Способ хранения нефтепродуктов с утилизацией паров и установка для его осуществления Советский патент 1988 года по МПК B65D90/30 

Изобретение относится к хранению нефтепродуктов и может быть использовано в нефтехимической и нефтеперерабатывающей промьшленности, а также в других отраслях, связанных с хранением легкоиспаряющихся продуктов.

Цель изобретения снижение потерь нефтепродуктов путем повьшения пол-( ноты утилизации паров.

На фиг,1 изображена предлагаемая установка на фиг.2 - разрез А-А на

фиг, 1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.2„

Поддержание температуры барботи- руемого нефтепродукта ниже температуры хранимого нефтепродукта и выше температурыj соответствующей нулевому парциальному давлению паров посредством охлаждения низкотемпературным хладагентом позволяет при непосредственном контакте паровоздушной смеси (ПВО) с охлаждаемым нефтепродуктом в режиме барботажа достичь конденсации практически всей массы паров, при этом охлажденный воздух, не конденси- Р: ТОЩИЙСЯ при барботаже, возвращаясь обратно в газовое пространство (ГП) резервуара, вызьшает существенное снижение температуры, а следователь- HOj и концентрации паров в ГП, т.е. в резервуаре поддерживается более низкий уровень равновесной концентрации паров, и следовательно, снижаются затраты энергии на конденсацию последних, Термостатированйе заглублением в грунт обеспечивает рациональное с точки зрения экономии электроэнергии использование холода низкотемпе- рат: рного хладагента, сводя к минимуму потери холода в окружающую среду.

Энергия, затраченная на охлаждение барботируемого нефтепродукта, расходуется не только на конденсацию паров при барботаже, но и на предварительную конденсацию паров в самом резервуаре, т.е. на барботаж подается ПБС с меньшей концентрацией паров, тем самым снижаются затрать энергии на конденсацию паров.

Кроме того, для нефтепродуктов, защищенных плавающими подвижными покрытиями, уменьшающими скорость тепломассообмена между жидкой и газовой фазами, затраты энергии будут еще более низкими по сравнению с незащищенными нефтепродуктами, так как защитное покрытие уменьшает скорость испарения, и, следовательно, скорость

нарастания концентрации будет в несколько раз меньше, чем над незащищенной поверхностью. Таким образом,

низкая концентрация, паров в ГП резервуара поддерживается еще и защитным покрытием, что обеспечивает снижение затрат энергии на утилизацию паров.

Согласно предлагаемому способу перед отбором паровоздушной смеси, вытесняемой из газового пространства резервуара при большом дыхании, концентрацию паров нефтепродукта в газовом пространстве резервуара понижают до верхнего концентрационного предела взрываемости паров нефтепродукта в воздухе.

Количество энергии, необходимое для полной утилизации паров нефтепродукта из ПВС, вытесняемой из ГП резервуара при малых и больших дыханиях , определяется концентрацией паров, теплосодержанием и расходом вытесняемой смеси. При равных теплосодержаниях смеси и концентрации паров расходы ПВС при малом дыхании (вытеснение смеси за счет температурного расширения объема ГП) и большом дыхании (вытеснение смеси закачиваемым нефтепродуктом при заполнении резервуара) различаются на порядок. Поэтому расход низкотемпературного хладагента, т.е. мощность холодильного агрегата, расчитанная из

условия обеспечения полной утилизации паров при большом дыхании, будет всегда на порядок превышать потребности в энергии для утилизации паров при малых дыханиях, т.е. при неподвижном хранении нефтепродуктов. Предварительное понижение концентрации паров нефтепродукта в ГП резервуара до верхнего концентрационного предела

взрываемрсти паров нефтепродукта в воздухе непосредственно перед отбором ПВС, вытесняемой из ГП при большом дыхании, т.е. непосредственно перед заполнением резервуара, позволяет

в режиме неподвижного хранения нефтепродукта предварительно извлечь основную долю паров из ПВС, находящейся в ГП резервуара, посредством конденсации паров при барботаже и непосредственно в ГП при соприкосновении с холодным воздухом. Кроме того, предварительное понижение концентрации позволяет значительно снизить теплосодержание ПВС, находящейся в ГП, за

счет использования холода воздуха, возвращаемого обратно в резервуар.

