Способ хранения нефтепродуктов с утилизацией паров и установка для его осуществления

 

Изобретение относится к хранению нефтепродуктов и может быть использовано в нефтехимической и нефтепере: рабатывающей промышленности, а также l3 других отраслях, связанных с хране- ; нием легкоиспаряющихся продуктов. ; Цель изобретения - снижение потерь нефтепродуктов путем повышения полноты утилизации паров нефтепродуктов, Способ заключается в отборе паровоздушной смеси (ПВС) из газового пространства (ГП) резервуара, пропускании в режиме барботажа через слой того же нефтегфодукта и возвращении воздуха после барботажа обратногв ГП резервуара. Новым в способе является охлаждение барботируемого нефтепро-; дукта до температуры ниже температуры придонных слоев нефтепродукта и выше температуры, соответствующей нулевому парциальному давлению паров, посредством охлаждения низкотемпературшлм 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 осущвсталения 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 свободное пространство емкости-конденсатора посредством теплоизолированного трубопровода соединено с ГП резервуара , а ВХОДНОЙ и выходной патрубки расположены диаметрально противоположно на крыше резервуара, 2 с.п. и 1 з.п. , 3 ил., 2 табл. с S (Л 4 О Од О ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (gg 4 В 65 D 90/30

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ .

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4184117/31-13 (22) 19.01.87 (46) 30.06.88. Бюл. У 24 (71) Челябинский политехнический институт им. Ленинского комсомола (72) А.А.Беспалов, В.А.Герлига н В.А.Дойников (53) 621.642.3(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1113320, кл. В 65 D 90/30, 1982. (54) СПОСОБ ХРАНЕНИЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ

С УТИЛИЗАЦИЕЙ ПАРОВ И УСТАНОВКА ДЛЯ

ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ, (57) Изобретение относится к хранению нефтепродуктов и может быть использовано в нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности, а также в других отраслях, связанных с хране: нием легкоиспаряющихся продуктов.

: Цель изобретения — снижение потерь нефтепродуктов путем повышения полноты утилизации паров нефтепродуктов.

Способ заключается в отборе паровоз- душной смеси (ПВС) из газового пространства (ГП) резервуара, пропускании в режиме барботажа через слой . того же нефтейродукта и возвращении воздуха после барботажа обратно:. в ГП

„„SU„„1406075 А 1 резервуара. Новым в способе является охлаждение барботируемого нефтепро-: дукта до температуры ниже температуры придонных слоев нефтепродукта и выше 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, крес- g товину с форсунками. Новым является расположение крестовины в нижней части емкости-конденсатора, заполненной тем же нефтепродуктом и снабженной змеевиком для прохода низкотемпературного хладагента. При этом свободное пространство емкости-конденсатоIeeL ра посредством теплоиэолированного трубопровода соединено с ГП резервуара, а входной и выходной патрубки расположены диаметрально противопо- С5 ложно иа крыше резервуара. 2 с.п. и Ql

1 з.п. ф-хы, 3 ил., 2 табл. Д

Сл

1406075

Изобретение относится к хранению нефтепродуктов и может быть использовано в нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности, а также в других отраслях, связанных с хранением легкоиспаряющихся продуктов.

Цель изобретения — снижение потерь нефтепродуктов путем повышения пол-< ноты утилизации паров.

На фиг.1 изображена предлагаемая установка, на фиг.2 — разрез А-А на фиг.,1; на фиг.3 — разрез Б-Б на фиг.2.

