Потери нефтепродукта от «большого дыхания»

«Большие дыхания» - потери нефтепродукта и нефти от испарения при заполнении резервуара.

Потери нефтепродукта от «большого дыхания» рассчитываются по формуле В.И.Черникина:

(3.3)

где V_н – объем закачиваемого в резервуар нефтепродукта; V_г – объем газового пространства (ГП) резервуара перед закачкой нефтепродукта; Р₂ – абсолютное давление ГП в конце закачки, Р₂=Р_а+Р_КД; Р₁ –то же в начале закачки, Р₁=Р_а-Р_КД – если закачка начинается ночью и Р₁=Р_а – если днем; Р_а – атмосферное давление; Р_КВ, Р_КД –установки клапанов соответственно вакуума и давления; ρ_у – плотность паров нефтепродукта

(3.4)

Р_Г,Т_Г – абсолютное давление и температура в ГП; - универсальная газовая постоянная, Дж/(кмоль∙К); М_у – молярная масса паров нефтепродуктов, кг/кмоль

- для бензинов

М_у=60,9-0,306Т_НК+0,001Т²_НК (3.5)

- для нефтей

М_у=0,0043(Т_НК-61)^1,7 (3.6)

Т_НК – температура начала кипения нефтепродукта (нефти),К; Р_у.зак – среднее расчетное парциальное давление паров нефтепродукта в процессе заполнения резервуара

(3.7)

С_зак.ср – средняя концентрация углеводородов в ПВС, вытесняемой из резервуара при его заполнении.

Величина С_зак.ср определяется с учетом донасыщения ГП в ходе операций, предшествующих заполнению. Независимо от вида технологической операции (опорожнение,простой или заполнение резервуара) концентрация углеводородов в его ГП находится методом последовательных приближений по следующему алгоритму:

1) задаются средней (за операцию) концентрацией С_ср углеводородов в ГП;

2) вычисляют кинематическую вязкость паровоздушной смеси ν и коэффициент диффузии паров нефтепродукта D_М при этой концентрации и средней температуре процесса Т;

3) вычисляют полный поток массы J и общую массу Δm_у испаряющегося нефтепродукта;

4) находят массовую и объемную С концентрации углеводородов в ГП к концу рассматриваемой технологической операции, а затем и расчетное значение средней объемной концентрации углеводородов в ГП в течение данной операции С_{ср.расч}

Необходимо добиться равенства величин С_ср и С_{ср.расч}.

Основные параметры паровоздушной смеси и паров нефтепродукта вычисляются по формулам:

- молярная масса ПВС (кг/кмоль)

М_ПВС=М_у∙С_ср+ М_в∙(1-С_ср) (3.8)

- плотность ПВС (кг/м³) – по формуле (3.4), в которую вместо М_унадо подставить М_ПВС, или как аддивную величину

- кинематическая вязкость ПВС (м²/с)

(3.9)

- коэффициент диффузии паров (м²/ч)

(3.10)

- концентрация насыщенных паров (доли)

(3.11)

где М_В – молярная масса воздуха, М_в=29 кг/кмоль; а_м, в_м – эмпирические коэффициенты (табл. 3.18)

Таблица 3.18

Значения коэффициентов а_м, в_м

Углеводородная жидкость	ам, м2/ч	bм, м2/(ч∙град)
Авиационные бензины	-0,0965	0,000435
Автомобильные бензины	-0,1170	0,000503
Нефти Башкирии	-0,0587	0,000251
Нефть арланская	-0,0476	0,000200
Нефти Западной Сибири	-0,0111	0,000139
Нефти Татарии	-0,0171	0,000139

Р_s – давление насыщенных паров нефтепродукта при рассматриваемых температуре и соотношении фаз

(3.12)

P_R – давление насыщенных паров нефтепродукта по Рейду (T_R=311 K; соотношение паровой и жидкой фаз =4); b_s – эмпирический коэффициент F(V_п/V_ж) - поправка, учитывающая влияние соотношение фаз на давление насыщения (табл. 3.19)

Таблица 3.19

Рекомендуемые величины b_s и F(V_п/V_ж)

