Реферат: Журнал «нефть и газ», №3-2006, стр

Журнал «НЕФТЬ И ГАЗ», № 3-2006, стр. 90-94

Перевод с украинского

Потери углеводородов в ходе технологических процессов переработки, транспортировки, хранения и заправки.


С.В.Бойченко, Л.А.Федорович, Л.Н.Черняк, С.В.Вдовенко, Ю.А.Кальницкая


Проблема выбросов паров нефти и нефтепродуктов уже давно признана одной из ключевых в обеспечении энергетической и экологической безопасности государства.

На протяжении последних десяти лет эта тема начала активно инициироваться специалистами и общественностью, которые взволнованы увеличением выбросов вредных паров нефти и нефтепродуктов, а также потерями ценного углеводородного сырья.

Потери нефтепродуктов принято классифицировать тремя видами: природные, эксплутационные и аварийные. Кроме того, подразумевают потери количественные (бесповоротные), качественные и качественно-количественные.

Испарения нефтепродуктов при их хранении составляют основную долю потерь. Мировые статистические данные гласят, что потери нефти и нефтепродуктов от испарения колеблются в пределах 0,5-1,7% от общего объема перерабатываемого сырья, тогда как на Украине они значительно больше и составляют 3-7%.

К природным потерям относят выбросы паров нефти и нефтепродуктов, которые вызваны испарением в связи с пароветрянным воздействием на нефтепродукты в процессе их хранения при колебании температурного режима и атмосферного давления, при сливо-наливных операциях на нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ), нефтетерминалах, нефтебазах, автозаправочных станциях (АЗС), в т.ч. во время заправки автолюбителей (наполнении баков автомашин). Это составляет 75% от общих потерь. Особое внимание надо уделять нестабильному бензину и нефти, которые «закипают» в емкостях при транспортировке и хранении. При этом объем испарений, а также утрата углеродов существенно возрастают.

Основными причинами появления нестабильности бензина и нефти в системе транспортировки и хранения являются:

- увеличение количества бутана, который является высокооктановым компонентом неэтилированного бензина на НПЗ;

- включения газообразных углеводов в товарной нефти;

- недостаточное охлаждение товарного бензина перед его транспортированием;

- нагревание бензина солнечной радиацией во время его транспортирования железнодорожными или автомобильными цистернами;

- вероятность возникновения потерь увеличивается при появлении нестабильной нефти вблизи промыслов, а также нестабильного бензина при его перекачке вблизи НПЗ, где он вырабатывается, и, очевидно, уменьшается с удалением объектов перекачки от НПЗ и промыслов.


Структура затрат углеводородов при испарении на НПЗ, нефтехранилищах, АЗС выглядит таким образом (рис.1):





Структура потерь на НПЗ имеет такой вид (рис.2):





Увеличение потерь нефтепродуктов в резервуарных парках НПЗ показывает, что большую их часть (до 90-99%) составляют потери, связанные с отгрузкой и следующим наполнением резервуаров.


Структура потерь нефтепродуктов от испарений из резервуаров НПЗ имеет такой вид (рис.3):





Общая потеря от испарений при транспортировке нефти и нефтепродуктов по видам транспорта распределяется таким образом: 59,3% - автомобильный транспорт, 17,5% - водный, 12,1% - трубопроводный и перевалочные базы, 11,1% - железнодорожный.

Установлено, что в системе магистральных нефтепроводов около 2/3 всех потерь приходится на резервуарные парки. Тут потери распределяются так (рис.4):





Размеры потерь углеводородов при наполнении транспортных систем может колебаться в пределах 0,004-0,22% загруженных нефтепродуктов в зависимости от технологии налива, технического состояния (герметичности) наливного оборудования, а также цистерн. Потери нефтепродуктов при танкерных перевозках колеблются от 0,3 до 1,25% принятого в танкер груза. Например, потери нефти из танкера грузоподъемностью 250 тыс.т. состоят из 0,002% при сливо-наливных операциях, а при транспортировании до 40 суток – 0,07% от всего принятого продукта. В массовых единицах это приблизительно до 0,16 кг/м.куб. при сливо-наливных операциях и 0,57% при транспортировании.

При транспортировании светлых нефтепродуктов в автомобильных цистернах потери в связи с нарушением правил укупоривания могут составить 1-1,5%. При перевозке углеродного топлива потеря от испарений, выветривания и расплескивания может составить 260 кг с одной цистерны.

Потери углеродного топлива на АЗС в значительно проявляются в городах с большим количеством автотранспорта. По данным Токийского бюро по борьбе с загрязнениями установлено, что с момента наполнения цистерны нефтепродуктами на нефтебазах до выдачи его на АЗС в наливные баки автомобилей от испарений расходуется 0,64% топлива. Потери углеводородов от испарения на АЗС возникают из резервуаров и наливных баков автомобилей при заправке через топливозаправочную колонку (ТЗК), а также через нарушения герметичности колонок, заправочных шлангов, соединений щелевых прокладок.

