Статья посвящена вопросам обоснования использования на автозаправочной станции современного оборудования, позволяющего резко сократить потери нефтепродуктов и улучшить состояние окружающей среды в городских.Авторы предлагают в качестве решения такой задачи — применить резервуары-газгольдеры МР-Г-З или полимерные эластичные резервуары (ПЭР-Н), с системой компримирования легких фракций и автоматической системой отвода конденсата, емкостью для накопления конденсата и насосом для перекачки конденсата в резервуар под слой нефтепродукта.
Ключевые слова: нефтепродукт, бензино-воздушная смесь, концентрация паров, резервуар, дыхания.
Серьезную экологическую опасность представляют выбросы паров легких фракций нефтепродуктов на автозаправочных станциях и нефтехранилищах, оснащенных дыхательными. Такие выбросы классифицируют на «малые» и «большие» дыхания.
Основные факторы, влияющие на интенсивность «малых дыханий» — интенсивность испарения и площадь зеркала испарения.
Площадь зеркала испарения вертикальных и горизонтальных заглубленных и полузаглубленных резервуаров на автозаправочных станциях (АЗС) зависит от их емкости и конструктивных особенностей и составляет от 4 до 10 м2.
На АЗС особенно в жаркий летний период испаряемость бензино-воздушной смеси (БВС) при «малых дыханиях» максимальна и составляет от 0,1 до 0,15 м3/ч на 1 м3 объема резервуара, с учетом процессов испарения бензина и площади зеркала испарения [1].
Обычно для снижения испарения легких фракций бензина при «малых дыханиях», резервуары размещают в грунте, когда суточные колебания температуры, а значит и суточные перепады давления насыщенных паров будут минимальны. Интенсивность вытеснения БВС, в основном, зависит от длительности заправки резервуара, которая определяется производительностью заправочных (сливных) насосов топливозаправщика. Длительность заполнения резервуара зависит от его емкости и времени слива бензина. В результате «больших дыханий» резервуаров вместимостью от 10 до 40 м3, увеличивается скорость вытеснения БВС и составляет от 15 до 60 м3/ч. С учетом большой интенсивности и сравнительно малого времени «большие дыхания» представляют мгновенные выбросы БВС, увеличивающие взрывоопасность АЗС.
Для оценки массовых объемов испарений бензина от «больших дыханий», необходимо знать вытесняемый объем и концентрацию паров бензина в газовом пространстве в момент «большого дыхания». При каждом «большом дыхании» в атмосферу может вытесняться объем бензино-воздушной смеси, равный освободившемуся объему резервуара. Остаток бензина в опорожненном резервуаре составляет не менее 20 % от полного объема резервуара.
Концентрация паров бензина в замкнутой (герметичной) газовой полости резервуара повышается за счет упругости паров и при длительном хранении достигает своего наибольшего значения, при этом в газовой полости устанавливается давление равное (рн+pо) [1].
Максимальный процент концентрации паров бензина в газовой полости резервуара будут значительно выше предельно-допустимых значений по той причине, что при постоянном выходе паровоздушной смеси из дыхательного клапана резервуара при неподвижном хранении, из них будет вытесняться порция более бедной смеси, находящаяся в верхней части газовой полости резервуара. Число выбросов от «малых дыханий» в летний период в дневное время в промежутках между «большими дыханиями» будут достаточно большими, составляющего до 2 % объема газовой полости. Однако, объемная концентрация в БВС может в 2–3 раза превышать значения, которые могут установиться в абсолютно герметичном резервуаре [2].
Резервуары крупных нефтехранилищ с большим грузооборотом могут заполняться и опорожняться десятки раз в течение года, и потери от испарения могут стать весьма значительными. На автозаправочных станциях частота «больших дыханий» может превышать предельно допустимые значения в десятки раз. Большинство АЗС г. Уральска заправляются с частотой 1 раз в 1–2 суток.
Плотность паров бензина п при 35°С плотность бензина будет равна
кг/м3 (1)
где Μμ= 97 — молярная среднефракционная масса паров бензина, кг/кмоль; Vμ = 22,4 — молярный объем паров бензина, м3/кмоль; То = 273 — стандартная температура, К; Т =(273+t) — температура хранения бензина, К; t — температура хранения, °С.
Испарения бензина в виде множественных «больших дыханий» на автозаправочной станции крупного мегаполиса, представляет огромный вред окружающей среде.
Массовые потери бензина mп при «больших дыханиях» резервуара представляет линейную зависимость
mп =ki V, (2)
где V — объем резервуара, м3, ki — удельная масса БВС для i-ro сезона, кг / м3.
