Способ хранения нефтепродуктов с утилизацией паров и установка для его осуществления

(54) СПОСОБ ХРАНЕНИЯ НЕФТЕПРОДУКТ В С УТИЛИЗАЦИЕЙ ПАРОВ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ,(57) Изобретение относится к хранению нефтепродуктов и может быть использовано в нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности, а такжев других отраслях, связанных с хране: нием легкоиспаряющихся продуктов.Цель изобретения - снижение потерь нефтепродуктов путем повышения полноты утилизации паров нефтепродуктов. н Способ заключается в отборе паровоз- душной си (ПВС) из газового пространств (ГП) резервуара, пропуска-. Р нии в режиме барботажа через слой Р . того же нефтейродукта и возвращении л воздуха после барботажа обратно:.в ГП сме аГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ резервуара. Новым в способе является охлаждение барботируемого нефтепро-: дукта до температуры ниже температуры придонных слоев нефтепродукта и выпе температуры, соответствующей нулевому парциальному давлению паров, посредством охлаждения низкотемпературным хладагентом и термостатирования заглублением в грунт, а также понижение концентрации паров нефтепродукта в ГП резервуара до верхнего концентрационного предела взрываемости паров в воздухе непосредственно перед осуществлением "большого дыхания". Для осуществления способа установка включает резервуар, компрессор, крестовину с форсунками. Новым является расположение крестовины в нижней части емкости-конденсатора, заполненной тем же нефтепродуктом и снабженной змеевиком для прохода низкотемпературного хладагента. При этом свободое.пространство емкости-конденсато 1 ювй ра посредством теплоиэолированного трубопровода соединено с ГП резервуа- ффффф а, а входной и выходной патрубки асположены диаметрально противопо- (Ь ожно иа крыше резервуара. 2 с,п. и 1) 1 з.п. ф-хаа, 3 ил., 2 табл.СИзобретение относится к хранениюнефтепродуктов и может быть использовано в нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности, а такжев других отраслях, связанных с хранением легкоиспаряющихся продуктов,Цель изобретения - снижение потерьнефтепродуктов путем повышения пол-ноты утилизации паров.На фиг.1 изображена предлагаемаяустановка, на фиг.2 - разрез А-А нафиг.,1; на фиг.3 - разрез Б-Б нафиг.2.Поддержание температуры барботируемого нефтепродукта ниже температуры хранимого нефтепродукта и вышетемпературы, соответствующей нулевомупарциальному давлению паров посредством охлаждения низкотемпературнымхладагентом позволяет при непосредственном контакте паровоэдушной смеси(ПВС) с охлаждаемым нефтепродуктомв режиме барботажа достичь конденсации практически всей массы паров, приэтом охлажденный воздух, не конденсирующийся при барботаже, возвращаясьобратно в газовое пространство (ГП)резервуара, вызывает существенноеснижение температуры, а следовательно, и концентрации паров в ГП, т.е.в резервуаре поддерживается болеенизкий уровень равновесной концентрации паров, и следовательно, снижаютсязатраты энергии на конденсацию последних. Термостатирование заглублением в грунт обеспечивает рациональноес точки зрения экономии электроэнергчи использование холода низкотемпературного хладагента, сводя к минимуму потери холода в окружающую среду.Энергия, затраченная на охлаждение барботируемого нефтепродукта,расходуется не только на конденсациюпаров при барботаже, но и на предварительную конденсацию паров в самомрезервуаре, т.е. на барботаж подаетсяПВС с меньшей концентрацией паров,тем самым снижаются затраты энергиина конденсацию паров,Кроме того, для нефтепродуктов,защищенных плавающими подвижными покрытиями, уменьшающими скорость тепломассообмена между жидкой и газовойфазами, затраты энергии будут еще более низкими по сравнению с незащищенными нефтепродуктами, так как защитное покрытие уменьшает скорость испарения, и, следовательно, скорость10 15 20 25 нарастания концентрации будет в несколько раз меньше, чем над незащищенной поверхностью. Таким образом,низкая концентрация, паров в ГП резервуара поддерживается еще и защитным покрытием, что обеспечивает снижение затрат энергии на утилизациюпаров,Согласно предлагаемому способу перед отбором паровоздушной смеси, вытесняемой из газового пространстварезервуара при "большом дыхании",концентрацию паров нефтепродукта вгазовом пространстве резервуара понижают до верхнего концентрационногопредела вэрываемости паров нефтепродукта в воздухе.