зимний же период влажность увеличивается, а зольность загрязнений уменьшается. На рис.3.1-3.4 показаны микрофотографии загрязнений в автомобильных бензинах Аи-93, из которых следует, что средние пробы автомобильных бензинов Аи-93 из железнодорожных цистерн содержат значительное количество частиц до 20 мкм, частицы размером 40-50 и более 50 мкм встречаются редко. В то же время в отстое находятся в значительном количестве загрязнения размерами до 200-250 мкм. В отстое присутствуют частицы продолговатой формы, по всей видимости их происхождение связано с прокладочно-уплотнительными материалами и растительными веществами. В отстое видны следы воды.
В пробах из автомобильных цистерн картина примерно аналогичная. Однако, в отстое крупных конгломератов загрязнений не наблюдается, так как интенсивное перемешивание автомобильного бензина при его транспортировании в автомобильной цистерне и коротких отрезках времени не дают им возможности образовываться.
В средних пробах из резервуаров нефтебаз в результате отстаивания крупных частиц загрязнений меньше, чем в пробах из железнодорожных и автомобильных цистерн. Общее количество частиц загрязнений в автомобильных бензинах Аи-93 из Южного Казахстана больше, но и здесь крупные частицы осели в отстой. В отстое из резервуаров нефтебаз содержатся крупные частицы загрязнений - продукты коррозии резервуаров, а также крупные конгломераты, образовавшиеся в результате коагуляции загрязнений под влиянием адсорбционной способности крупных капель воды. В отстое присутствуют также частицы продолговатой формы, появление которых можно объяснить наличием значительного количества поверхностно-активных веществ в отстое, а также частиц минерального и природного происхождения. В некоторых микрофотографиях наблюдаются комплексы, объединяющие большое количество частиц, имеющие вид желеобразных конгломератов, образовавшихся с участием воды и поверхностно-активных веществ.
На основе выполненного исследования составлен баланс загрязненности автомобильных бензинов на нефтебазах Северного и Южного Казахстана по летним и зимним периодам (рис.3.5).
Исследование очистки темных нефтепродуктов в металлокерамике из алюминия
Для очистки темных нефтепродуктов необходимы пористые перегородки с большим размером пор и толщиной, чем для светлых нефтепродуктов. Эти перегородки должны обеспечивать тонкость фильтрации порядка 20 мкм и выдерживать перепады давления до 3-5 кгс/см2.
Для исследований были изготовлены образцы фильтрационных элементов из пористого алюминия в виде дисков диаметром 50 мм и 20 мм с различными размерами фракций и различной толщиной от 1 до 12 мм. Характеристики фракций порообразователя образцов приведены в табл. 4.7.
Было исследовано 8 типов образцов фильтрационных элементов из пористого алюминия различной толщины. Характеристики фильтрационных элементов представлены в табл. 4.8.
Таким образом, экспериментальные данные подтверждают возможность теоретического расчета пористости корпускулярных пористых тел. Для фильтарционной перегородки из пористого алюминия можно принять пористость равную 0,6.
При выборе пористой перегородки для фильтрационного элемента одним из определяющих свойств является гидравлическая характеристика.
Определение гидравлических характеристик перегородок из пористого алюминия проводилось при температуре 20 С на моторном масле ГОСТ Ї054Ї-78.
Результаты исследования гидравлических характеристик пористых перегородок представлены в табл. 4.9, на рис. 4.19.
Зависимости q=f(AP) имеют линейный характер во всем диапазоне измерений. Это свидетельствует, что фильтрация масла проходила в области ламинарных режимов течения.
Из данных табл.4.9 и рис.4.19 следует, что лучшими гидравлическими характеристиками обладают образцы 1,5,3. У них при небольшом увеличении перепада давления достигается значительный, по сравнению с другими перегородками, прирост пропускной способности. Это объясняется большими размерами фракций порообразователя, так в образцах № I - 60% фракции размером 0,63-2,0 мм, в образцах № 5 -100% фракции размером 1,25-2,0 мм, в образцах № 3 - 40% фракции размером 0,63-2,0 мм. Остальные образцы имеют несколько худшие гидравлические характеристики.
