3. МЕТОДЫ СОКРАЩЕНИЯ ПОТЕРЬ НЕФТЕПРОДУКТОВ НА НЕФТЕБАЗАХ (1973 год)

3. МЕТОДЫ СОКРАЩЕНИЯ ПОТЕРЬ НЕФТЕПРОДУКТОВ НА НЕФТЕБАЗАХ (1973 год)

Выбор определенных методов борьбы с потерями нефтепродуктов ведется по технико-экономическим расчетам, основой которых является величина годовых потерь для каждого из сравниваемых вариантов. Величина потерь от испарения нефтепродуктов при каждом выбранном варианте оборудования резервуарного парка и приемо-раздаточных устройств меняется с изменением метеорологических и производственных условий. Метеорологические условия изменяются в течение года, приблизительно повторяясь ежегодно. Изменения производственных условий в большинстве случаев имеют сезонный характер. Поскольку величина потерь нелинейно зависит от метеорологических условий то для расчета годовых потерь можно воспользоваться методом группового, суммирования. Для этого все дни года разбиваются на группы, в каждую из которых входят дни с мало отличающимися метеорологическими условиями чем меньше различие между днями, входящими в каждую данную группу, тем выше точность расчета. Для каждой из выделенных групп рассчитывают

Расчеты показывают, что резервуары с плавающей крышей и понтоном наиболее эффективны при коэффициенте оборачиваемости больше 12. Дальнейшее повышение экономической эффективности плавающих крыш и понтонов может быть достигнуто за счет применения прочных полимерных материалов.

Вторая группа — хранение под избыточным давление м. Согласно уравнению потерь, если конструкция резервуара рассчитана на работу под избыточным давлением, равным вычисленному по формуле (5.18), то в таком резервуаре могут быть полностью ликвидированы потери от «малых дыханий» и частично от «больших дыханий» (описание конструкций и расчеты таких резервуаров изложены в третьей главе). Величина избыточного давления может быть и больше значения, определяемого по формуле

(5.18). В этом случае потери от «больших дыханий» значительно сократятся. Однако, как показали расчеты, большие избыточные давления усложняют конструкцию и удорожают стоимость резервуаров. На оптимальную величину избыточного давления сильно влияют оборачиваемость резервуара, физические свойства нефтепродукта и метеорологические условия. На рис. 5.5 представлен график суммарной стоимости храпения автобензина для резервуаров различной конструкции объемом 5000 м3. Кривые зависимости построены для различных коэффициентов оборачиваемости и позволяют сделать следующие выводы:

1) с увеличением значения избыточного давления срок окупаемости возрастает. достигая максимального значения в северной климатической зоне;

2) чем меньше коэффициент оборачиваемости при данном избыточном давлении. тем больше срок окупаемости;

3) наиболее эффективны резервуары повышенного давления в южной полосе Советского Союза, так как с повышением температуры окружающего воздуха резко сокращается срок окупаемости капитальных затрат.

Третья группа — уменьшение амплитуды колебания температуры газового пространства резервуара. Из уравнения (5.11) следует, что при Т1= Т2 = Т = const потери от «малых дыханий» возможны лишь за счет колебания барометрического давления, определяемого по уравнению (5.11).

Для создания условии изотермического храпения нефтепродуктов или значительного уменьшения амплитуды колебания температур газового пространства резервуаров существуют следующие способы: тепловая изоляция резервуаров; охлаждение резервуаров водой в летнее время и подземное хранение.

Четвертая группа — улавливание паров нефтепродуктов, уходящих из емкостей. Наибольшее распространение получила газоуравнительная система (рис. 5.6), представляющая сеть газопроводов, соединяющих через огневые предохранители газовые пространства резервуаров между собой.

Рис. 5.6. Газоуравнительная система.
1 — резервуар; 2 — дыхательный клапан; 3 — газгольдер; 4 — регулятор давления; 5 — сборный газопровод; 6 — конденсатосборник; 7 — насос для откачки конденсата; 8 — конденсатопровод.