Таким образом, непосредственно при заполнении резервуара, характеризующемся большим расходом вытесняемой ПВС, остается лишь извлечь оставшуюся часть паров из вытесняемой ПВС, что осуществляется холодильным агрегатом меньшей мощности, следовательно, сни- жаются затраты энергии на утилизацию паров нефтепродукта в режимах хранения и приема нефтепродукта.

Соединение свободного пространства емкости-конденсатора с ГП резервуара посредством теплоизолированного трубопровода позволяет возвратить охлажденный воздух обратно в ГП резервуара

Выбор предела снижения концентрации паров в ГП, равного верхнему кон- 15 с минимальными тепловьми потерями, центрационному пределу взрьшаемосги что, в свою очередь, обеспечивает бо- паров, обусловлен обеспечением надежлее глубокое охлаждение ПВС и ГП и предварительную конденсацию паров, подаваемых компрессором в емкоетьной, безаварийной работы, а также экономической целесообразностью.

горячей ПВС через слой охлаждаемого нефтепродукта. Таким образом, при непосредственном контакте фаз конденсируется практически вся масса паров, а инертный неконденсирующийся компонент ПВС - воздух охлаждается до температуры рабочего тела емкости- конденсатора.

Соединение свободного пространства емкости-конденсатора с ГП резервуара посредством теплоизолированного трубопровода позволяет возвратить охлажденный воздух обратно в ГП резервуара

с минимальными тепловьми потерями, что, в свою очередь, обеспечивает бо-

с минимальными тепловьми потерями, что, в свою очередь, обеспечивает бо

лее глубокое охлаждение ПВС и ГП и предварительную конденсацию паров, подаваемых компрессором в емкоеть

Изобретение относится к хранению нефтепродуктов и может быть использовано в нефтехимической и нефтепере: рабатывающей промышленности, а также l3 других отраслях, связанных с хране- ; нием легкоиспаряющихся продуктов. ; Цель изобретения - снижение потерь нефтепродуктов путем повышения полноты утилизации паров нефтепродуктов, Способ заключается в отборе паровоздушной смеси (ПВС) из газового пространства (ГП) резервуара, пропускании в режиме барботажа через слой того же нефтегфодукта и возвращении воздуха после барботажа обратногв ГП резервуара. Новым в способе является охлаждение барботируемого нефтепро-; дукта до температуры ниже температуры придонных слоев нефтепродукта и выше температуры, соответствующей нулевому парциальному давлению паров, посредством охлаждения низкотемпера- туршлм хладагентом и термостатирования заглублением в грунт, а также понижение концентрации паров нефтепродукта в ГП резервуара до верхнего концентрационного предела взрываемости паров в воздухе непосредственно перед осуществлением большого дыхания. Для осущвсталения способа установка включает резервуар, компрессор, крестовину с форсунками. Новым является расположение крестовины в нижней части емкости-конденсатора, заполненной тем же нефтепродуктом и снабженной змеевиком для прохода низкотемпературного хладагента. При этом свободное пространство емкости-конденсатора посредством теплоизолированного трубопровода соединено с ГП резервуара, а ВХОДНОЙ и выходной патрубки расположены диаметрально противоположно на крыше резервуара, 2 с.п. и 1 з.п. , 3 ил., 2 табл. с S (Л 4 О Од О ел

Например для автомобильного бен- 20 конденсатор. Таким образом, концентрация паров в ГП резервуара снижаетзина этот уровень равен 5,2%, и понижение его экономически нецелесообразно, так как дальнейшее уменьшение концентрации, снижая затраты энергии на утилизацию паров при большом дыхании, значительно увеличивает время подготовительной операции, а следовательно, и Затраты энергии на ее проведение.

Установка для осуществления предлагаемого способа утилизации паров нефтепродуктов, преимущественно защищенных плавающими подвижными покры- |тиями, уменьшающими скорость тепло- ;массообмена между жидкой и газовой фазами, содержит резервуар, газовое пространство которого через входной патрубок соединено с входом компрессора, а выход последнего соединен с крестовиной, снабженной форсунками, крестовина расположена в нижней части емкости-конденсатора, заполненной рабочим телом, например тем же нефтепродуктом, и снабженной трубчатым элементом для прохода низкотемпературного хладагента, при этом свободное пространство емкости-конденсатора посредством теплоизолированного трубопровода соединено с газовым пространством резервуара, а входной и выходной патрубки резервуара расположены диаметрально противоположно на крьппе резервуара.