Поддержание температуры барботируемого нефтепродукта ниже температуры хранимого нефтепродукта и выше температуры, соответствующей нулевому парциальному давлению паров посредством охлаждения низкотемпературным хладагентом позволяет при непосред""òâåHHoì контакте паровоэдушной смеси (ПВС) с охлаждаемым нефтепродуктом в режиме барботажа достичь конденсации практически всей массы паров, при этом охлажденный воздух, не конденсирующийся при барботаже, возвращаясь обратно в газовое пространство (ГП) резервуара, вызывает существенное снижение температуры, а следовательно, и концентрации паров в ГП, т.е. в резервуаре поддерживается более низкий уровень равновесной концентрации паров, и следовательно, снижаются затраты энергии на конденсацию последних. Термостатирование заглублением в грунт обеспечивает рациональное с 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 конденсацию паров при барботаже, но и на предварительную конденсацию паров в самом резервуаре, т.е. на барботаж подается

ПВС с меньшей концентрацией паров, тем самым снижаются затраты энергии на конденсацию паров.

Кроме того, для нефтепродуктов, защищенных плавающими подвижными покрытиями, уменьшающими скорость тепломассообмена между жидкой и газовой фазами, затраты энергии будут еще более низкими по сравнению с незащищенными нефтепродуктами, так как защитное покрытие уменьшает скорость испарения, и, следовательно, скорость 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 утилизацию паров.

Согласно предлагаемому способу перед отбором паровоздушной смеси, вытесняемой из газового пространства резервуара при "большом дыхании", концентрацию паров нефтепродукта в газовом пространстве резервуара понижают до верхнего концентрационного предела вэрываемости паров нефтепродукта в воздухе.

Количество энергии, необходимое для полной утилизации паров нефтепродукта из ПВС, вытесняемой из ГП резервуара при "малых" и "больших дыханиях", определяется концентрацией паров, теплосодержанием и расходом вытесняемой смеси. При равных теплосодержаниях смеси и концентрации паров расходы ПВС при "малом дыхании" (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 из условия обеспечения полной утилизации паров при "большом дыхании", будет всегда на порядок превышать потребности в энергии для утилизации паров при "малых дыханиях", т.е ° при неподвижном хранении нефтепродуктов. Предварительное понижение концентрации паров нефтепродукта в ГП резервуара до верхнего концентрационного предела взрываемости паров нефтепродукта в воздухе непосредственно перед отбором

ПВС, вытесняемой из ГП при "большом дыхании", т.е. непосредственно перед заполнением резервуара, позволяет в режиме неподвижного хранения нефтепродукта предварительно извлечь основ. ную долю паров из ПВС, находящейся в ГП резервуара, посредством конденсации паров при барботаже и непосредственно в ГП при соприкосновении с холодным воздухом. Кроме того, предварительное понижение концентрации позволяет значительно снизить теплосодержание ПВС, находящейся в ГП, за

1406075 счет использования холода воздуха, возвращаемого обратно в резервуар °

Таким образом, непосредственно при заполнении резервуара, характеризующемся большим расходом вытесняемой

ПВС, остается лишь извлечь оставшуюся часть паров из вытесняемой ПВС, что осуществляется холодильным агрегатом меньшей мощности, следовательно, снижаются затраты энергии на утилизацию паров нефтепродукта в режимах хранения и приема нефтепродукта.

Выбор предела снижения концентрации паров в ГП, равного верхнему концентрационному пределу взрываемости паров, обусловлен обеспечением надежной, безаварийной работы, .а также экономической целесообразностью.

Например; для автомобильного бензина этот уровень равен 5,27., и понижение его экономически нецелесообразно, так как дальнейшее уменьшение концентрации, снижая затраты энергии на утилизацию паров при "большом дыхании", значительно увеличивает время подготовительной операции, а следовательно, и затраты энергии на ее проведение.

Установка для осуществления предлагаемого способа утилизации паров нефтепродуктов, преимущественно защищенных плавающими подвижными покрытиями, уменьшающими скорость тепло. массообмена между жидкой и газовой фазами, содержит резервуар, газовое пространство которого через входной патрубок соединено с входом компрессора, а выход последнего соединен с крестовиной, снабженной форсунками, крестовина расположена в нижней части емкости-конденсатора, заполненной рабочим телом, например тем же нефтепродуктом, и снабженной трубчатым элементом для прохода низкотемпературного хладагента, при этом свободное пространство емкости-конденсатора посредством теплоизолированного трубопровода соединено с газовым пространством резервуара, а входной и выходной патрубки резервуара расположены диаметрально противоположно на крыше резервуара.