Количество энергии, необходимоедля полной утилизации паров нефтепродукта из ПВС, вытесняемой из ГП резервуара при "малых" и "больших дыханиях", определяется концентрациейпаров, теплосодержанием и расходомвытесняемой смеси, При равных теплосодержаниях смеси и концентрации па, ров расходы ПВС при "малом дыхании" 30 35 40 45 50 55(вытеснение смеси за счет температурного расширения объема ГП) и "большом дыхании" (вытеснение смеси закачиваемым нефтепродуктом при заполнении резервуара) различаются на порядок. Поэтому расход низкотемпературного хладагента, т.е. мощность холодильного агрегата, расчитанная изусловия обеспечения полной утилизациипаров при "большом дыхании", будетвсегда на порядок превышать потребности в энергии для утилизации паровпри "малых дыханиях", т.епри неподвижном хранении нефтепродуктов. Предварительное понижение концентрациипаров нефтепродукта в ГП резервуарадо верхнего концентрационного пределавзрываемости паров нефтепродукта ввоздухе непосредственно перед отборомПВС, вытесняемой из ГП при "большомдыхании", т.е. непосредственно передзаполнением резервуара, позволяетв режиме неподвижного хранения нефтепродукта предварительно извлечь основ"ную долю паров из ПВС, находящейсяв ГП резервуара, посредством конденсации паров при барботаже и непосредственно в ГП при соприкосновении схолодным воздухом. Кроме того, предварительное понижение концентрациипозволяет значительно снизить теплосодержание ПВС, находящейся в ГП, за40 45 счет использования холода воздуха,возвращаемого обратно в резервуарТаким образом, непосредственно призаполнении резервуара, характеризующемся большим расходом вытесняемойПВС, остается лишь извлечь оставшуюсячасть паров из вытесняемой ПВС, чтоосуществляется холодильным агрегатомменьшей мощности, следовательно, снижаются затраты энергии на утилизациюпаров нефтепродукта в режимах хранения и приема нефтепродукта.Выбор предела снижения концентрации паров в ГП, равного верхнему концентрационному пределу взрываемостипаров, обусловлен обеспечением надежной, безаварийной работы, .а такжеэкономической целесообразностью.Например; для автомобильного бензина этот уровень равен 5,27., и понижение его экономически нецелесообразно, так как дальнейшее уменьшениеконцентрации, снижая затраты энергиина утилизацию паров при "большом дыхании", значительно увеличивает времяподготовительной операции, а следовательно, и затраты энергии на ее проведение,Установка для осуществления предлагаемого способа утилизации паровнефтепродуктов, преимущественно защищенных плавающими подвижными покрытиями, уменьшающими скорость тепломассообмена между жидкой и газовойфазами, содержит резервуар, газовоепространство которого через входнойпатрубок соединено с входом компрессора, а выход последнего соединен скрестовиной, снабженной форсунками,крестовина расположена в нижней частиемкости-конденсатора, заполненной рабочим телом, например тем же нефтепродуктом, и снабженной трубчатымэлементом для прохода низкотемпературного хладагента, при этом свободное пространство емкости-конденсаторапосредством теплоизолированного трубопровода соединено с газовым пространством резервуара, а входной ивыходной патрубки резервуара расположены диаметрально противоположно накрыше резервуара.