Эта система весьма эффективна на нефтебазах с высоким коэффициентом оборачиваемости, когда прием и отпуск нефтепродуктов в значительной степени производятся одновременно. В этих случаях газы из заполняемых резервуаров перетекают в освобождающиеся, и потери от «больших дыханий» не происходит. Поскольку вполне синхронный прием и отпуск нефтепродуктов осуществить

трудно, в систему включают газгольдеры, в которые поступает избыток газов из системы, когда поступление нефтепродуктов превышает откачку и, наоборот, газгольдеры могут дать в систему паровоздушную смесь, когда откачка из резервуаров превышает поступление нефтепродуктов. Объем газгольдера рассчитывают в зависимости от максимально возможного несовпадения погрузочно-разгрузочных операции. Дыхательные клапаны системы надо устанавливать с условием, что избыточное и вакуумное давления будут несколько ниже значений, на которые рассчитан резервуар. Этим обеспечивается заполнение газгольдера паровоздушной смесью до того, как произойдет их выход из резервуара в атмосферу через дыхательную арматуру резервуара, и опорожнение газгольдера до входа атмосферного воздуха в резервуар.

При наполнении резервуара сразу после освобождения установкой дисков- отражателей (рис. 5.7) под дыхательным клапаном внутри резервуара можно сократить потери до 25%. Эффект установки дисков-отражателей основан на уменьшении влияния вынужденной конвекции при освобождении резервуара на испарение с поверхности нефтепродукта, так как с помощью отражателя изменяется направление входящего в резервуар воздуха с вертикального па горизонтальное. Диски-отражатели с дыхательными клапанами целесообразно располагать ближе к центру крыши, чтобы уменьшить скорость горизонтальной веерной струи поступающего воздуха у стенки резервуара. При высокой скорости струя у стенки резервуара начнет двигаться вдоль стенки, вызывая интенсивное перемешивание паровоздушной смеси.

Рис. 5.7. Установка дисков-отражателей на резервуаре.
1 — дыхательный клапан 2 — огневой предохранитель; 3 — монтажный патрубок; 4 — диск-отражатель.

Пятая группа организационно-технические
мероприятия. Правильная организация эксплуатации резервуаров — одно из важнейших средств уменьшения потерь нефтепродуктов. Наиболее эффективными являются следующие организационные мероприятия.

1. Для уменьшения потерь от «малых дыхании» в «атмосферных» резервуарах необходимо легкоиспаряющиеся нефтепродукты хранить при максимальном заполнении резервуара, так как в этом случае достигается наименьший объем газового пространства. По той же причине рекомендуется по возможности сконцентрировать остатки легкоиспаряющихся нефтепродуктов в одном резервуаре.

2. Для сокращения потерь от «больших дыханий» необходимо максимально сократить внутрибазовые перекачки из резервуара в резервуар.

3. Чем меньше промежуток времени .между выкачкой и закачкой нефтепродукта в резервуар, тем меньше величина потерь от «больших дыханий». Это объясняется тем, что при выкачке нефтепродукта в резервуар через вакуумную камеру дыхательного клапана будет поступать чистый воздух и при малом интервале времени он не успеет насытиться парами нефтепродукта. Следовательно. при закачке нефтепродукта в атмосферу будет уходить паровоздушная смесь с малой концентрацией. С этой же полью желательно заполнять резервуар в ночное время. Выкачку же. наоборот, целесообразнее производить днем.

1. Известно, что потери от «малых дыханий» прямо пропорциональны площади испарения. Но так как с увеличением объема резервуара отношение площади поперечного сечения к объему падает для типовых «атмосферных» резервуаров, то отсюда следует, что легкоиспаряющиеся нефтепродукты выгоднее хранить в резервуарах большого объема.

5. Важное значение имеет техническое состояние резервуаров и дыхательной арматуры. Регулярная проверка герметичности крыши резервуара и исправности клапанов может предотвратить потери от вентиляции газового пространства.

6. Правильная организация системы учета, предусматривающая применение современных средств контроля высокой точности, является непременным условием эффективной борьбы с потерями.

Улавливание нефтепродуктов из промышленных стоков

В процессе эксплуатации нефтебаз вместе с промышленными стоками в канализационную сеть частично попадают и нефтепродукты. Нефтесодержащие стоки в основном образуются в результате розливов на эстакадах, в разливочных, при дренировании воды из резервуаров и т. д. Очистка промышленных стоков кроме сохранения нефтепродуктов имеет очень важное санитарное значение — предохранение водоемов от загрязнения.