Однако, даже образцы 6 и 7 имеют значения удельной пропускной способности на порядок выше, чем бумажные фильтрующие материалы БТ-ЮП, БМ-70, БФМ-П, натуральные ткани и нетканые материалы. Материалы из пористого алюминия по гидравлическим свойствам сравнимы с металлическими сетками и металлокерамическими элементами.
С изменением температуры, масла меняют вязкость в широких пределах, поэтому было проведено исследование зависимости пропускной способности фильтрационных материалов от вязкости масла. Графическая зависимость q=f(v) при перепаде давления АР = 0,05 МПа на образцах 6,7 представлена на рис. 4.20. С увеличением вязкости масла до 300 мм2/с удельная пропускная способность материалов резко падает, а с 300 мм2/с и выше менялась незначительно. В диапазоне рабочих температур от 20 С до 80С, при увеличении температуры масла происходит пропорциональное увеличение пропускной способности.
Для определения степени влияния перепада давления и толщины пористой перегородки на удельную пропускную способность, проводились опыты при перепадах давления от 0,05 МПа до 0,5 МПа и на образцах с различной толщиной. Для сглаживания полученных результатов, была составлена программа обработки данных на ЭВМ. Уравнения, описывающие изменение удельной пропускной способности пористой перегородки в зависимости от перепада давления и толщины перегородки, приведены в табл.4.10. На рис.4.21 показана зависимость пропускной способности от толщины. Из графика, представленного на рис.4. 22 для образца 7, следует, что удельная пропускная способность уменьшается с уменьшением перепада давления и с увеличением толщины пористой перегородки.
Полноту и тонкость отсева пористых перегородок определяли на безнасосной фильтрационной установке. Для исследования использовались пористые перегородки толщиной от 5 до 6 мм, исходя из соображений прочности и технологичности изготовления фильтра.
В табл. 4.11 представлены результаты лабораторных исследований эффективности очистки масла М-8-В2 перегородками из пористого алюминия. В табл. 4.12. представлены рассчитанные значения коэффициентов полноты отсева и тонкости отсева пористых перегородок. По результатам исследований гидравлических характеристик, полноты и тонкости отсева определены основные структурные и фильтрационные характеристики образцов из пористого алюминия (табл. 4.13.). Экспериментальные значения коэффициентов полноты отсева и отсева частиц хорошо согласуются с теоретическими зависимостями (рис. 4.23 и рис. 4.24).
Анализ полученных значений коэффициентов полноты отсева и тонкости отсева пористых перегородок из пористого алюминия показывает, что наименьший коэффициент полноты отсева получен для образца 1 -0,58,то есть пористая перегородка пропускает 42% загрязнений по массе.
Самой высокой полнотой отсева обладают образцы 6,7,8 для которых получены соответственно коэффициенты 0,96; 0,88; 0,80. Эти же образцы обладают более высокими значениями коэффициентов отсева. Все это позволяет рекомендовать данные образцы для очистки моторного масла, Учитывая требования по номинальной тонкости отсева, образцы 7 и 8 могут быть рекомендованы в качестве основных материалов для масляных фильтров тонкой очистки. Исходя из гидравлических свойств, более предпочтительно использовать пористую перегородку из образца 8.
Цилиндрические фильтрационные элементы для исследований были изготовлены из фракции 0,10-0,16 мм. Элементы имели высоту 200 мм, наружный диаметр 95 мм и внутренний диаметр 87 мм.
Исследования проводились на насосной фильтрационной установке, на моторном масле M-8Bi при температурах 20,50 и 70С. На рис.4.25 представлены гидравлические характеристики. Из рис. следует, что при перепаде давления 0,3 МПа при температуре масла 20С пропускная способность одного элемента составляет 100 л/мин, а при температуре 50С - 140 л/мин и температуре 75С - 200 л/мин.