Расположение крестовины с форсунками в нижней части емкости-конденсатора, заполненной рабочим телом иснабженной трубчатым элементом дляпрохода низкотемпературного хладаген"та, позволяет осуществить барботаж горячей ПВС через слой охлаждаемого нефтепродукта. Таким образом, при непосредственном контакте фаз конденси 5 руется практически вся масса паров,а инертный неконденсирующийся компонент ПВС - воздух охлаждается дотемпературы рабочего тела емкостиконденсатора,10 Соединение свободного пространстваемкости-конденсатора с ГП резервуарапосредством теплоизолированного трубопровода позволяет возвратить охлажденный воздух обратно в ГП резервуара15 с минимальными тепловыми потерями,что, в свою очередь, обеспечивает более глубокое охлаждение ПВС и ГП ипредварительную конденсацию паров,подаваемых компрессором в емкость 1конденсатор. Таким образом, концентрация паров в ГП резервуара снижается, а следовательно, уменьшаются затраты энергии на утилизацию паров, находящихся в ГПРасположение входного и выходногопатрубков резервуара диаметральнопротивоположно на крыше резервуарауменьшает вероятность возникновениязастойных зон и расширяет областьЗ 0 контакта охлажденного воздуха с ПВС,в результате чего достигается максимальный эффект снижения температурыПВС и концентрации паров в ГП резервуара.З 5 Установка для хранения нефтепродуктов с утилизацией паров включаетрезервуар 1 с плавающим защитным покрытием 2, уменьшающим скорость тепломассообмена между жидкой и газовой фазами, компрессор 3, вход котороготрубопроводом 4 соединен с газовымпространством резервуара 1 черезвходной патрубок 5, а выход - с крестовиной 6 из труб с форсунками 7,расположенной в нижней части емкости"конденсатора 8, заполненной рабочимтелом 9, например тем же самым нефтепродуктом, и снабженной трубчатымэлементом 10 для прохода низкотемпературного хладагента и переливной трубкой 11, соединенной с конденсатосборником 12. Свободное пространствоемкости-конденсатора 8 посредствомтеплоизолированного трубопровода 13 55 соединено с газовым пространством резервуара 1 через выходной патрубок14. Входной патрубок 5 и выходной патрубок 14 расположены диаметрально противоположно на крыше резервуара 1,5 14 при этом возможно расположение входного патрубка 5 на боковой стенке резервуара выше уровня максимального заполнения резервуара. Для поддержания давления в резервуаре в допустимых пределах резервуар 1 оборудован предохранительным клапаном 15.Предлагаемый способ хранения нефтепродукта с утилизацией паров осуществляется следующим образом.ПВС из ГП резервуара 1 компрессором 3 подается в емкость-конденсатор 8, где в режиме барботажа проходит через слой нефтепродукта 9, температура которого поддерживается ниже температуры придонных слоев хранимого нефтепродукта в резервуаре 1 и выше температуры, соответствующей нулевому парциальному давлению паров нефтепродукта, посредством охлаждения низко- температурным хладагентом, подаваемым по трубчатому элементу 10. Для поддержания заданной температуры с минимальными энергозатратами емкость-конденсатор 8 заглублена в грунт. При непосредственном контакте горячей паровоздушной смеси с охлажденным нефтепродуктом в режиме барботажа паровоздушная смесь охлаждается, в результате пары конденсируются, а охлажденный воздух выходит в свободное пространство емкости-конденсатора 8, откуда подается обратно в газовое пространство резервуара 1. Холодный воздух, перемешиваясь с паровоздушной смесью, приводит к снижению температуры газового пространства и частичной конденсации паров. После прекращения "выхода" резервуара отбор ПВС и ГП прекращаетсяС целью уменьшения мощности холодильного агрегата, необходимого для полной утилизации паров из ПВС при "большом дыхании", предлагаемый способ осуществляют следующим образом.Непосредственно перед заполнением резервуара 1 ПВС, находящаяся в ГП резервуара, компрессором 3 отбирается и подается в емкость-конденсатор 8, где в режиме барботажа проходит через слой охлаждаемого нефтепродукта При непосредственном контакте горячей ПВС с охлажденным нефтепродуктом пары нефтепродукта конденсируются, а воздух охлаждается и возвращается обратно в ГП резервуара 1. Холодный воздух перемешиваясь с ПВС, снижает температуру ГП, в результате чего паОб 075 6ры частично конденсируются, а давление в ГП падает, При снижении давления в ГП до нижнего предела срабатывания предохранительного клапана 15 в резервуар начинает поступать атмосферный воздух, разбавляя ПВС и тем самым снижая объемную концентрацию паров,10 Таким