Нефть может находиться в сточных водах в эмульгированном, коллоидном п растворенном состояниях. Тяжелые фракции нефти (смолы, битумы) могут осесть на дно. Нефть, плавающая на поверхности воды, составляет обычно основную массу загрязнений, образующихся из попавших в воду крупных частиц нефти, быстро всплывающих на поверхность. Содержание плавающей нефти в стоках составляет от нескольких миллиграммов до сотен граммов на 1 л воды и зависит от организации технологического процесса, состояния оборудования, трубопроводов и т. д. Удаление с поверхности воды этой нефти не представляет затруднений и легко осуществляется в обычных нефтеловушках.

Эмульгированная нефть находится в воде в виде взвешенных шаровых частиц размером от десятых долей до сотен микрон. Эмульгированная нефть может образоваться при сильном механическом перемешивании с водой в насосах, трубопроводах и т. д. Эмульгированию нефти способствует наличие в воде щелочей и поверхностно-активных веществ, уменьшающих поверхностное натяжение па границе нефть — вода. Количество эмульгированной нефти в воде колеблется обычно от десятков до сотен миллиграммов па 1 л.

В отличие от плавающей удаление эмульгированной нефти из воды представляет гораздо большие трудности, так как она может длительное время находиться в воде, не укрупняясь и не всплывая. Устойчивость эмульгированных частичек объясняется несколькими причинами. Одна из главных причин — их малый размер. При крупных размерах частиц гравитационные силы превалируют над силами, удерживающими частицы во взвешенном состоянии, в результате чего частицы быстро всплывают па поверхность воды. С уменьшением размера частиц гравитационные силы быстро убывают и основную роль начинают играть силы, стремящиеся удержать частицы в эмульгированном состоянии. К таким силам, в частности, относятся силы броуновского движения, связанные с тепловым движением частиц, и электростатические силы (отталкивания), вызываемые наличием у частиц нефти отрицательных электрических зарядов.

Наличие электрического заряда приводит к образованию вокруг частиц эмульсии двойного электрического слоя из ионов, образующихся при диссоциации электролитов, почти всегда присутствующих в сточных водах. На поверхности частицы адсорбируются положительные ионы, а вокруг них располагаются ионы противоположного знака. При движении частицы в жидкости на границе между ней и жидкостью возникает так называемый электрокинетический потенциал, величина которого в значительной мере характеризует стойкость эмульсии. Наличие двойных электрических слоев ионов вокруг эмульгированных частиц препятствует их коалесценции (слиянию) при сталкивании, а следовательно, и образованию более крупных частиц, способных быстрее всплывать.

Особенно стойкие эмульсии образуются при наличии в сточных водах поверхностно-активных веществ (ПАВ) — эмульгаторов, действие которых обусловлено особым строением молекул, состоящих из гидрофобной и гидрофильной частей. Гидрофобная часть молекулы эмульгатора хорошо смачивается нефтью, а гидрофильная — водой. Поэтому молекулы эмульгатора, накапливаясь па поверхности раздела нефть — вода, ориентируются таким образом, что гидрофобные части их направлены в сторону нефти, а гидрофильные — в сторону воды. В результате частицы нефти оказываются окруженными адсорбционным слоем молекул эмульгатора, хорошо смачиваемых водой, что препятствует коалесценции отдельных частиц и повышает стойкость эмульсии. Поверхностное натяжение на границе нефти с гидрофобными частями молекул эмульгатора оказывается меньшим, чем на границе нефти с водой.

Уменьшение поверхностного натяжения способствует образованию в воде более мелких частиц нефти и тем самым дополнительно стабилизирует эмульсию. Роль эмульгаторов могут играть также присутствующие в сточной воде мельчайшие минеральные частицы (глина, ил и другие), прилипающие к поверхности капелек нефти и образующие на них своего рода «броню», предохраняющую капельки от непосредственного соприкосновения. Более крупные минеральные частицы могут покрываться пленкой нефти и вместе с нею вплывать па поверхность или осаждаться на дно, образуя пропитанный нефтью осадок.

Коллоидная нефть содержится в сточных водах в количествах, не превышающих 20 мr/л. Размер коллоидной частицы нефти составляет обычно 0,01 —0,1 мк. Растворимость нефти в воде очень мала (около 0,5 мг/л), поэтому содержание ее в сточных водах практически можно принять равным нулю.