Результаты определения полноты и тонкости отсева представлены в табл. 4.14 и 4.15.
Исследования показали, что фильтрационные элементы из пористого алюминия с размером фракций порообразователя 0,10... 0,16 мм полностью задерживают частицы искусственного загрязнителя выше 20 мкм и пропускают только 4% частиц размером свыше 10 мкм. Таким образом, абсолютная тонкость отсева фильтроэлементов 20 мкм, а номинальная тонкость отсева 10 мкм.
Система защиты нефтепродуктов от загрязнений
Защита нефтепродуктов от остаточных загрязнений.
В процессе транспортирования, хранения и заправки нефтепродуктов загрязнения под действием гравитационных и центробежных сил осаждаются и накапливаются на внутренних поверхностях средств транспортирования, хранения и заправки, в трубопроводах и арматуре. При поступлении на нефтебазы новые партии нефтепродуктов загрязняются этими остаточными загрязнениями.
Часть загрязнений удаляется из резервуаров, цистерн, фильтров и других агрегатов и технических средств нефтебаз в процессе слива отстоя. Эту операцию следует выполнять для резервуаров ежедневно, подвижных средств заправки и транспортирования из боковых емкостей и цистерн - через 200...300 ч работы. Из корпусов фильтров тонкой очистки сливают после очистки не менее 5...10 т топлива. Но все же при сливе отстоя некоторая часть загрязнений не удаляется и они постепенно накапливаются в технических средствах.
Для защиты нефтепродуктов от остаточных загрязнений необходимо предусматривать зачистку и мойку внутренних полостей технических средств, включая стационарные средства хранения, перекачки и заправки и подвижные средства транспортирования и заправки. Эти операции проводят при технических обслуживаниях №1 (Т04) и 2 (ТО-2).
Средства хранения, заправки и транспортирования защищают и промывают ручным способом или с помощью моечной машины ОМ-2308, применяя водные растворы синтетических моющих средств.
Фильтрационные элементы топливо- и маслораздаточных колонок, приемо-раздаточных агрегатов и подвижных средств заправки и транспортирования промывают при проведении ТО-1. Насосы топливо- и маслораздаточных колонок промывают при TO-i, подвижных средств заправки и транспортирования - при ТО-2. Во всех случаях используют керосин или бензин. Можно применять водные растворы синтетических моющих средств, после чего необходимо протереть деталь хлопчатобумажной ветошью и тщательно высушить.
Защита нефтепродуктов от атмосферных загрязнений.
Атмосферные загрязнения, состоящие из пыли и влаги, бывают различными по составу. Атмосферная пыль содержит неорганические вещества, в основном кварц и полевой шпат, а также органические вещества, количество которых зависит от состава почвы (почвенной пыли) [155 - 157].
Большое значение имеет дисперсный состав пыли, характеризующий ее способность удерживаться в воздухе во взвешенном состоянии, проникать в средства транспортирования, хранения и заправки нефтепродуктов, в системы машин и механизмов, а также вызывать износы трущихся пар.
Влага в атмосфере находится в виде паров, капель и кристаллов различных размеров и концентрации и проникает в нефтепродукты вместе с атмосферной пылью.
Основной причиной атмосферного загрязнения нефтепродуктов является их контактирование с запыленным и увлажненным воздухом в процессе транспортирования, хранения, заправки и применения. Поэтому должно быть исключено контактирование нефтепродуктов с атмосферой, а там, где это невозможно, оно должно осуществляться после очистки и осушки воздуха. Контактирование нефтепродуктов с атмосферой в средствах транспортирования, хранения и заправки происходит при больших и малых дыханиях емкостей, связанных с их заполнением и опорожнением, а также с нагревом и охлаждением.
Мероприятия по защите нефтепродуктов от атмосферной пыли и влаги разделяются на две группы.
