СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТЕРЬ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ ОТ ИСПАРЕНИЯ ПРИ ХРАНЕНИИ И ТРАНСПОРТИРОВКЕ Российский патент 2015 года по МПК G01L11/00 

Способ определения потерь применим как в процессе сбора, подготовки, транспортировки и хранения нефти на промыслах, так и при транспортировке нефти по магистральным нефтепроводам, а также может быть использован на предприятиях, занимающихся переработкой нефти, хранением, транспортировкой и распределением нефтепродуктов.

Способ определения массы потерь нефти и нефтепродуктов от испарения углеводородов во время «больших» и «малых дыханий» при хранении в резервуарах и транспортировке основан на расчетно-экспериментальном методе определения ее составляющих. При этом объем выбросов в результате вытеснения паров в процессе заполнения резервуара жидкостью («большое дыхание») или при изменении термодинамического состояния паровоздушной смеси в емкости («малого дыхания») определяется расчетным путем, а значения концентрации паров углеводородов, давления и температуры паровоздушной смеси в емкости определяется по результатам их измерений в газовом пространстве резервуара.

Значение массы потерь от испарения нефти и нефтепродуктов, налитой в емкость, определяется по формуле

где

M - масса потерь, кг;

V - объем вытесненной из резервуара газовоздушной смеси, м³;

C_ср - средняя массовая концентрация паров углеводородов в вытесненной из резервуара газовоздушной смеси, кг/м³.

Известен способ определения объема углеводородов, теряемых от одного «малого дыхания» (Константинов Н.Н. Борьба с потерями от испарения нефти и нефтепродуктов - М.: Гостоптехиздат, 1961), описываемый формулой

где

V_ГП - объем газового пространства (ГП) емкости, м³;

С_min, С_max - минимальная и максимальная объемная концентрация паров углеводородов в ГП резервуара в течение суток, %;

Т_Пmin, Т_Пmax - минимальная и максимальная температура ГП резервуара в течении суток, K;

Р_КВ, Р_КД - давление срабатывания дыхательного клапана резервуара на вакуум и избыточное давление, Па;

Р_А - атмосферное давление, Па.

Недостатком данного способа является необходимость применения сложной и дорогой измерительной аппаратуры, значительная трудоемкость и сложность определения минимальных и максимальных значений объемной концентрации и температуры паров углеводородов в газовом пространстве, неточность определения которых приводит к увеличению погрешности определения. Кроме того, данная формула применима только для «малых дыханий», что снижает функциональность способа.

Величина потерь паров углеводородов V_БД при «большом дыхании», как правило, принимается равной объему поступившей в резервуар (цистерну, танк) жидкости V_ЗАК (Абузова Ф.Ф., Бронштейн И.С. и др. Борьба с потерями нефти и нефтепродуктов при их транспортировании и хранении - М.: Недра, 1981)

Такой подход имеет большую погрешность, т.к. не учитывает дополнительный объем потерь, связанный с испарением углеводородов в процессе заполнения резервуара.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ определения потерь нефти и нефтепродуктов от испарения углеводородов по концентрации паров, вытесняемых из резервуара за одно заполнение (РД 153-39-019-97 «Методические указания по определению технологических потерь нефти на предприятиях нефтяных компаний Российской Федерации»).

Этим способом предусматривается определение величины потерь углеводородов нефти и нефтепродуктов от испарения по формуле

где

V_i, V_i+1 - объемы газового пространства в моменты времени i, i+1;

C_i, C_i+1 - объемные концентрации углеводородов в газовом пространстве резервуара в моменты времени i, i+1;

T_i, T_i+1, P_i, P_i+1 - температура и давление газового пространства в моменты времени i, i+1;

С_ср, - средняя объемная концентрации углеводородов в газовом пространстве резервуара;

То, Ро - температура и давление при нормальных условиях, K, МПа;

ρ - средняя плотность паров углеводородов в выходящей паровоздушной смеси за весь период заполнения, кг/м³.