Расположение крестовины с форсун25

30

35

ся, а следовательно, уменьшаются затраты энергии на утилизацию паров, находящихся в ГП.

Расположение входного и выходного патрубков резервуара диаметрально противоположно на крыше резервуара уменьшает вероятность возникновения застойных зон и расширяет область контакта охлажденного воздуха с ПВС, в результате чего достигается максимальный эффект снижения температуры ПВС и концентрации паров в ГП резервуара.

Установка для хранения нефтепро- дуктов с утилизацией паров включает резервуар 1 с плавающим защитным покрытием 2, уменьшающим скорость тепломассообмена между жидкой и газовой

40 фазами, компрессор 3, вход которого трубопроводом 4 соединен с газовым пространством резервуара 1 через . входной патрубок 5, а выход - с крестовиной 6 из труб с форсунками 7,

45 расположенной в нижней части емкости- конденсатора 8, заполненной рабочим телом 9, например тем же самым нефтепродуктом, и снабженной трубчатым элементом 10 для прохода низкотемпе50 ратурного хладагента и переливной трубкой 11, соединенной с конденсато- сборником 12. Свободное пространство емкости-конденсатора 8 посредством теплоизолированного трубопровода 13

ками в нижней части емкости-конденса- gg соединено с газовым пространством ре- тора, заполненной рабочим телом и . зервуара 1 через выходной патрубок снабженной трубчатым элементом для 14. Входной патрубок 5 и выходной па- прохода низкотемпературного хладаген- трубок 14 расположены диаметрально та, позволяет осуществить барботаж противоположно на крыше резервуара 1,

ся, а следовательно, уменьшаются затраты энергии на утилизацию паров, находящихся в ГП.

Расположение входного и выходного патрубков резервуара диаметрально противоположно на крыше резервуара уменьшает вероятность возникновения застойных зон и расширяет область контакта охлажденного воздуха с ПВС, в результате чего достигается максимальный эффект снижения температуры ПВС и концентрации паров в ГП резервуара.

Установка для хранения нефтепро- дуктов с утилизацией паров включает резервуар 1 с плавающим защитным покрытием 2, уменьшающим скорость тепломассообмена между жидкой и газовой

фазами, компрессор 3, вход которого трубопроводом 4 соединен с газовым пространством резервуара 1 через входной патрубок 5, а выход - с крестовиной 6 из труб с форсунками 7,

расположенной в нижней части емкости- конденсатора 8, заполненной рабочим телом 9, например тем же самым нефтепродуктом, и снабженной трубчатым элементом 10 для прохода низкотемпературного хладагента и переливной трубкой 11, соединенной с конденсато- сборником 12. Свободное пространство емкости-конденсатора 8 посредством теплоизолированного трубопровода 13

при этом возможно расположение входного патрубка 5 на боковой стенке резервуара выше уровня максимального заполнения резервуара. Для поддержа- g НИН давления в резервуаре в допустимых пределах резервуар 1 оборудован предохранительным клапаном 15.

Предлагаемый способ хранения неф- тепродукта с утилизацией паров осуще- ю ствляется следующим образом.

ПВС из ГП резервуара 1 компрессором 3 подается в емкость-конденсатор 8, где в режиме барботажа проходит через слой нефтепродукта 9, темпера- is тура которого поддерживается ниже температуры придонных слоев хранимого нефтепродукта в резервуаре 1 и вьше температуры, соответств5Ш)щей нулевому парциальному давлению паров нефтепро- 20 дукта, посредством охлаждения низкотемпературным хладагентом, подаваемым по трубчатому элементу 10. Дня поддержания заданной температуры с минимальными энергозатратами емкость-кон- 25

.денсатор 8 заглублена в грунт. При непосредственном контакте горячей паровоздушной смеси с охлажденным нефтепродуктом в режиме барботажа паровоздушная смесь охлаждается, в результате пары конденсируются, а охлажденный воздух выходит в свободное пространство емкости-конденсатора 8, откуда подается обратно в газовое пространство резервуара 1. Холодный воздух, перемешиваясь с-паровоздушной смесью, приводит к снижению темпера- туры газового пространства и частичной конденсации паров. После прекращения выхода резервуара отбор ПВС и ГП прекращается.