К первой группе относятся меры по сокращению объемов малых дыханий и выполнению приемоотпускных операций в герметичных условиях. При этом также сокращаются потери нефтепродуктов от испарения. Такие задачи можно решить за счет создания емкостей повышенной прочности, работающих под избыточным давлением; термостатирования емкостей; уменьшения газового пространства; устройства газоуравнительных систем для емкостей; усовершенствования конструкций дыхательной арматуры.
Ко второй группе относится оснащение дыхательных и дренажных устройств средствами очистки воздуха от пыли и влаги. Эти средства делятся на воздухоочистители, фильтры и воздухоосушители. Используют гравитационные и инерционные воздухоочистители, фильтры с пористыми перегородками для очистки воздуха от пыли, электрофильтры и фильтры-влагоотделители, холодильные и адсорбционные воздухоосушители .
Для хранения нефтепродуктов под избыточным давлением требуются емкости повышенной прочности; при этом резко сокращается объем малых дыханий и загрязнений нефтепродуктов атмосферной пылью и влагой. Вертикальные стальные цилиндрические резервуары, рассчитанные на небольшое избыточное давление и вакуум, малопригодны для хранения топлива под избыточным давлением.
Топливо с высокой упругостью паров лучше хранить в шаровых, каплевидных, горизонтальных цилиндрических и других резервуарах, которые выдерживают давление до 0,1972 МПа, что позволяет почти полностью устранить малые дыхания.
Термостатирование резервуаров сокращает суточные колебания температуры нефтепродукта и газового пространства и уменьшает объем малых дыханий.
Для уменьшения колебаний температуры емкости окрашивают в светлые тона, орошают водой, защищают навесами, экранами и теплоизоляцией. заглубляют в грунт и т.п.
Уменьшение газового пространства в емкостях резко снижает объем малых дыханий. Так, если в горизонтальном резервуаре, заполненном автомобильным бензином на 70 %, объем малого дыхания принять за 100 %, то при заполнении на 90 % он составит 30 %, а при заполнении на 40 % -360 %.
Газовое пространство можно уменьшить за счет применения эластичных резинотканевых резервуаров, а также за счет оборудования емкостей плавающими крышами и понтонами.
Газоуравнительные системы представляют собой сеть трубопроводов, объединяющих газовое пространство емкостей с одинаковыми нефтепродуктами, подключенную к газокомпенсатору (резервуару с переменным газовым пространством). В качестве газокомпенсатора можно использовать резинотканевый резервуар. На время приемо-отпускных операций с газоу равнительной системой соединяют транспортные емкости (железнодорожные и автомобильные цистерны, автомобильные заправщики).
При нагревании нефтепродукта образующиеся пары поступают в газокомпенсатор.
Если нефтепродукт переливают, пары из заполняемой емкости поступают в освобождаемую и в газокомпенсатор. Таким образом, газоуравнительные системы практически полностью изолируют пары малых и больших дыханий от атмосферы, что исключает загрязнение и потери нефтепродуктов, а также загрязнение воздушного бассейна.
Дыхательная арматура резервуаров поддерживает определенные диапазоны давления и разрежения, при которых газовое пространство сообщается с атмосферой. При неисправной дыхательной арматуре или при ее постепенном срабатывании эти диапазоны увеличиваются, а следовательно, и степень загрязнения нефтепродуктов атмосферной пылью и влагой.
Средства очистки - это чаще всего фильтры, фильтры-влагоотделители и фильтры-осушители адсорбционного типа. Первые два вида предназначены для очистки воздуха от капель воды размером менее 10 мкм и атмосферной пыли; последний вид - для очистки воздуха от атмосферной пыли и водяных паров.
Защита нефтепродуктов от коррозионных загрязнений.
В нефтепродукты поступает большое количество коррозии внутренних металлических поверхностей средств транспортирования, хранения и заправки. При контакте с нефтепродуктами все виды металлов окисляются, особенно при наличии в нефтепродуктах воды. Процесс коррозии проходит и при контакте внутренних поверхностей с парами воды и кислородом воздуха (атмосферная коррозия) [158].