образом, за счет конденсациипаров при барботаже в емкости-конденсаторе и непосредственно в ГП привзаимодействии с охлажденным воздухом, а также за счет разбавления сме 15 си атмосферным воздухом концентрацияпаров в ГП уменьшается. Подвижноезащитное покрытие, уменьшая скоростьиспарения нефтепродукта, существенноуменьшает скорость роста концентрации20 паров в ГП, способствуя более быстрому достижению в резервуаре концентрации, соответствующей верхнему концентрационному пределу взрываемости паров нефтепродукта в воздухе. При ус 25 тановлении в ГП резервуара концентрации не ниже верхнего предела взрываемости, вполне определенного для конкретного нефтепродукта, отбор ПВСкомпрессором прекращается.30 Достигнутый уровень концентрациипаров нефтепродукта в ГП обеспечивает1извлечение основной доли паров изсмеси в режиме неподвижного хранениянефтепродукта в резервуаре, а такжеобеспечивает частичное снижение теплосодержания ПВС, позволяя утилизовать оставшиеся пары в ПВС, вытесняемой при заполнении резервуара, холодильным агрегатом значительно мень 40 шей мощности,Установка для хранения нефтепродуктов с утилизацией паров работаетследующим образом.При повышении давления в газовом45 пространстве резервуара вследствиетемпературного расширения паровоздушной смеси последняя через входнойпатрубок 5 и трубопровод 4 подаетсякомпрессором 3 в крестовину б, распо 5 О ложенную .в нижней части емкости-конденсатора 8. Паровоздушная смесь, истекая через форсунки 7, барботируетчерез слой нефтепродукта 9, температура которого поддерживается в задан 55 ных пределах низкотемпературнымхладагентом, проходящим по трубчатому элементу 10. При барботаже парыконденсируются, а воздух охлаждается,всплывает в свободное пространство7 14 емкости-конденсатора 8 и по трубопроводу 13 через входной патрубок 14 возвращается в ГП резервуара 1. При контактировании холодного воздуха с ПВС температура ГП понижается, происходит частичная конденсация паров и в ГП устанавливается более низкий уровень концентрации паров, По мере накопления конденсата в емкости-конденсаторе 8 последний по переливной трубе 11 сливается в конденсатосборник 12, откуда по мере наполнения или необходимости может использоваться по прямому назначению, либо закачиваться в резервуары.Таким образом, изобретение позволяет снизить потери нефтепродуктов при хранении в результате полной утилизации паров нефтепродуктов посредством конденсации паров в процессе барботажа и непосредственно в ГП резервуара, при этом используется холод воздуха, несконденсировавшегося при барботаже. Кроме того, позволяет снизить затраты энергии на утилизацию паров проведением предварительной подготовки ПВС, находящейся в ГП, к "большому дыханию", заключающейся в снижении концентрации паров в ГП до уровня верхнего концентрационного предела взрываемости паров нефтепродукта в воздухе.Использование предлагаемой установки позволяет обеспечить полную утилизацию паров нефтепродуктов при "малых дыханиях" и существенно снизить потери при "больших дыханиях", существенно снизить (на 20-407) затраты электроэнергии на конденсацию паров за счет использования холода воздуха, предотвратить выбросы паров нефтепродуктов в атмосферу, тем самым решать проблему защиты окружающей среды.Теоретическим обоснованием снижения потерь нефтепродуктов при хранении путем полной утилизации паров нефтепродуктов предлагаемым способом является равенство нулю парциального давления паров нефтепродукта, так, например, для автомобильного бензина с давлением насыщенных паров по Рейду Р 500 мм рт.ст, при -50"С нарциальное давление практически равно нулю (остаточная концентрация насыщения составляет 0,006).П р и м е р 1. Мощность холодильного агрегата для обеспечения полной06.075 35 40 нему концентрационному пределу взрываемости паров нефтепродукта в возодухе) и температуре ПВС и ГП 20 С потребная мощность составляет 6 кВт.50Это в 3 раза меньше мощности холодильного агрегата, необходимой дляполной утилизации паров, вытесняемых при "большом дыхании", без предварительного снижения концентрации в резервуаре. 