Применение методов профилактики образования донных отложений в резервуарах в нефтехранилищах

Данная статья посвящена анализу методов профилактики образования донных отложений в процессе эксплуатации объектов нефтетранспорта, резервуарных парков. Образование донных отложений приводит к существенному уменьшение полезной емкости резервуаров, а так же коррозионно-опасных зон под осадком. Провожу сравнительный анализ, изучив техническую литературу, двух методов размыва донных отложений: электромеханическая мешалка типа «Диоген-700 (500)» и струйно-гидравлический смеситель (СГС).

Ключевые слова: донные отложения, мешалка типа «Диоген-700 (500)», струйно-гидравлический смеситель (СГС).

Актуальность: в 2021 году происходит увеличение экспорта нефти в другие страны по сравнению с кризисным 2020 г., когда страны ОПЕК сократили долю добычи углеводородного сырья, в частности РФ на 40,8 % до 72,366 млрд [1]. Исходя из этого, проблема хранения нефти стала требовать большего внимания. При длительной эксплуатации различных резервуаров с нефтью происходит образование донных отложений в связи с накоплением нефтеосадка на дне резервуаров. Одна из главных причин — частичное использование полезного объема резервуара, а также образование опасных коррозионных участков, расположенных под отложениями. Работа резервуаров при наличии в них донных отложений приводит к снижению технико-экономических показателей всей транспортной сети в целом. Следовательно, с целью повышения производительности резервуаров необходимо решить задачи эффективного размыва донных отложение.

Цель: выявить и применить оптимальный метод по размыву донных отложений.

Задачи: анализ существующих методов борьбы с донными отложениями. Выявление достоинств и недостатков.

Резервуарные парки для хранения нефти и нефтепродуктов являются важнейшей и неотъемлемой составляющей топливно-энергетического комплекса страны. Степень надежности резервуарных парков станции во многом определяет стабильность обеспечения регионов России важнейшими топливно-энергетическими ресурсами.

Резервуары относят к конструкциям, работающим в сложно-деформированном состоянии, вызываемом действием гидростатической нагрузки, температурных напряжений, ветровой и снеговой нагрузок, неравномерных осадок основания по периметру и площади [2].

При длительной эксплуатации резервуара неизбежно на днищах образуются донные отложения, которую в свою очередь сокращают полезную ёмкость резервуара, а также затрудняют эксплуатацию.

На днищах резервуаров с течением времени при длительной эксплуатации накапливается осадок, сокращающий полезную емкость и затрудняющий эксплуатацию резервуаров. Нужно учитывать тот факт, что осадок по площади распределяется неравномерно, чем дальше от приёма раздаточного патрубка, тем больше его по площади. Осадок тяжело размывается, а также структура может быть разной.

Донные отложения по структуре бывают рыхлые и уплотненные. Рыхлые резервуарные осадки — это осадки, которые накапливаются в течение короткого периода времени. Уплотненные, в свою очередь, накапливаются в течении продолжительного периода времени. Характеризуются повышенным содержанием парафина, асфальта-смолистых веществ, воды и механическим примесей [3].

В емкостях большого объема накопления донных отложений могут занимать до 1/4 их объема. Донные отложения неравномерно распределяются внутри емкости, имеют следующий состав: 52–88 % механические примеси, 12–42 % углеводороды [4].

В данной статье провожу анализ предотвращения накопления донных отложений следующими способами:

1. Электромеханическая мешалка типа «Диоген-700 (500)»
2. Струйно-гидравлического смесителя (СГС)

Рассмотрим способ для размыва донных отложений. Одними из самых распространенных и широко применяемых устройств для предотвращения образования придонных отложений гидромеханическим способом являются электромеханические винтовые мешалки различной конструкции. В данной статье рассмотрим «Диоген-700 (500)».

Кононов О. В., Мастобаев Б. Н., Галиакбаров В. Ф. писали: «В чём заключается процесс перемешивания направленной затопленной струей нефти, создаваемой вращающимся пропеллером, при котором тяжелые донные отложения взвешиваются в общей массе нефти. Разбиение донных отложений происходит за счет непосредственного перемешивания нефти струей, создаваемой пропеллером, а также за счет создания кругового вращения всей массы хранимой нефти в резервуаре при работе пропеллера в крайних угловых положениях» [5].

Рис. 1. Устройство «Диоген-700»

Достоинства устройства «Диоген-700 (500)»:

1. Безусловно, размыв донных отложений приводит к предотвращению их образованию;
2. Резервуар не выводится из эксплуатации;
3. Автоматическое изменение направления струи нефти в горизонтальной плоскости за счёт встроенного привода поворота вала пропеллера;
4. Создание кругового вращения всей массы нефти, хранимой в резервуаре, при работе устройства «Диоген-700 (500)» в крайних угловых положениях вала пропеллера;
5. Запуск в работу и остановку от местного поста управления, установленного рядом с укрытием, а также запуск устройства с АРМ оператора.