Углеводородная жидкость	bs, 1/К	Выражение для расчета F(Vп/Vж)
при (Vп/Vж)≤4	при (Vп/Vж)>4
Авиационный бензин	0,0325	1,38-0,25(Vп/Vж)0,3	0,81+0,486(Vп/Vж)-0,68
Автомобильный бензин	0,0340	1,41-0,25(Vп/Vж)0,37	1,15-0,063(Vп/Vж)0,629
Нефть	0,0250	1,70-0,35(Vп/Vж)0,5	1,70-0,35(Vп/Vж)0,5

Давление насыщенных паров по Рейду для автобензинов не должно превышать: для Б-95/130 – 45 400 Па; для Б-91/115 и Б-92 – 48 000 Па. Для летних автобензинов А-72, А-76, Аи-91, Аи-93 максимально возможная величина P_R-6 700 Па, а для зимних - не более 93 300 Па. Летние автобензины А-80 и Аи -92 имеют P_R≤80 000 Па, а у нефтей P_R≤66 700 Па.

При отсутствии данных о величине P_R рекомендуется принимать величину 1,22P_R равной: для автобензинов – 57 000 Па, для авиабензинов – 65 000 Па, для нефтей – 25 000…45 000 Па (обратно пропорционально их плотности).

Интенсивность процесса испарения нефтепродуктов в резервуарах характеризуется величиной полного потока массы испаряющегося вещества J, которое показывает, сколько килограммов нефтепродукта испаряется с единицы его поверхности в единицу времени. Этот процесс пока изучен только для автобензинов.

Для расчета величин J используются следующие критериальные уравнения, справедливые для резервуаров типа РВС:

- при неподвижном хранении бензина

(3.13)

- при опорожнении резервуаров

(3.14)

- при заполнении резервуаров

(3.15)

где Kt – безразмерный критерий подобия, характеризующий интенсивность испарения бензинов

(3.16)

Т_в, Т_б – абсолютные температуры соответственно воздуха и бензина;

Δπ – модуль движущей силы процесса испарения

(3.17)

Sc – число Шмидта;

Re – среднее число Рейнольдса, характеризующее скорость омывания поверхности бензина воздухом при опорожнении резервуаров;

Fe∙Re – параметр подобия, характеризующий интенсивность перемешивания бензина в резервуаре при его заполнении.

Величины Sc, Re_ср и Fe∙Re рассчитываются по следующим зависимостям

(3.18)

где U – средняя скорость струи воздуха у поверхности откачиваемого нефтепродукта

(3.19)

где U₀ – начальная скорость струи воздуха у поверхности откачиваемого нефтепродукта

(3.20)

r – радиус монтажного патрубка;

Q_от – расход откачки нефтепродукта;

N_к - число дыхательных клапанов, установленных на резервуаре;

d_э – диаметр круга, эквивалентного площади поверхности бензина, омываемого струей воздуха при входе в резервуар

(3.21)

Н_г – средняя высота ГП за время опорожнения; W_x – характерная скорость перемешивания нефтепродукта в резервуаре при закачке бензина

(3.22)

W_зак – скорость бензина кинематической вязкостью ν в приемном патрубке резервуара;

V_зак - часовой объем закачки бензина в резервуар;

D_p, H_б – соответственно диаметр резервуара и средний уровень бензина в нем в процессе заполнения.

Массовая концентрация углеводородов в ГП резервуара к моменту окончания различных технологических операций вычисляется по формулам:

- при неподвижном хранении нефтепродукта (простое резервуара)

(3.23)

- при опорожнении резервуара

(3.24)

- при заполнении резервуара

(3.25)

где m_уо,m_пвс0 – масса соответственно углеводородов и ПВС в ГП резервуара в начале технологической операции;

Δm_у - масса углеводородов, испарившихся в газовое пространство за время технологической операции τ

(3.26)

Fp – площадь «зеркала» бензина в резервуаре; Δm_в – масса подсасываемого в резервуар воздуха

(3.27)

- масса ПВС, вытесненной из ГП резервуара при его заполнении

(3.28)

- средняя массовая концентрация углеводородов в ГП в процессе заполнения резервуара.