Реализация данного способа заключается в том, что значение массы выброса паров углеводородов определяется расчетным путем с учетом измерений:

V_i, V_i+1 - объемов газового пространства резервуара в моменты времени i, i+1,

Т_i, T_i+1, P_i, P_i+1 - температуры и давления газового пространства в моменты времени i, i+1,

То, Ро - температуры и давления газового пространства при нормальных условиях,

С_ср - средней объемной концентрация углеводородов в выходящей паровоздушной смеси за весь период заполнения,

ρ - средней плотности паров углеводородов в выходящей паровоздушной смеси за весь период заполнения, кг/м³.

Недостатком данного способа является невозможность определения дополнительных потерь, образующихся от испарения углеводородов в процессе заполнения емкости, а также потерь от «малых дыханий».

Технический результат предлагаемого способа - повышение точности определения потерь нефти и нефтепродуктов от испарения углеводородов при хранении и транспортировке, а также расширение функциональности за счет возможности его применения как для «больших», так и для «малых дыханий».

Указанный технический результат достигается тем, что объем потерь V_n, связанный с испарением углеводородов и изменением термодинамического состояния паровоздушной смеси в процессе «большого» или «малого» дыхания, определяется по формуле

или

где

V_ГП - объем газового пространства резервуара, м³;

С_0М, С_1М - массовая концентрация углеводородов в парах до и после дыхания, кг/м³;

C_0П, C_1П - объемная концентрация углеводородов в парах до и после дыхания, объемные доли;

R₀ - универсальная газовая постоянная, Дж/(моль·K);

М_П - молекулярная масса паров углеводородов, кг/моль;

Р_а, - атмосферное давление, кПа;

Т₀, T₁ - температура паров углеводородов до и после дыхания, K.

Данные отличительные признаки в совокупности с известными являются существенными для достижения технического результата, так как в формуле определения потерь V_n углеводородов в процессе заполнения емкости и изменения термодинамического состояния паровоздушной смеси учтены потери от испарения углеводородов в процессе выброса от начального до конечного состояния, что позволит повысить точность и достоверность способа. Кроме того, величина V_n характеризует количество потерь углеводородов от «малых дыханий» при хранении, если отсутствуют технологические операции заполнения емкости.

Способ реализуется следующим образом. Масса одного выброса паров углеводородов М_В при «малом дыхании» определяется по формуле

где

V_n - объем выброса паровоздушной среды от «малого дыхания», м³;

С_м - массовая концентрация паров углеводородов в выбросах паровоздушной среды, кг/м³.

Вытесняемый объем паровоздушной среды из резервуара от одного «малого дыхания» определяется по формуле

или

где

V_ГП - объем газового пространства в резервуре, м³;

С_0М, С_1М - средние значения массовой концентрации углеводородов в парах до и после дыхания, кг/м³;

C_0П, С_1П - объемная концентрация углеводородов в парах до и после дыхания, объемные доли;

Т₀, Т₁ - средние значения температуры углеводородов нефти или нефтепродуктов в парах до и после дыхания, K;

R₀ - универсальная газовая постоянная, Дж/(моль·K);

М_П - молекулярная масса паров, кг/моль;

P_a - атмосферное давление, Па.

Объем газового пространства резервуара V_ГП определяется статическими методами по ГОСТ 8.595-2004 как разница геометрического объема резервуара (данные из паспорта на резервуар) и его объема, заполненного углеводородами по результатам измерения уровня (по градуировочной таблице на резервуар). Средние значения температуры паровоздушной смеси до и после дыхания газового пространства резервуара в течение суток определяются экспериментально в середине газового пространства резервуара с помощью измерителя температуры. Среднее значение массовой концентрации или объемной концентрации паров углеводородов в газовом пространстве резервуара определяется из отобранных проб в лаборатории с помощью хроматографического анализа или газоанализатора до и после дыхания по высоте газового пространства. Количество измерений прямо пропорционально зависит от объема газового пространства резервуара. Молекулярная масса паров нефти М_ПН определяется по результатам хроматографического анализа.

Масса одного выброса паров углеводородов при «больших дыханиях» определяется по формуле

где

V_БД - объем выброса паровоздушной среды от «большого дыхания», м³;

С_м - среднее значение массовой концентрации углеводородов паровоздушной среды, кг/м³.