Недостатки устройство «Диоген-700 (500)»:

— связи с расположением винта мешалки у стенки, это приводит к уменьшению скорости на диаметрально противоположном участке;

— взвешивание осадка на остальной площади днища производится вторичным течением, т. е. происходит перемещение нефтешлама с места на место с последующим разбиением;

— затрачивание дополнительно электроэнергии для мощных вихреобразований;

— работа электромеханической мешалки приводит к вибрации стенки резервуара, что в свою очередь чревато разрушением, загоранием углеводородных газов, а также последующим пожаром резервуарного парка [5].

Следующий описываемый способ для размыва донных отложений — струйно-гидравлический смеситель (СГС). Предназначен для предотвращения накопления донных отложений в резервуарах при заполнении их нефтью, характеризуется экономичностью за счет использования части потенциальной энергии потока в трубопроводе перед резервуаром, а также созданием гомогенизированной по всему объему смеси за счет эжектора.

Смеситель СГС работает следующим образом. Через приемо-раздаточные патрубки нефть заполняет емкость на высоту равную м, затем весь поток нефти или нефтепродукта направляют через струйный гидравлический смеситель СГС (рисунок 2 — схема обвязки). Поток закачиваемой нефти в смесителе разделяется на три равных потока. Струя, затопленная гидравлическая осесимметричная, которая выходит из центрального и боковых сопел со скоростью 20 м/с, расширяется под углом 22° относительно оси, что позволяет с максимальным эффектом использовать ее скорость и зону действия. Угол распространения струи до 40° достигается за счет коэффициента турбулентности, а = 0,4. Два боковых сопла расположены под углом 40° к оси центрального сопла в горизонтальной плоскости, обеспечивая максимальное перекрытие площади днища резервуара. Центральное сопло также является эжектором. Из центрального сопла струя со скоростью 20 м/с входит в конфузор, в него также подсасывается жидкость из резервуара со скоростью 1 м/с. Смесь жидкостей проходит через камеру смешивания и выходит из нее со скоростью 9 м ³ /с и происходит перемешивание нефти и нефтепродуктов в емкости. Эти три струи, выходя из смесителя, срывают донные отложения, а также препятствуют образованию новых. Откачка нефти происходит через приемо-раздаточные патрубки.

Рис. 2. Устройство струйно-гидравлического смесителя

1 — приемный патрубок; 2 — задвижка приемного патрубка; 3 — тройник приемного патрубка; 4 — задвижка смесителя; 5 — поворот на 90°в обвязке смесителя; 6 — люк-лаз для установки смесителя; 7 — смеситель СГС; 8 — емкость; 9 — раздаточный патрубок; 10 — задвижка раздаточного патрубка; 11 — отводящий трубопровод; 12 — технологические трубопроводы

Струйное устройство смешения, позволяет провести процесс смешения при заполнении резервуара нефтепродуктом, используя потенциальную энергию потока струи в трубопроводе. Смесители устанавливают внутри резервуаров и подключают их к приемо-раздаточному патрубку. Внешний вид струйного гидравлического смесителя представлен на рисунке 3.

Рис. 3. Внешний вид струйного гидравлического смесителя

Достоинства СГС:

1. подача в резервуар нефти через СГС приводит к ее гомогенизации по объему, что является предпосылкой для эффективной переработки такой нефти на НПЗ из-за стабилизации ее свойств во времени;
2. снижаются потери нефти при ее транспортировке из-за отсутствия отложений нефтешлама в резервуарах. В состав нефтешлама входят преимущественно парафиновые углеводороды нормального строения и асфальтены;
3. отпадает необходимость периодической чистки резервуаров от отложений нефтешламов, приводящей к выводу их из эксплуатации; в вывозе и утилизации нефтешлама, например, путем его сжигания. Услуги по сжиганию являются платными;
4. эксплуатация СГС не вызывает ухудшения условий промышленной безопасности в резервуарном парке и не связана с потреблением дополнительной электроэнергии;
5. работа СГС не вызывает вибрации стенок резервуара, а следовательно, его преждевременного разрушения;
6. СГС может устанавливаться на потоке любой производительности;
7. СГС эффективно работает на резервуарах любой емкости [6].

Выводы: на основании вышеизложенной и изученной литературы, можно выделить эффективность СГС по сравнению с «Диогеном-700 (500)», а для наглядного выявления смоделировать гидродинамический процесс размыва донных отложений в резервуаре в программе Ansys.

Литература:

1. https://www.nifi.ru/images/FILES/energo/2021/oilmarket_january_2021.pdf
2. РД 39–30–587–81 Инструкция по эксплуатации системы размыва и предотвращения накопления парафинистого осадка в нефтяных резервуарах.
3. Вургафт А. В. Образование донных отложений при перевозке парафинистых нефтей в танкерах// Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов: науч. — техн. журн./ВНИИОЭНГ. 1973. № 4. С.28–32.
4. Кононов О. В., Мастобаев Б. Н., Галиакбаров В. Ф. Анализ и классификация существующих способов борьбы с отложениями в нефтяных емкостях: учебно-метод. пособие. Уфа: изд-во «Реактив», 2010. 40 с.
5. Оборудование и конструктивные элементы резервуаров [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://reservoir.ru/katalog/konstruktivnyie-elementyi-rezervuarov.
6. ГОСТ 31385–2008 резервуары вертикальные цилиндрические стальные для нефти и нефтепродуктов.