55 5 10 15 20 25 30 утилизации паров в ПВС, вытесняемой из ГП резервуара при "большом дыхании", рассчитывают следующим образом,Энергия, необходимая для утилизации Я, складывается из энергии, затрачиваемой на охлаждение инертного неконденсирующегося компонента смеси - воздуха, 0 , и энергии, расходуемой на собствейно конденсацию паров, Ц.В табл. 1 .приведены результаты расчета затрат энергии при "больших дыханиях" с расходом 200 мз/ч для различных начальных теплосодержаний смеси и концентраций паров нефтепродукта. Из расчетов видно, что на охлаждение воздуха тратится 20-457 всей затрачиваемой энергии. Мощность холодильного агрегата для обеспечения полной утилизации паров в экстремальных условиях достаточно высока и составляет - 20 кВт. Мощность холодильного агрегата для утилизации паров при "малых дыханиях" на порядок меньше (так как расход, вытесняемой смеси на порядок меньше) и составляет соответственно 2 кВт.П р и м е р 2, Мощность холодильного агрегата для обеспечения полной утилизации паров нефтепродукта в ПВС, вытесняемой из ГП при "большом дыхании", после предварительного понижения концентрации паров в ГП рассчитывают аналогично примеру 1. В табл, 2 приведены результаты расчета затрат энергии на конденсациюпри расходе 200 м /ч для концентраций5 и 10%, Для автомобильного бензинаверхний концентрационный предел взры"ваемости паров составляет 5,27., Из расчетов видно, что при концентрации паров 10 Х и температуре ПВС 20 С потребная мощность холодильного агре= гата равна -8 кВт, а при расчетной концентрации паров "5 Е (равной верхформула изобретения 1. Способ хранения нефтепродуктовс утилизацией паров последних в ре-50 40 40 54756 64812 18 10056 40 40 -30 40 40 -10 30 30 -50 7183 51351 58534 . 1613407 25 41836 55243 15 0,6 40310 50366 14 36340 43044 12 30 30 -30 10056 30 30 - 10 19 20 -50 19 20 -30 19 20 -102 10 -50 6704 13216 32 27608 40824 11 0,6 25862 35247 10 9385 21322 26877 11205 45 13377 24582 0,6 11416 18312 6305 8891 6896 10 -30 10 -10 2,5 2586 зервуаре с плавающим покрытием, включающий отбор паровоздушной смеси и пропускание ее в режиме барботажа через слой нефтепродуктов с последующим охлаждением газового пространства в резервуаре, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью снижения потерь нефтепродуктов путем повышения полноты утилизации паров, барботируемый слой подвергают охлаждению до температуры ниже температуры придонных слоев хранимого нефтепродукта и выше температуры, соответствующей нулевому парциальному давлению паров нефтепродукта.2. Способ по п.1, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что охлаждение барботируемого слоя нефтепродуктов ведут низкотемпературным хладагентом и термостатированием путем заглубления барботируемого слоя нефтепродукта в грунт.3. Установка для хранения нефтепродуктов с утилизацией паров, включающая резервуар с плавающим покрытием, компрессор, вход которого соединен посредством трубопровода с верхней частью резервуара, а выход - с крестовиной, имеющей форсунки, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью снижения потерь нефтепродуктов путем повышения полноты утилизации 10 паров, она снабжена расположенными вгрунте емкостью для размещения в ней части хранимого нефтепродукта и конденсатосборником, при этом емкость имеет установленный внутри ее труб чатый элемент для прохода хладагентаи патрубки для соединения посредством теплоизолированного трубопровода с верхней частью резервуара и с конденсатосборником, крестовина с форсунка ми размещена в емкости под трубчатымэлементом, а концевые участки тепло- изолированного трубопровода и трубопровода компрессора установлены в диаметрально противоположных зонах верхней части резервуара.ЧкДж вкДж Траве 0,6 20 10764 20 6458 20 0,6 10 10 43051406075 гг оставитель Е.Костоломовехред .Л.Сердюкова Кор торО.Кравцов Редактор Л.Веселовская Заказ 3149 19 роизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,Тир ВНИИПИ Госу по делам 113035, Москвааж 664 ственно обретен -35, Ра комит и отк кая н Подписноеа СССР тий ., д. 4/5