С целью уменьшения мощности холодильного агрегата, необходимого для полной утилизации паров из ПВС при большом дыхании, предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Непосредственно перед заполнением резервуара 1 ПВС, находящаяся в ГП резервуара, компрессором 3 отбирается и подается в емкость-конденсатор 8, где, в режиме барботажа проходит через слой охлаждаемого нефтепродукта При непосредственном контакте горячей ПВС с охлажденным нефтепродуктом пары нефтепродукта конденсируются, а воздух охлаждается и возвращается обратно в ГП резервуара 1. Холодный воздух, перемешиваясь с ПВС, снижает температуру ГП, в результате чего па1406075о

ры частично конденсируются, а давление в ГП падает. При снижении дйвле- ния в ГП до нижнего предела срабатывания предохранительного клапана 15 в резервуар начинает поступать атмосферный воздух, разбавляя ПВС и тем самым снижая объемную концентрацию паров.

Таким образом, за счет конденсации паров при барботаже в емкости-конденсаторе и непосредственно в ГП при взаимодействии с охлажденным воздухом, а также за счет разбавления смеси атмосферным воздухом концентрация паров в ГП уменьшается. Подвижное защитное покрытие, уменьшая скорость испарения нефтепродукта, существенно уменьшает скорость роста концентрации паров в ГП, способствуя более быстрому достижению в резервуаре концентрации, соответствующей верхнему концентрационному пределу взрываемости паров нефтепродукта в воздухе. При установлении в ГП резервуара концентрации не ниже верхнего предела взрываемости, вполне определенного для конкретного нефтепродукта, отбор ПВС компрессором прекращается.

Достигнутый уровень концентрации паров нефтепродукта в ГП обеспечивает извлечение основной доли паров из смеси в режиме неподвижного хранения

30

35

45

нефтепродукта в резервуаре, а также обеспечивает частичное снижение теплосодержания ПВС, позволяя утилизовать оставшиеся пары в ПВС, вытесняемой при заполнении резервуара, холодильным агрегатом значительно мень- 40 шей мощности.

Установка для хранения нефтепродуктов с утилизацией паров работает следующим образом.

При повьш1ении давления в газовом пространстве резервуара вследствие температурного расширения паровоздушной смеси последняя через входной патрубок 5 и трубопровод 4 подается компрессором 3 в крестовину 6, расположенную в нижней части емкости-конденсатора 8. Паровоздушная смесь, истекая через форсунки 7, барботирует через слой нефтепродукта 9, температура которого поддерживается в заданных пределах низкотемпературным хладагентом, проходящим по трубчатому элементу 10. При барботаже пары конденсируются, а воздух охлаждается, всплывает в свободное пространство

50

55

5

5

нефтепродукта в резервуаре, а также обеспечивает частичное снижение теплосодержания ПВС, позволяя утилизовать оставшиеся пары в ПВС, вытесняемой при заполнении резервуара, холодильным агрегатом значительно мень- 0 шей мощности.

Установка для хранения нефтепродуктов с утилизацией паров работает следующим образом.

При повьш1ении давления в газовом пространстве резервуара вследствие температурного расширения паровоздушной смеси последняя через входной патрубок 5 и трубопровод 4 подается компрессором 3 в крестовину 6, расположенную в нижней части емкости-конденсатора 8. Паровоздушная смесь, истекая через форсунки 7, барботирует через слой нефтепродукта 9, температура которого поддерживается в заданных пределах низкотемпературным хладагентом, проходящим по трубчатому элементу 10. При барботаже пары конденсируются, а воздух охлаждается, всплывает в свободное пространство

0

5

емкости-конденсатора 8 и по трубопроводу 13 через входной патрубок 14 BO3BpaiJ4aeTC5r в ГП резервуара 1. При контактировании холодного воздуха с ПВС температура ГП понижается, происходит частичная конденсация паров и в ГП устанавливается более низкий уровень концентрации паров. По мере накопления конденсата в емкости-конденсаторе 8 последний по переливной трубе 11 сливается в конденсатосбор- ник 12, откуда по мере наполнения или необходимости может использоваться по прямому назначению, либо закачи- .ваться в резервуары.

Таким образом, изобретение позволяет снизить потери нефтепродуктов при хранении в результате полной утилизации паров нефтепродуктов посредством конденсации паров в процессе барботажа и непосредственно в ГП резервуара, при этом используется холод воздуха, несконденсировавшегося при

барботаже. Кроме того, позволяет сни- 25 ше (так как расход, вытесняемой смеси

зить затраты энергии на утилизацию паров проведением предварительной подготовки ПВС, находящейся в ГП, к большому дыхан1яо, заключающейся в снижении концентрации паров в ГП до уровня верхнего концентрационного предела взрываемости паров нефтепродукта в воздухе.