Внешне потери топлива на АЗС выглядят так (рис.5):





Французские ученые оценивают потери от испарений углеродного топлива при заправке автомобилей в 0,19% от общего объема выпускаемых нефтепродуктов (0,14 кг/м.куб), немецкие – 0,175%, английские – 0,18%, японские – 1,44 кг/м.куб.

Эксплутационные потери нефтепродуктов связаны с протеканием, сливом, неполным наливом, а также переполнением емкостей. Они возникают от неудовлетворительного технического состояния емкостей, особенно транспортных, оборудования складов, трубопроводов, особенно в части перекачки и заправки, а также при смешивании разных сортов нефтепродуктов при неправильном выполнении операций приема-выдачи.

Эксплутационные потери на первый взгляд может быть полностью ликвидирована.

Аварийная потеря возникает в связи порчи резервуаров, трубопроводов в результате непредвиденных ситуаций.

Независимо от источников потери углеводороды, так или иначе, попадают атмосферу, что негативным образом сказывается на окружающей среде и, особенно на здоровье человека. Высокая концентрация углеводородов в воздухе вызывает повышенную заболеваемость органов дыхания; функциональные изменения центральной нервной системы. При концентрации углеводородов в воздухе 60-300 мг/м.куб в крови снижается гемоглобин и эритроциты. Концентрация углеводородов 300-500 мг/м.куб наблюдаются отклонения нервной системы, головные боли, слабость, ускорение сердцебиения.

Положение с выбросами паров нефти и нефтепродуктов на Украине усугубляется значительным моральным и физическим износом материально-технической базы нефтегазовой отрасли.

Достаточно только упомянуть тот факт, что в основном весь резервуарный парк Украины состоит из наземных металлических вертикальных резервуаров со стационарными крышами, сооруженных 20-30 лет тому назад. Только небольшая их часть оснащена понтонами с плавающей крышей. Морально устарел парк автомобильных и железнодорожных цистерн сливо-наливного типа.

Определены количественные характеристики данных видов испарений нефти и нефтепродуктов на Украине:

- потери бензина при хранении его в резервуарах, наливе его в железнодорожные и автомобильные цистерны, заправке автомобилей на АЗС – около 100 тысяч тонн в год;

- дополнительные потери на АЗС при испарениях – 50-80 кг при разгрузке 18-20 тонн, а с учетом испарений при заправке автомобилей – до 60 тонн в год;

- во время переливания бензина образуется «залповый» (максимальный) уровень потерь легких углеводородов в размере 0,3-0,6% от переливаемого продукта;

- при хранении испарения составляют 0,1-0,4% от общего объема бензина, который хранится, так АЗС с общим объемом емкостей 40 м.куб. выкидывается в атмосферу около 4 тонн легких углеводородов за год.

Анализ количественной характеристики потерь нефтепродуктов подтверждает серьезную потребность борьбы с ними. Проблемы обеспечения охраны окружающей среды пересекаются с задачами оптимизации социально-экономического эффекта использования углеводородов, а также безопасности их использования.

Уменьшение вышеозначенных потерь при испарении достигается уменьшением газового пространства (ГП) резервуара за счет применения резервуаров, оснащенных плавающими крышами и понтонами. На сегодняшний день за рубежом широко используются два типа понтонов. Первый, который непосредственно плавает на поверхности нефтепродукта, а другой – опирается на поплавки с образованием между экраном и поверхностью жидкости газового пространства.

При использовании резервуаров с понтонами потери от испарений могут быть сокращены до 99,8%. Понтоны производятся металлические, синтетические и комбинированные. Использование резервуаров с плавающей кровлей позволяет полностью ликвидировать потери от испарений. Эффективность использования, как плавающей кровли, так и плавающих понтонов определяется степенью герметизации зазора между кровлей (понтоном) и стенкой резервуара.

Широкого практического использования требует специальное производство резервуаров. Для реализации этого начинания рекомендуются светлые краски с коэффициентом отражения не ниже 0,8.

Наряду с внешним покрытием резервуаров уменьшение потерь от испарений может быть достигнуто нанесением на его внутреннюю поверхность лакокрасочных покрытий с низким коэффициентом отражения. При нанесении внутренних антикоррозийных бензиностойких покрытий достигается уменьшение испарений на 27-45%. Комплексная окраска внутренней и внешней поверхности резервуаров дает возможность уменьшения потерь легких углеводородов от испарений на 30-65%.

Потери могут быть целиком ликвидированы при хранении нефтепродуктов за счет повышения избыточного давления.