Если предположить, что воздушная среда неподвижна в открытом воздушном пространстве, то можно определить границу зоны загазованности с нижним концентрационным пределом распространения пламени испарившихся паров бензина по формуле [3, с. 20]:
,м (3)
где Rнкпр — радиус зоны загазованности, м; mп — масса поступивших при дыхании паров бензина, кг; п — плотность паров бензина, кг/м3; Рн — давление насыщенных паров бензина при расчетной температуре, кПа; Снкпр — нижний концентрационный предел распространения пламени, % об. (для паров бензина Снкпр = 0,75 % об.); К — коэффициент (К = Т/3600); Т — продолжительность поступления паров ЛВЖ в открытое пространство, с.
Величина радиуса распространения паров бензина при безветрии для емкости 25 м3 при условии, что заправка проходит 15 минут, составляет
Rнкпр = 3,2 (900/3600)1/2 (16,8/0,75)0–8 (25/(4 ·16,7))0,33 = 14 м
Диаметр облака паровоздушной смеси будет равен D = 2R = 28 м.
Легкоиспаряющаяся паровоздушная смесь бензина тяжелее воздуха, поэтому при слабом ветре это облако может распространиться на расстояние до 150 м и сосредоточиться приземной области
Паровоздушная смесь, образовавшаяся при «больших дыханиях» резервуаров АЗС и нефтехранилищ, может представлять экологическую угрозу для населения и окружающей природной среды в радиусе до 175 м. Поэтому вопросы снижения экологического риска вблизи АЗС являются актуальными. В связи с этим необходим поиск новых технических и технологических решений, направленных на снижение потенциальной опасности «больших дыханий» резервуаров АЗС и нефтехранилищ.
Однако потребность в пароулавливающем оборудовании очевидна. Считавшиеся нормой, потери легких фракций нефтепродуктов при хранении в резервуарном парке, таким образом можно исключить, а следовательно, исключить и значительные финансовые потери для владельцев АЗС и нефтехранилищ.
Весьма будет актуальным комплекс газоуравнительной системы для АЗС с использованием мягких резервуаров-газгольдеров, изготавливаемых из газо- и жидкостнонепроницаемого антистатического материала. Газгольдеры могут размещаться как на любом пригодном для этих целей участке резервуарного парка, так и внутри резервных резервуаров.
Вариант использования газоуравнительной системы на АЗС — использование резервуаров-газгольдеров МР-Г-З или полимерных эластичных резервуаров (ПЭР-Н), с системой компримирования легких фракций и автоматической системой отвода конденсата, емкостью для накопления конденсата и насосом для перекачки конденсата в резервуар под слой нефтепродукта [4].
Каковы же преимущества выбора данной технологии хранения нефтепродуктов [5]:
− высокая конструктивная надежность и простота эксплуатации;
− высокий уровень взрыво- и пожаробезопасности;
− в условиях неподвижного хранения нефтепродукта, при «малых дыханиях» резервуара не попадает чистый воздух, что не приводит к новым испарениям нефтепродукта и дополнительному времени работы установки;
− при выполнении технологических осмотров и различного рода ремонтных работ в зимнее время, при вынужденной остановки системы, выброс паров через дыхательные клапана резервуаров невозможен;
− при эксплуатации газоуравнительной системы в зимний период, объема мягких резервуаров-газгольдеров будет достаточным для «малых» и отчасти для «больших» дыханий резервуаров, исключая включение компрессорной установки.
Совершенствование технологии хранения, а также внедрение нового современного оборудования позволит резко сократить потери нефтепродуктов и значительно улучшить состояние окружающей среды особенно в городской черте, где располагаются автозаправочные станции.
Литература:
- Хранение нефти и нефтепродуктов: Учебное пособие. 2-ое изд., переработ. И доп./ Под общей редакцией Ю. Д. Земенкова. Тюмень: Издательство «Вектор Бук», 2003. — 536с.
- Цегельский В. Г. Защита атмосферы от выбросов углеводородов из резервуаров для хранения и транспортирования нефти и нефтепродуктов / В. Г. Цегельский, П. Н. Ермаков, В. С. Спиридонов // Безопасность жизнедеятельности. — 2001.-№ 3. -С.23–28.
- Кириллов,Н. Г. Новая технология хранения нефтепродуктов / Н. Г. Кириллов //Энергетика и промышленность России. — 2003. — № 2.-С. 28–29.
- Бойченко С. В. 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 // Нефть и газ. — 2006.-№ 3.- С. 90–94
- Чурикова Л. А. Основные аспекты экологической безопасности при хранении нефтепродуктов на нефтебазах и АЗС / Л. А. Чурикова // Механизация и электрификация сельского хозяйства, № 2– М., 2008 г. — С.30–32