Величина объема потерь углеводородов V_БД при «большом дыхании» принимается равной сумме объемов поступившего в резервуар продукта _ΔV и дополнительного объема потерь V_n, связанного с испарением углеводородов в процессе заполнения емкости и изменением термодинамического состояния паровоздушной смеси

Значение _ΔV определяется статическими или динамическими методами измерения объема по ГОСТ 8.595-2004. Значение V_n определяется по формулам 8 или 9. Среднее значение температуры паровоздушной смеси в газовом пространстве резервуара до дыхания определяется экспериментально с помощью измерителя температуры в середине газового пространства резервуара, после дыхания - в выходящей паровоздушной смеси при завершении технологической операции заполнения емкости. Среднее значение массовой концентрации паров углеводородов в газовом пространстве резервуара до дыхания определяется из отобранных проб в лаборатории с помощью хроматографического анализа или газоанализатора массовой концентрации по высоте газового пространства, после дыхания - в выходящей паровоздушной смеси. Измерения проводятся через n равных отрезков времени в соответствии с уровнями измерения концентраций, количество измерений прямо пропорционально зависит от объема газового пространства резервуара.

Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку из общедоступных сведений не известен способ, учитывающий дополнительный объем потерь V_n, связанный с испарением углеводородов в процессе заполнения емкости и изменением термодинамического состояния газовой смеси.

Предлагаемое техническое решение промышленно применимо, так как для его реализации могут быть использованы стандартное оборудование, приспособления и материалы, широко распространенные в области измерительной техники.

Способ определения потерь нефти и нефтепродуктов применим как в процессе сбора, подготовки, транспортировки и хранения нефти на промыслах, так и при транспортировке нефти по магистральным нефтепроводам, а также может быть использован на предприятиях, занимающихся переработкой нефти, хранением, транспортировкой и распределением нефтепродуктов. Способ заключается в том, что объем потерь нефти и нефтепродуктов от испарений углеводородов и изменения термодинамического состояния паровоздушной смеси в процессе «большого» или «малого» дыханий, определяется по формулам:

или

где

V_ГП - объем газового пространства резервуара, м³;

C_0М, C_1М, - массовая концентрация углеводородов в парах до и после дыхания, кг/м³;

C_0П, C_1П - объемная концентрация углеводородов в парах до и после дыхания, объемные доли;

Ro - универсальная газовая постоянная, Дж/(моль·K);

Мп - молекулярная масса паров углеводородов, кг/моль;

P_a, - атмосферное давление, кПа;

T₀, Т₁ - температура паров углеводородов до и после дыхания, K. Техническим результатом является повышение точности определения потерь нефти и нефтепродуктов при хранении и транспортировке, а также расширение функциональности за счет возможности его применения как для «больших», так и для «малых дыханий».

Способ определения массы потерь нефти и нефтепродуктов от испарения углеводородов при хранении и транспортировке в резервуарах, основанный на расчетно-экспериментальном методе определения ее составляющих, при реализации которого значение объема выбросов в результате вытеснения паров с воздухом в процессе заполнения емкости жидкостью («большого дыхания») или изменения термодинамического состояния паровоздушной смеси в емкости («малого дыхания») определяется расчетным путем, а значения концентрации паров углеводородов, давления и температуры паровоздушной смеси в резервуаре по результатам их измерений в газовом пространстве, отличающийся тем, что объем потерь углеводородов от испарения и изменения термодинамического состояния паровоздушной смеси в процессе «большого» или «малого» дыханий определяется по формулам

или

где
V_ГП - объем газового пространства резервуара, м³;
С_0М, С_1М - массовая концентрация углеводородов в парах до и после дыхания, кг/м³;
С_0П, С_1П - объемная концентрация углеводородов в парах до и после дыхания, объемные доли;
R₀ - универсальная газовая постоянная, Дж/(моль·K);
М_П - молекулярная масса паров углеводородов, кг/моль;
Р_а - атмосферное давление, кПа;
Т₀, Т₁ - температура паров углеводородов до и после дыхания, K.