Способ определения потерь нефти и нефтепродуктов от малых дыханий при хранении в резервуарах Российский патент 2022 года по МПК B65D90/38 G01F22/02 

Изобретение относится к области хранения нефти и нефтепродуктов в резервуарах, оборудованных дыхательными клапанами.

Известен способ определения потерь нефти и нефтепродуктов от испарения при хранении и транспортировке по объему потерь нефти и нефтепродуктов от испарений углеводородов и изменения термодинамического состояния паровоздушной смеси в процессе «большого» или «малого» дыханий, определяемому по формулам:

или

где V_ГП - объем газового пространства резервуара, м³;

С_0м, С_1M, - 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, T₁ - температура паров углеводородов до и после дыхания, K.

Недостатками данного способа являются сложность и трудоемкость отбора проб газовоздушной смеси (ГВС) из газового пространства резервуара без нарушения герметичности резервуара до и после одного дыхания с последующим проведением хроматографического анализа проб для определения средней по высоте газового пространства резервуара массовой или объемной концентрации паров углеводородов и их молекулярной массы, измерения концентрации паров углеводородов в газовом пространстве резервуаров до и после дыхания с помощью газоанализатора, отсутствие методов и критериев определения точного времени отбора проб и проведения измерений в течение суток до и после дыхания, существенно влияющих на точность определения потерь нефти и нефтепродуктов, отсутствие указания необходимого количества отбора проб и измерений при определении потерь нефти и нефтепродуктов от малых дыханий при хранении в резервуаре в течение нескольких месяцев и лет.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ определения потерь нефти и нефтепродуктов от испарения при малых дыханиях резервуаров, предусматривающий регистрацию значения избыточного давления, атмосферного давления, средних значений температуры газового пространства в резервуаре, определение изменений массовой концентрации углеводородов в газовом пространстве резервуара по формуле:

где P₁, Р₂ - значения абсолютного давления в резервуаре до и после срабатывания дыхательного клапана, Па, определяемые по зависимости:

Р=Р_изб+Р_а;

Р_изб - избыточное давление в резервуаре, Па;

T₁, Т₂ - средние значения температуры газового пространства резервуара до и после срабатывания клапана, K;

ΔР_атм - прирост атмосферного давления, Па, определяемый по зависимости:

ΔР_атм=Р_атм2-Р_атм1,

М - молярная масса паров нефти или нефтепродукта, г/моль,

определение массовых потерь от испарения при вытеснении обогащенной парами углеводородов газовой фазы по зависимости:

где V - объем газового пространства резервуара, м³;

с - концентрация углеводородов в газовом пространстве резервуара на момент открытия дыхательного клапана, определяемая по зависимости:

где с' - первоначальная концентрация углеводородов в газовом пространстве резервуара, кг/м³.

Недостатками данного способа являются необходимость измерения с помощью жидкостного U-образного манометра или микроманометра избыточного давления в газовом пространстве резервуара, существенное влияние предлагаемого способа выбора значений давления и температуры до и после дыхания на точность расчетов, необходимость экспериментального определения периодичности регистрации значений, отсутствие метода корректировки периодичности регистрации значений, необходимость проведения хроматографического исследования для определения массовой концентрации углеводородов в газовом пространстве резервуара, необходимость экспериментального определения периодичности проведения хроматографических исследований по определению значений концентрации углеводородов.

Технический результат предлагаемого способа заключается в повышении точности и упрощение определения потерь нефти и нефтепродуктов от их испарения в процессе хранения без отбора проб и проведения лабораторных исследований.

Указанный технический результат достигается тем, что способ определения потерь нефти и нефтепродуктов от малых дыханий при хранении в резервуарах, оснащенных дыхательными клапанами, включающий регистрацию значений атмосферного давления, температуры газового пространства резервуара, температуры верхнего слоя нефти или нефтепродукта, уровня нефти или нефтепродукта в резервуаре с интервалом не более 30 минут, математическую обработку измеренных значений за необходимый период расчета потерь с определением для каждого интервала регистрации данных следующих параметров: относительного изменения давления в резервуаре ΔР_Т,i (Па) в момент регистрации данных i за счет изменения температуры ГВС от T_i-1 (К) в предыдущий момент времени регистрации данных (i-1) до T_i (К) в текущий момент i регистрации данных по формуле:

относительного изменения давления в резервуаре ΔP_h,i (Па) в момент i за счет изменения уровня взлива при температурном изменении объема жидкого нефтепродукта или нефти и соответствующем изменении объема ГВС V_гвс (м³) по формуле:

изменения давления в резервуаре ΔР_С,i (Па) в момент i за счет изменения давления насыщенных паров Р_нас при изменении температуры нефтепродукта (нефти) по формуле:

давления насыщенных паров в газовом пространстве резервуара Р_нас,i (Па) в момент i в зависимости от температуры T_нп,i (°С) верхнего слоя нефтепродукта (нефти) по формуле:

где А, В, С_A - константы уравнения Антуана для нефти или нефтепродукта,

T_нп,i - температура верхнего слоя нефтепродукта (нефти) в момент i, К;

давления в газовом пространстве резервуара P_peз,i (Па) в момент i по формуле:

где Р_рез,i-1 - давление в резервуаре в предыдущий момент (i-1), по отношению к которому определялись величины ΔP_T.i, ΔP_C,i, ΔP_h,i с принятием в начальный момент (i=0), для которого нет данных, давления в резервуаре равным атмосферному давлению, а температуры равной текущей температуре (в момент i=1);

далее сравнивают в каждый момент регистрации данных давления в газовом пространстве резервуара с атмосферным давлением и при превышении разницы давлений в положительную или отрицательную сторону относительно минимальных значений давления срабатывания клапанов на конкретном резервуаре на «выдох» и «вдох» фиксацией, соответственно, «выдоха» или «вдоха» резервуара, определяют потенциальное избыточного давления в момент i ΔР_выд,i превышающего давление срабатывания дыхательного клапана в момент «выдоха» резервуара, по формуле:

где Р_клап - давление срабатывания клапана, Па,

Р_атм,i - атмосферное давление момент i, Па;

массу выдыхаемых паров нефтепродукта (нефти) при выдохе m_выд,i (г) по формуле:

где М_п - молярная масса паров нефтепродукта (нефти), г/моль,

R - универсальная газовая постоянная, 8,314 Дж/К/моль,

T_i - температура ГВС в момент i, К,

ΔР_выд>0;

далее определяют молярную массу паров нефтепродукта (нефти) по формуле:

где Т_нк - температура начала кипения нефтепродукта (нефти), °С, определение суммарных потерь нефти или нефтепродукта за расчетный период по формуле:

Сущность изобретения заключается в определении массовых потерь нефти или нефтепродукта от испарения при хранении в резервуарах, оснащенных дыхательными клапанами, по архивным данным регистрации атмосферного давления и архивным данным измерительной системы за выбранный период времени.

Изобретение поясняется следующими фигурами.

На фиг. 1 изображен уровень взлива бензина АИ-92 в РВС-5000 по архивным данным измерительной системы «СТРУНА».

На фиг. 2 показаны температуры ГВС и верхнего слоя бензина АИ-92 в РВС-5000 по архивным данным измерительной системы «СТРУНА».

На фиг. 3 изображены атмосферное давление по архивным данным метеостанции, давления срабатывания дыхательного клапана НДКМ-250 на «вдох» и «выдох», расчетное давление в газовом пространстве резервуара.

Способ осуществляют следующим образом.

В крышку смотрового люка резервуара со стационарной крышей устанавливают стационарную штангу, на которую устанавливают цифровой датчик уровня взлива поплавкового типа с чувствительностью ±1 мм для контроля уровня нефтепродукта в резервуаре, датчики температуры с чувствительностью ±0,5°С на расстоянии 0,5 - 1 м друг от друга. При этом верхний датчик температуры устанавливают выше максимального уровня взлива нефти или нефтепродукта.

Датчиком уровня измеряют уровень нефтепродукта в резервуаре. Датчиками температуры, расположенными выше уровня взлива нефтепродукта, измеряют температуры газового пространства резервуара.

Ближайшим датчиком температуры, расположенным ниже уровня взлива нефтепродукта, измеряют температуру верхнего слоя нефтепродукта.

Регистрируют атмосферное давление с помощью метеостанции с архиватором метеоданных с интервалом не более 30 минут.

Все измеренные данные за необходимый период расчета потерь нефтепродуктов при хранении в резервуаре с интервалом не более 30 мин записывают в базу данных для последующей математической обработки.

Математическая обработка базы данных осуществляют по следующему алгоритму.