Для пересчета объемной концентрации углеводородов в массовую и наоборот, следует пользоваться формулами:

(3.28а)

или, с учетом формулы (3.8)

(3.29)

где - отношение молярной массы паров нефтепродукта к молярной массе воздуха,

Для приближенной оценки потерь от «больших дыханий» можно воспользоваться методикой НИИТранснефть. Она достаточно точна, но позволяет обойтись без итераций.

В этом случае среднее расчетное парциальное давление паров нефтепродукта в процессе заполнения резервуара находится по формуле

(3.30)

где Р_sз – давление насыщенных паров нефтепродукта при условиях заполнения; ΔС/Сs - средняя относительная концентрация углеводородов в газовом пространстве резервуара при его заполнении

(3.31)

Нг1, Нг2 – высота газового пространства в резервуаре соответственно до и после выкачки нефтепродукта;

ΔС₁/Сs - прирост средней относительной концентрации в газовом пространстве резервуара при его заполнении за время выкачки τ_от нефтепродукта;

ΔС₂/Сs – за то же время простоя τ_пр.

Высота газового пространства резервуара с высотами стенки Н_р и конуса крыши Н_к при уровне заполнения Н_ж составляет

(3.31а)

Величина ΔС₁/Сs зависит от типа резервуара, количества дыхательных клапанов N_k, скорости подсасываемого воздуха в них U₀ и продолжительности откачки τ_от и может быть найдена по формуле

(3.32)

где ψ_с1 – коэффициент пропорциональности (таблица 3.9)

Прирост средней относительной концентрации в ГП за время простоя τ_пр описывается выражением

(3.33)

где ψ_с2, βψ – постоянные коэффициенты, величина которых зависит от состояния облачности; при пасмурной погоде ψ_с2=5,4 10^-4; βψ=1,305; при солнечной погоде – ψ_с2=2,61 10^-3; βψ=1,462.

Расчеты показывают, что потери от «больших дыханий» обратно пропорциональны расходу закачки.

Сведения о величине расчетной производительности заполнения-опорожнения резервуаров, диаметре и числе приемо-раздаточных устройств приведены в таблице 3.20.

Тип и количество дыхательных клапанов выбираются в соответствии с их характеристиками (таблица 3.24) и минимально необходимой пропускной способностью Q₀ (м³/ч), равной

(3.34)

где Q –максимальная производительность закачки-выкачки, м³/ч;

Vp – геометрический объем резервуара.

Таблица 3.20

Величина ψ_с1

Тип резервуара	Дыхательные клапаны	ψс1, с/(м∙ч)
тип	количество
РВС 100 РВС 200 РВС 300 РВС 400 РВС 700 РВС 1000 РВС 2000     РВС 5000     РВС 10000     РВС 20000	КД-100 КД-100 КД-100 КД-100 КД-150 КД-150 КД-200 КД-250 КД-250 КД-250 КД-200 КД-250 КД-250 КД-250 НДКМ-150 НДКМ-200 НДКМ-200 НДКМ-250 НДКМ-350 КД-200 КД-250 КД-250 КД-250 НДКМ-150 НДКМ-150 НДКМ-200 НДКМ-200 НДКМ-250 НДКМ-250 НДКМ-350 КД-250 НДКМ-200 НДКМ-200 НДКМ-250 НДКМ-250 НДКМ-350 НДКМ-350 НДКМ-200 НДКМ-250 НДКМ-350 НДКМ-350		0,1380 0,0682 0,0500 0,0382 0,0414 0,0321 0,0300 0,0520 0,0715 0,0880 0,0220 0,0360 0,0500 0,0600 0,0125 0,0134 0,0222 0,0136 0,0171 0,0155 0,0275 0,0360 0,0410 0,0077 0,0132 0,0089 0,0152 0,0104 0,0171 0,0143 0,0145 0,0045 0,0095 0,0320 0,0090 0,0059 0,0120 0,0048 0,0060 0,0040 0,0071

Таблица 3.21