Процесс разделения нефти и сточной воды при отстаивании происходит неравномерно во времени. Основная масса всплывает в течение первых 30— 40 мин. Затем происходит постепенное замедление процесса разделения и концентрация нефти в воде меняется мало. Абсолютная величина остаточного содержания нефти, определяющая эффективность отстаивания, различна для сточных вод разного происхождения и зависит от количества содержащихся в ней наиболее тонкоэмульгированных частиц. В нефтеловушках при их нормальной эксплуатации задерживаются частицы величиной более 100 мк. По данным исследований количество задерживаемой в нефтеловушке нефти не превышает 95%, а ее остаточное содержание в воде составляет 100—300 мг/л.

Такая степень очистки сточных вод не удовлетворяет требованиям санитарной охраны водоемов и позволяет использовать нефтеловушки лишь в качестве предварительной ступени очистных сооружений. Более высокий эффект достигается в прудах-отстойниках (земляные амбары), где происходит вторичное (после нефтеловушки) и более длительное отстаивание в статических условиях. Однако устройство таких отстойников требует больших земельных площадей.

Большая площадь отстойника, с одной стороны, увеличивает производительность отстоя, а с другой: стороны, затрудняет откачку накапливающейся нефти и очистку от осадков. Опыт эксплуатации прудов-отстойников на нефтеперерабатывающих заводах показывает, что содержание нефти в воде может быть доведено до 50 мг/л.

Процесс отстаивания может быть интенсифицирован коагуляцией. Вводимый в воду коагулянт нейтрализует отрицательные заряды эмульгированных капелек нефти, способствуя тем самым их слипанию, а образованные ими хлопья сорбируют на своей развитой поверхности мелкие частицы загрязнений, облегчая их отделение от воды. В качестве коагулянтов могут быть использованы известь, глинозем, сернокислое и хлорное железо.

Наилучшие результаты были достигнуты при добавлений извести в количествах 150—200 мг/л. В этом случае остаточное содержание нефти падало до 15 мг/л.

Однако необходимость применения больших доз коагулянта, повседневный химический контроль, сложность эксплуатации очистных сооружений, образование большого количества трудноудаляемого осадка, содержащего большое количество нефти, являются существенными недостатками, ограничивающими широкое применение способа коагуляции.

Расчет нефтеловушки

В основу расчета положена формула Стокса для определения скорости всплытия w шарообразных частиц в жидкой среде:

Подставляя значения Г. получаем формулу Q = uF. которая показывает, что количество осветленной воды (или производительность отстоя) зависит только от скорости осаждения и свободной поверхности жидкости.

Такое положение существенным образом влияет на конструкцию нефтеловушек, которые имеют сильно развитую площадь свободного сечения и сравнительно небольшую высоту.

Современные нефтеловушки, как правило, имеют не менее двух камер отстоя и оборудованы шиберными затворами, позволяющими изменять высоту в камере отстоя в зависимости от суточного количества поступающих стоков. С помощью шиберного затвора отстоявшаяся нефть поступает в сборник и оттуда насосами откачивается в специальную емкость.

Изучение работы существующих конструкций нефтеловушек показало, что их эффективность может Сыть повышена за счет применения параллельных, наклонных перегородок. Известно, что в обычных нефтеловушках частицы нефтепродуктов всплывают на поверхность воды и образуют плавающую пленку.

Последующие опыты показали, что частицы нефтепродукта могут образовывать сплошные пленки на нижних поверхностях горизонтальных или наклонных пластин, погруженных в очищаемую воду. При разделении камер нефтеловушек параллельными перегородками на несколько продольных каналов увеличивается сепарирующая способность их, так как значительно сокращается путь прохождения частицы нефтепродукта до образования сплошной пленки. Так, при разделении камеры по высоте на десять каналов максимальный путь нефтяной частицы до образования сплошной пленки сокращается в десять раз. Это позволяет сократить длину камеры без снижения производительности отстоя. Наличие перегородок приводит к резкому снижению трубулизации потока и позволяет более равномерно распределять стоки по всему сечению нефтеловушки. Наилучшие результаты получены при угле наклона перегородок 45°. При этом нефть, отделенная от воды, поднимается по перегородкам па поверхность, а осадок скапливается на дне. В нефтеловушке описанной конструкции (рис. 5.9) улучшение степени очистки стоков, кроме ранее указанных факторов, будет зависеть еще от отношения расстояния между перегородками к полной глубине камеры и от длины перегородок.