Для каждого момента регистрации данных i определяют среднюю температуру ГВС по данным датчиков температуры, расположенных выше уровня взлива нефти или нефтепродукта, и принимают ее за температуру ГВС T_i, и температуру верхнего слоя нефти или нефтепродукта T_нп,i по данным ближайшего датчика температуры, расположенного ниже уровня взлива.

Для каждого момента регистрации данных i определяют по геометрическим размерам резервуара и уровня взлива нефти или нефтепродукта объем газового пространства резервуара и принимают его за объем ГВС V_гвс,i.

При проведении расчетов за каждый интервал регистрации данных определяется изменение следующих параметров:

- относительное изменение давления в резервуаре ΔP_T,i (Па) в момент регистрации данных i за счет изменения температуры ГВС от T_i-1 (К) в предыдущий момент времени регистрации данных (i-1) до T_i (К) в текущий момент i регистрации данных по формуле:

- относительное изменение давления в резервуаре ΔP_h,i (Па) в момент i за счет изменения уровня взлива при температурном изменении объема жидкого нефтепродукта (нефти) и соответствующем изменении объема ГВС V_гвс (м³) по формуле:

- изменение давления в резервуаре ΔP_C,i (Па) в момент i за счет изменения давления насыщенных паров Р_нас при изменении температуры нефтепродукта (нефти) по формуле:

Давление насыщенных паров в газовом пространстве резервуара Р_нас,i (Па) в момент i в зависимости от температуры верхнего слоя нефтепродукта (нефти) определяется по формуле:

где А, В, С_A - константы уравнения Антуана для нефтепродукта (нефти),

T_нп,i - температура верхнего слоя нефтепродукта (нефти) в момент i, К.

Давление в газовом пространстве резервуара P_peз,i (Па) в момент i определяют по формуле:

где Р_рез,i-1 - давление в резервуаре в предыдущий момент (i-1), по отношению к которому определялись величины ΔP_T.i, ΔP_C,i ΔP_h,i. В начальный момент (i=0), для которого нет данных, давление в резервуаре принимается равным атмосферному давлению, а температура равной текущей температуре (в момент i=1).

В каждый момент регистрации данных давление в газовом пространстве резервуара сравнивают с атмосферным давлением и при превышении разницы давлений в положительную или отрицательную сторону фиксируют, соответственно, «выдох» или «вдох» резервуара. Пределы разницы давлений соответствуют параметрам работы дыхательной арматуры на конкретном резервуаре. В качестве параметров срабатывания дыхательной арматуры выбирают минимальные значения давления срабатывания клапана на «выдох» и «вдох».

«Выдох» резервуара в момент i определяют как потенциальное избыточное давление ΔР_выд,i, превышающее давление срабатывания дыхательного клапана, по формуле:

где Р_клап - давление срабатывания клапана, Па,

Р_атм,i - атмосферное давление момент i, Па.

Масса выдыхаемых паров нефтепродукта (нефти) при выдохе m_выд,i (г) определяют по формуле:

где М_п - молярная масса паров нефтепродукта (нефти), г/моль,

R - универсальная газовая постоянная, 8,314 Дж/К/моль,

T_i - температура ГВС в момент i, К,

ΔР_выд>0.

Молярная масса паров нефтепродукта (нефти) определяют по формуле:

где Т_нк - температура начала кипения нефтепродукта (нефти), °С.

Суммарные потери нефти или нефтепродукта за расчетный период определяют по формуле:

Предложенный способ определения потерь нефти и нефтепродуктов от малых дыханий при хранении в резервуарах может быть использован для определения фактических и нормативных значений естественной убыли нефти и различных нефтепродуктов при хранении в конкретных климатических и технических условиях хранения в резервуарах, оснащенных дыхательными клапанами.

Способ поясняется на следующем примере

Пример

Необходимо определить потери бензина при хранении от малых дыханий за период с 18.06.2020 по 07.08.2020 (50 дней).

В резервуаре РВС-5000 с бензином АИ-92 установлена измерительная система «СТРУНА», осуществляющая регистрацию и запись с интервалом 30 минут уровня взлива нефтепродукта (фиг. 1) в резервуаре, температур ГВС и верхнего слоя нефтепродукта (фиг. 2). Данные атмосферного давления зарегистрированы метеостанцией за необходимый период расчета (фиг. 3).

На резервуаре установлены дыхательные клапаны НДКМ-250 с минимальным значением избыточного давления срабатывания на «выдох» 1569 Па и клапаны давления разрежения на «вдох» 177 Па (фиг. 3).