Расположение крестовины с форсунками в нижней части емкости-конденсатора, заполненной рабочим телом и снабженной трубчатым элементом для прохода низкотемпературного хладагента, позволяет осуществить барботаж горячей ПВС через слой охлаждаемого нефтепродукта. Таким образом, при непосредственном контакте фаз конденси5 руется практически вся масса паров, а инертный неконденсирующийся компонент ПВС вЂ” воздух охлаждается до температуры рабочего тела емкостиконденсатора.

10 Соединение свободного пространства емкости-конденсатора с ГП резервуара посредством теплоизолированного трубопровода позволяет возвратить охлажденный воздух обратно в ГП резервуара

15 с минимальными тепловыми потерями, что, в свою очередь, обеспечивает более глубокое охлаждение ПВС и ГП и предварительную конденсацию паров, подаваемых компрессором в емкость1 конденсатор. Таким образом, концентрация паров в ГП резервуара снижается, а следовательно, уменьшаются затраты энергии на утилизацию паров, находящихся в ГП.

Расположение входного и выходного патрубков резервуара диаметрально противоположно на крыше резервуара уменьшает вероятность возникновения застойных зон и расширяет область

З0 контакта охлажденного воздуха с ПВС в результате чего достигается максимальный эффект снижения температуры

ПВС и концентрации паров в ГП резервуара.

Установка для хранения нефтепродуктов с утилизацией паров включает резервуар 1 с плавающим защитным покрытием 2, уменьшающим скорость тепломассообмена между жидкой и газовой фазами, компрессор 3, вход которого трубопроводом 4 соединен с газовым пространством резервуара 1 через входной патрубок 5, а выход — с крестовиной 6 из труб с форсунками 7, расположенной в нижней части емкостиконденсатора 8, заполненной рабочим телом 9, например тем же самым нефтепродуктом, и снабженной трубчатым элементом 10 для прохода низкотемпературного хладагента и переливной трубкой 11 соединенной с конденсатосборником 12. Свободное пространство емкости-конденсатора 8 посредством теплоизолированного трубопровода 13

ВВ соединено с газовым пространством резервуара 1 через выходной патрубок

14. 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 низкотемпературным хладагентом, подаваемым по трубчатому элементу 10. Для поддержания заданной температуры с минимальными энергозатратами емкость-конI денсатор 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 прекращается °

С 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 па06075 6 ры частично конденсируются, а давление в III падает. При снижении давления в ГП до нижнего предела срабаты5 вания предохранительного клапана 15 в резервуар начинает поступать атмосферный воздух, разбавляя ПВС и тем самым снижая объемную концентрацию паров.

1р Таким образом, за счет конденсации паров при барботаже в емкости-конденсаторе и непосредственно в ГП при взаимодействии с охлажденным воздухом, а также за счет разбавления сме15 си атмосферным воздухом концентрация паров в ГП уменьшается. Подвижное защитное покрытие, уменьшая скорость испарения нефтепродукта, существенно уменьшает скорость роста концентрации рр паров в ГП, способствуя более быстрому достижению в резервуаре концентрации, соответствующей верхнему концентрационному пределу взрываемости паров нефтепродукта в воздухе. При ус25 тановлении в ГП резервуара концентрации не ниже верхнего предела взрываемости, вполне определенного для конкретного нефтепродукта, отбор ПВС компрессором прекращается.

3р Достигнутый уровень концентрации паров нефтепродукта в ГП обеспечивает

1 извлечение основной доли паров из смеси в режиме неподвижного хранения нефтепродукта в резервуаре, а также обеспечивает частичное снижение теплосодержания ПВС, позволяя утилизовать оставшиеся пары в ПВС, вытесняемой при заполнении резервуара, холодильным агрегатом значительно мень4р шей мощности.

Установка для хранения нефтепродуктов с утилизацией паров работает следующим образом.