Углеводородное топливо с высоким значением давления насыщенных паров целесообразно хранить в резервуарах мешкообразной, каплевидной, сфероидальной формы. Такие резервуары позволяют удерживать избыточное давление в пределах 700-2000 кПа, что дает возможность полного исключения потерь типа «малых паров». Но сложность их изготовления и высокая цена мешают широкому использованию.

При эксплуатации газопроводных систем (ГПС) есть необходимость загрузки продукта в один или группу резервуаров и выгрузки в другие резервуары, входящие в ГПС. Совместимость важна как для выполнения операции, так и для объема нефтепродукта, который принимается и выдается. Совместимость операций загрузки и отгрузки принято характеризовать коэффициентом совместимости.

Наипростейшая система складывается из двух резервуаров, в один из которых топливо подается, а из другого одновременно отгружается потребителю. В реальных условиях эксплуатации совместить подобные операции достаточно сложно, поэтому необходимо в конструкцию ГПС включать газонакопители, в которых ППС вытесняется во время заполнения резервуаров и снова попадает в ГП резервуара во время отгрузки из него топлива. Известно, что использование ГПС позволяет сократить потери углеводородов от испарений в резервуарах нефтебаз на 30-42%.

Повысить эффективность существующих ГПС для сокращения потерь углеводородов от испарений можно за счет использования газонакопителей. Наиболее эффективными и безопасными являются ГПС для резервуаров без понтонов с использованием эластичных (мягких) накопителей (резервуаров-газгольдеров). Газгольдеры могут располагаться как на территории парка, так и в конструкции резервных резервуаров.

Уменьшение потерь углеводородного топлива в резервуарных парках в условиях хранения при «малых и больших парах» может быть достигнуто установкой под «дыхательный» клапан диска-отражателя. При использовании диска-отражателя уменьшается перемешивание ППС и ГП резервуара. Эффективное использование диска-отражателя уменьшает потери от испарений до 30-40%. Особенно эффективно использование дисков-отражателей при высоких коэффициентах оборотности резервуаров в весенне-летний период.

Передовым способом уменьшения потерь нефтепродуктов от испарения является усовершенствование технологических схем нефтехранилищ, которые расположены вблизи ГПС, которые соединяют ГП резервуаров, а также систем улавливания легких фракций топлива (СУЛФ). В последнее время особое внимание уделяется самой СУЛФ, одной из особенностей которой является то, что ее конструкция предусматривает безостановочную работу в автоматическом режиме и не требует присутствия обслуживающего персонала. Кроме того, СУЛФ имеет самозащиту от случайных отключений, способную функционировать постоянно в режиме частых включений-выключений, работоспособную в условиях высокоактивных сред.

Одним из перспективных направлений решения проблемы потерь от испарений является усовершенствование конструкции «дыхательной» арматуры резервуарных емкостей (резервуаров, транспортных емкостей), кроме использования сорбентов.

Использование понтонов, плавающих кровель, СУЛФ и других способов не позволяет успешно улавливать легкие фракции, а только предотвращают потери незначительной части углеводородов. Кроме того, ситуация усложняется тем, что даже морально и технически устаревшие технологии используются нерационально. Ведущие технические разработки, как правило, ориентированы на большие капиталовложения (табл.1) или в лучшем случае носят локальный характер.

Таким образом, при стремительном удорожании нефти и нефтепродуктов, а также с принятием более суровых экологических норм научно-прикладная проблема потерь углеводородного сырья и товарной продукции приобретает все более острое значение.

Без поддержки государства проблему потерь глобального комплексного значения не решить. А уменьшение потерь позволит поддерживать экономике государства высокую прибыльность углеводородов даже без проведения мероприятий по увеличению добычи и переработки нефти.


Таблица 1.

Сравнительная характеристика способов избегания потерь от испарений нефтепродуктов при их хранении

№

Наименование способа

Эффек-

тивность %

При хранении

1

Металлический понтон

80

2

Синтетический понтон

92

3

Алюминиевый понтон «Ультрафлоут» корпорации «Ultraflout» (США)

95

4

Газоуравнивающая система без газонакопителя

60

5

Газоуравнивающая система с газонакоплением типа «дыхательный баллон» емкостью 2000 м.куб.

70

6

Технология вакуумной адсорбции компании Cool Sorption A/S (Denmark)

98

7

Диск отражатель со сменным углом направления струи пароветрянной смеси (Рос.Федерация)

60

При транспортировании

8

При транспортировании моторного топлива железнодорожным либо автомобильным транспортом эффективные технические способы не используются

-

При использовании (кроме эксплуатации авиационной техники) и проведении технологических операций слива и наполнения транспортных цистерн

9

Эффективные технические способы не используются (либо используется технически и морально устаревшее оборудование)

-