Для сокращения потерь от испарения всплывающей пленки в нефтеловушке применен специальный колпак. Пространство под колпаком заполнено жидкостью, так как уровень сливной перегородки выше верха колпака. Колпак сверху имеет гидравлический затвор из чистой воды. Нефтепродукт (нефть), собирающийся под колпаком, под давлением воды поступает в сборный колодец через переливную трубу, расположенную сверху колпака. Ловушка закрытой конструкции позволяет резко сократить загазованность воздуха.

Как указывалось ранее, осветленная после отстоя вода не может быть выпущена в открытые водоемы из-за сверхнормативного содержания нефти. Поэтому воду после нефтеловушки следует дополнительно очистить.

Флотационная очистка стоков

Одним из эффективных способов вторичной очистки стоков до установленной санитарной нормы можно рекомендовать флотационный метод очистки. Этот метод основан на способности частиц нефти прилипать к пузырькам воздуха, которым искусственно насыщается вода. Прилипшие пузырьки воздуха резко увеличивают скорость всплытия, что позволяет удалять из воды более мелкие частицы и тем самым снижать содержание нефти в воде до 10—20 мг/л.

Всплывающие с пузырьками воздуха на поверхность воды частицы нефти и других загрязнений образуют трехфазную пену (вода, воздух и нефть). Самопроизвольное разрушение пены обычно происходит в течение 5—10 мин. Этот процесс можно ускорить прогреванием пены пли опрыскиванием ее водой. Различают несколько видов флотации, отличающихся способом введения воздушных пузырьков в очищаемую воду.

Наиболее широкое распространение получила напорная флотация, при которой очищаемая вода предварительно насыщается воздухом под избыточным давлением, а затем выпускается в резервуар, где происходит флотация. При снижении давления в резервуаре из воды выделяются пузырьки растворенного воздуха, осуществляющие флотацию частиц нефти.

Рис. 5.10. Схема флотационной очистки нефтяных стоков.
2 — сборник нефтесодержащих стоков; 2 — насос; 3 — напорный бак; 4 эжектор; 5 — флотатор.

Рис. 5.11. Водоотделитель флотатора.
1 — подвод воды; 2 — флотационная камера; 3 — отстойная камера; 4 — желоб для пены; 5 — вращающийся водораспределитель: 6 —скребок; 7 — кольцевая перегородка; 8 — сборный лоток.

Типовая схема установки напорной флотации представлена на рис. 5.10. Очищаемая вода из нефтеловушек перекачивается в напорный бак, в котором поддерживается давление 0,2—0,4 МПа. Одновременно во всасывающую трубу насоса вводится атмосферный воздух, подсасываемый эжектором. Перемешанный с водой воздух попадает в напорный бак. Из напорного бака насыщенная воздухом вода выпускается в открытый флотатор, представляющий собой прямоугольный или круглый резервуар, оборудованный устройствами для распределения и сбора воды и удаления пены. Во флотаторе из воды выделяются

пузырьки воздуха и происходит непосредственно процесс флотации. Образующаяся на поверхности воды пена удаляется скребковым транспортером в специальный отсек, из которого перекачивается в специальный резервуар. Очищенная вода отводится из нижней части флотатора.

Эффективность флотации зависит от конструкции флотатора, особенно от системы распределения стока. Наилучшие показатели имеют флотаторы с вращающимся водораспределителем (рис. 5.11) типа Сегнерова колеса.

Конструкция водораспределителя представляет собой вращающуюся пяту, к которой приварены, патрубки с шестью фланцами для присоединения водораспределительных труб. Для равномерного распределения воды по площади па каждой водораспределительной трубе под углом 45—60 приварено несколько выходных патрубков. При выходе воды из патрубков возникает реактивная сила, под действием которой водораспределитель начинает вращаться, и вода равномерно распределяется во флотаторе.

Основные размеры флотаторов могут быть определены па основании опыта эксплуатации по эмпирическим зависимостям:

содержание .. 26 27 28 29 ..