При повышении давления в газовом

45 пространстве резервуара вследствие температурного расширения паровоздушной смеси последняя через входной патрубок 5 и трубопровод 4 подается компрессором 3 в крестовину 6, распо5р ложенную -в нижней части емкости-конденсатора 8. Паровоздушная смесь, истекая через форсунки 7, барботирует через слой нефтепродукта 9, температура которого поддерживается в задан55 ных пределах низкотемпературным хладагентом, проходящим по трубчатому элементу 10. При барботаже пары конденсируются, а воздух охлаждается, всплывает в свободное пространство

7 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 сниI зить 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

P 500 мм рт.ст. при -50 С нарциальное давление практически равно нулю (остаточная концентрация насыщения составляет 0,006).

Пример 1. Мощность холодильного агрегата для обеспечения полной

06.075

40 нему концентрационному пределу взрываемости паров нефтепродукта в возо духе) и температуре ПВС и ГП 20 С потребная мощность составляет 6 кВт.

Это в 3 раза меньше мощности холодильного агрегата, необходимой для полной утилизации паров, вытесняемых при "большом дыхании", без предварительного снижения концентрации в резервуаре.

5

30 утилизации паров в ПВС, вытесняемой из ГП резервуара при "большом дыхании", рассчитывают следующим образом.

Энергия, необходимая для утилизации Q, складывается из энергии, затрачиваемой на охлаждение инертного неконденсирующегося компонента смеси— воздуха, Q, и энергии, расходуемой на собствейно конденсацию паров, Q

В табл. 1 приведены результаты расчета затрат энергии при "больших дыханиях" с расходом 200 м /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.

Пример 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 конденсацию при расходе 200 м /ч для концентраций

5 и 10%. Для автомобильного бензина верхний концентрационный предел взрываемости паров составляет 5,27.. Из расчетов видно, что при концентрации паров 10Х и температуре ПВС 20 С потребная мощность холодильного агре= гата равна -8 кВт, а при расчетной концентрации паров 5Е (равной верхФормула изобретения

1. Способ хранения нефтепродуктов с утилизацией паров последних в ре1406075

Таблица f

r хл

С паров

Соаро Qg, Qzs остаточное, кдж Ж кдж кдж

N кВт

Тпвс

ОС

12930 18 56065 68995 19

0,6

-50

40

54756 64812 18

10056

40 40 -30

40 40 -10

30 30 - 50

7183 51351 58534 . 16

13407 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

i 9 20 -10

2 10 -50

6704

13216 32 27608 40824 11

0,6

25862 35247 10

9385

21322 26877

5555

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, отличающийся 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— шийся 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 в грунте емкостью для размещения в ней части хранимого нефтепродукта и конденсатосборником, при этом емкость имеет установленный внутри ее труб15 чатый элемент для прохода хладагента и патрубки для соединения посредством теплоизолированного трубопровода с верхней частью резервуара и с конденсатосборником, крестовина с форсунка20 ми размещена в емкости под трубчатым элементом, а концевые участки теплоизолированного трубопровода и трубопровода компрессора установлены в диаметрально противоположных зонах верхней части резервуара.

1406075

Табл ица2

N кВт паров

Ч, кДж в кДж

ТASC ос

0,6

10764

6458

0,6

10

4305

-10

10

0,6

-50

-30

0,6

-50

9094

5 -30

10! охи паров С остаточное, Ж

10 -50

10 -30

10 -10

10 -50

10 -30

15070 53 13382 28452 8

11560 22324 6

6038 12496 3,5

12917 50 13382 26299 7, 3

8611 11560 20171 5 6

6038 10343 2,9

15914 70 6283 22197 6, 1

11368 4352 15720 4,4

13641 68 6283 19924 5,5

4352 13446 3,7

1406075

Составитель Е.Костоломов

Техред .Л.Сердюкова Корректор О.Кравцова

Редактор Л.Веселовская

Заказ 3149/19

Тираж 664 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4