Исп ользование предлагаемой уста- новки позволяет обеспечить полную утилизацию паров нефтепродуктов при малых дыханиях и существенно снизить потери при больших дыханиях, существенно снизить (на 20-40%) затраты электроэнергии на конденсацию паров за счет использования холода воздуха, предотвратить выбросы паров нефтепродуктов в атмосферу, тем самы решать проблему защиты окружгиощей среды.

Теоретическим обоснованием снижения потерь нефтепродуктов при хранении путем полной утилизации паров нефтепродуктов предлагаемым способом является равенство нулю парциального давления паров нефтепродукта, так, например, для автомобильного бензина с давлением насьщенных паров по Рейд Р 500 мм рт.ст. при -50°С парциальное давление практически равно нулю (остаточная концентрация насыщения составляет 0,006).

Пример 1. Мощность холодильного агрегата для обеспечения полной

8 в ПВС,

утилизации паров в ПВС, вытесняемой из ГП резервуара при большом дыхании, рассчитывают следующим образом. с Энергия, необходимая для утилизации Q, складывается из энергии, затрачиваемой на охлаждение инертного неконденсирующегося компонента смеси- воздуха, Qa, и энергии, расходуемой

10 на собственно конденсацию паров, Qj.

В табл. 1 приведены результаты расчета затрат энергии при больших дыханиях с расходом 200 для различных начальных теплосодержаний

15 смеси и концентраций паров нефтепродукта. Из расчетов видно, что на охлаждение воздуха тратится 20-45% всей затрачиваемой энергии. Мощность холодильного агрегата для обеспечения

20 полной утилизации паров в экстремальных условиях достаточно высока и составляет 20 кВт. Мощность холодильного агрегата для утилизации паров при малых дыханиях на порядок меньна порядок меньше) и составляет соответственно 2 кВт.

П р и м е р 2. Мощность холодильного агрегата для обеспечения полной

утилизации паров нефтепродукта в ПВС, вытесняемой из ГП при большом дыхании, после предварительного понижения концентрации паров в ГП рассчитывают аналогично примеру 1.

В табл. 2 приведены результаты расчета затрат энергии на конденсацию при расходе 200 для концентраций 5 и 10%. Для автомобильного бензина верхний концентрационньй предел взрываемости паров составляет 5,2%. Из расчетов видно, что при концентрации паров 10% и температуре ПВС 20°С потребная мощность холодильного агре- гата равна 8 кВт, а при расчетной

концентрации паров (равной верхнему концентрационному пределу взрываемости паров нефтепродукта в воздухе) и температуре ПВС и ГП 20 С потребная мощность составляет 6 кВт. Это в 3 раза меньше мощности холодильного агрегата, необходимой для 4 полной утилизации паров, вытесняемых при большом дыхании, без предварительного снижения концентрации в резервуаре.

Формула изобретения

зервуаре с плавающим покрытием, включающий отбор паровоздушной смеси и пропускание ее в режиме барботажа через слой нефтепродуктов с последующим охлаждением газового пространства в резервуаре, отличающийся тем, что, с целью снижения потерь нефтепродуктов путем повьщтения полноты утилизации паров, барботируемьм слой подвергают охлаждению до температуры ниже температуры придонных слоев хранимого нефтепродукта и вьше температуры, соответствующей нулево

му парциальному давлению паров нефте- 15 чатый элемент для прохода хладагента

продукта.

чающая резервуар с плавающим покрытием, компрессор, вход которого соединен посредством трубопровода с.верхней частью резервуара, а выход - с крестовиной, имеющей форсунки, отличающаяся тем, что, с целью снижения потерь нефтепродуктов путем повышения полноты утилизации паров, она снабжена расположенными в грунте емкостью для размещения в ней части хранимого нефтепродукта и кон- денсатосборником, при этом емкость имеет установленный внутри ее труби патрубки для соединения посредством теплоизолированного трубопровода с верхней частью резервуара и с конден- сатосборником, крестовина с форсунками размещена в емкости под трубчатым элементом, а концевые участки теплоизолированного трубопровода и трубопровода компрессора установлены в диаметрально противоположных зонах

верхней части резервуара.

ТаблицаГ

Таблица2

Фиг.з