Коэффициенты Антуана для бензина в соответствии с НПБ 105-95: А=4,12311, В=664,976, С_А=221,695.

Температура начала кипения бензина составляет 35°С.

Диаметр резервуара РВС-5000 составляет 22800 мм, базовая высота резервуара РВС-5000 составляет 12000 мм.

Используя указанные исходные данные и применяя представленный алгоритм расчета, получаем изменение давления в газовом пространстве резервуара в течение расчетного периода времени (фиг. 3) и суммарные потери бензина АИ-92 при хранении в резервуаре РВС-5000 за 50 дней (с 18.06.2020 по 07.08.2020) 696,654 кг.

Изобретение относится к области хранения нефти и нефтепродуктов в резервуарах. Способ определения потерь нефти и нефтепродуктов от малых дыханий при хранении в резервуарах заключается в регистрации значений атмосферного давления, температуры газового пространства резервуара, температуры верхнего слоя нефти или нефтепродукта, уровня нефти или нефтепродукта в резервуаре, определении массы выдыхаемых паров через дыхательные клапаны по определенным формулам. Технический результат заключается в повышении точности и упрощении определения массовых потерь нефти и нефтепродуктов. 3 ил.

Способ определения потерь нефти и нефтепродуктов от малых дыханий при хранении в резервуарах, оснащенных дыхательными клапанами, включающий регистрацию значений атмосферного давления, температуры газового пространства резервуара, температуры верхнего слоя нефти или нефтепродукта, уровня нефти или нефтепродукта в резервуаре с интервалом не более 30 минут, математическую обработку измеренных значений за необходимый период расчета потерь с определением для каждого интервала регистрации данных следующих параметров: относительного изменения давления в резервуаре ΔP_T,i (Па) в момент регистрации данных i за счет изменения температуры ГВС от T_i-1 (К) в предыдущий момент времени регистрации данных (i-1) до T_i (К) в текущий момент i регистрации данных по формуле

относительного изменения давления в резервуаре ΔP_h,i (Па) в момент i за счет изменения уровня взлива при температурном изменении объема жидкого нефтепродукта или нефти и соответствующем изменении объема ГВС V_гвс (м³) по формуле

изменения давления в резервуаре ΔP_C,i (Па) в момент i за счет изменения давления насыщенных паров Р_нас при изменении температуры нефтепродукта (нефти) по формуле

давления насыщенных паров в газовом пространстве резервуара Р_нас,i (Па) в момент i в зависимости от температуры T_нп,i (°С) верхнего слоя нефтепродукта (нефти) по формуле

где А, В, С_а - константы уравнения Антуана для нефти или нефтепродукта,

T_нп,i - температура верхнего слоя нефтепродукта (нефти) в момент i, К;

давления в газовом пространстве резервуара P_peз,i (Па) в момент i по формуле

где Р_рез,i-1 - давление в резервуаре в предыдущий момент (i-1), по отношению к которому определялись величины ΔP_T,i, ΔP_C,i, ΔP_h,i с принятием в начальный момент (i=0), для которого нет данных, давления в резервуаре, равного атмосферному давлению, а температуры, равной текущей температуре (в момент i=1);

далее сравнивают в каждый момент регистрации данных давления в газовом пространстве резервуара с атмосферным давлением и при превышении разницы давлений в положительную или отрицательную сторону относительно минимальных значений давления срабатывания клапанов на конкретном резервуаре на «выдох» и «вдох» фиксацией, соответственно, «выдоха» или «вдоха» резервуара, определяют потенциальное избыточное давление в момент i ΔP_выд,i, превышающее давление срабатывания дыхательного клапана в момент «выдоха» резервуара, по формуле

где Р_клап - давление срабатывания клапана, Па,

Р_атм,i - атмосферное давление в момент i, Па;

массу выдыхаемых паров нефтепродукта (нефти) при выдохе m_выд,i (г) по формуле

где М_п - молярная масса паров нефтепродукта (нефти), г/моль,

R - универсальная газовая постоянная, 8,314 Дж/К/моль,

T_i - температура ГВС в момент i, К,

ΔР_выд>0;

далее определяют молярную массу паров нефтепродукта (нефти) по формуле

где Т_нк - температура начала кипения нефтепродукта (нефти), °С, определение суммарных потерь нефти или нефтепродукта за расчетный период по формуле