Ключевые слова: малые и большие дыхания, газовое пространство, технологическая потеря нефти, расчет потерь нефтепродуктов, испарение, нефтепродукт, резервуар.
Летучий характер нефти является основной причиной разного рода потерь, возникающих в процессе транспортировки, хранения. Постоянное хранение или потеря дыхания (испарение), выброс паров углеводорода происходит в спокойном состоянии из резервуара для хранения нефти. Оценка потерь имеет жизненно важное значение, поскольку она происходит бесконечно и, следовательно, влияет на окружающую среду и экономику страны. В работе предлагаются методы, направленные на снижение потерь нефти.
Возрастающая добыча и переработка нефти на территории России приводят к необходимости значительного расширения резервуарного парка. В процессе транспортировки нефти и нефтепродуктов, заполнения и опорожнения резервуаров, а также их неподвижного хранения, происходят значительные потери от испарения. Это вызывает экономический ущерб предприятиям и приводит к значительному загрязнению атмосферы. В связи с вышесказанным, актуальными являются работы по управлению физическими свойствами нефти и нефтепродуктов, которые определяют объемы потерь. Также важными являются исследования, направленные на расчет потерь нефтетранспортными организациями, разработку новых методик, методов и средств.
Цель исследования заключается в анализе существующих методов сокращения потерь углеводородов, в частности, методов расчета потерь нефти от испарения. Методологической основой работы является системный подход к изучаемым средствам сокращения потерь нефти в резервуарах, включающий в себя, как теоретический анализ, так и обобщение результатов фундаментальных и прикладных работ отечественных и зарубежных авторов, в том числе методы и теории расчета потерь углеводородов для ее реализации применительно к нефтегазовым месторождениям, включая также многокритериальный анализ и имитационное моделирование.
Первоначальные исследования, основанные на работах Т. С. Алексеева, И. С. Бронштейна, В. А. Бунчука, П. В. Валявского, В. Б. Галеева, В. А. Душина, H. H. Константинова, Р. Ш. Латыпова, Г. Д. Теляшевой, Н. М. Фатхиева, Ю. А. Цимблера, Л. Р. Хакимьяновой, В. И. Черникина, А. Д. Прохорова, Н. И. Белоконя и В. А. Мартяшовой, раскрыли теоретические основы определения технологических потерь нефти и нефтепродуктов от испарения. Первым, кто рассчитал потери от «дыхания» резервуаров, был П. В. Валявский. Впоследствии, В. И. Черникин усовершенствовал эту формулу, сделав ее более удобной в использовании.
Однако основным фактором при определении величины потерь легких углеводородов от испарения в вертикальных стальных резервуарах (РВС) является средняя концентрация углеводородов в паровоздушной смеси (ПВС). H. H. Константинов предложил использовать коэффициент испарения в качестве постоянного значения для каждой технологической операции. Однако при этом не учитываются влияние других технологических параметров на процесс испарения [1].
Ф. Ф. Абузова предложила использовать коэффициент массоотдачи для решения указанной проблемы, исследовав соответствующие зависимости. Однако эти зависимости имеют свои недостатки.
Существующие уравнения не учитывают все изменения параметров, влияющих на процессы испарения. Например, при небольших расходах слива-налива, расчетный коэффициент массоотдачи стремится к нулю, что не соответствует реальности.
Исследования В. А. Мартяшовой показали, что невозможно рассчитать массоотдачу при хранении углеводородов, когда температура газового пространства равна температуре воздуха. Кроме того, для расчета массоотдачи при заполнении РВС нагретым продуктом, коэффициенты массоотдачи меньше, чем при неподвижном хранении холодного продукта.
Другим подходом для расчета потерь нефтепродуктов из вертикальных стальных резервуаров с понтоном можно использовать методику, предложенную H. H. Константиновым, которая определяет потери с помощью коэффициента герметичности затвора. Однако этот подход не учитывает влияние геометрических особенностей резервуара и качества монтажа затвора.
В настоящее время все эти подходы, учитывающие особенности процессов испарения и технологических характеристик хранилищ, учтены в методических указаниях по определению технологических потерь нефти на нефтяных предприятиях Российской Федерации (РД 153–39.4–033–98, [2]), которые использовались в данной работе.
Известно, что не всё начальное количество нефти и нефтепродуктов достигает потребителя. Это связано с потерями при перекачке, хранении, опорожнении или заполнении резервуаров, а также при операциях слива-налива в цистернах и других процессах. Эти потери наносят значительный ущерб не только экологии, но и экономике страны. Поэтому важно проводить правильный учет потерь.
В настоящее время наиболее распространенными методиками для определения потерь являются те, которые приняты Министерством энергетики РФ [3] и Уфимским Государственным нефтяным университетом
Методика министерства энергетики РФ не лишена недостатков.
Расчет производится по следующей формуле [3]:
П рез. = V пвс * Р рез Р пвп * ср * Коб * К1 * К2 * Креж * 10– 3
где V пвс — объем паровоздушной смеси, вытесняемой из резервуара при его заполнении (освобождении), м3;
Р рез — давление насыщенных паров в паровоздушном пространстве при средней температуре паровоздушного пространства, мм.рт. ст.;
Рпвп — среднее давление в паровоздушном пространстве резервуара с учётом давления срабатывания дыхательного клапана, мм.рт. ст.;
pср — плотность паров нефти (нефтепродуктов) в паровоздушном пространстве резервуара при средней температуре паровоздушного пространства, кг/м3;
Коб — коэффициент, зависящий от оборачиваемости резервуара для каждого периода года;
К1 — коэффициент, учитывающий наличие технических средств сокращения потерь;
К2 — коэффициент, учитывающий влияние климатических условий; Креж — коэффициент режима перекачки;
Проанализировав формулу, можно выявить следующие недостатки:
– при расчете принимается, что парциальное давление равно давлению насыщенных паров нефтепродукта в паровоздушном пространстве;
– введенные коэффициенты приводят к большой погрешности в расчетах.
В некоторых случаях парциальное давление паров нефтепродукта в паровоздушной смеси может отличаться от давления насыщенных паров. Поэтому необходимо рассчитывать его для каждого конкретного случая. Это позволяет получить более точные значения потерь, исключая отклонения, связанные с принятыми допущениями.
В методике, разработанной Уфимским Государственным нефтяным техническим университетом [4], потери рассчитываются как сумма потерь от «больших дыханий» и «малых дыханий». Потери от «больших дыханий» определяются по формуле В. И. Черникина:
где Vн — объем паровоздушной смеси (ПВС), вышедшей при однократном заполнении резервуара, м3;
Vг — объём газового пространства (ГП) резервуара перед закачкой нефтепродукта, м3;
Р1 — абсолютное давление в ГП в начале закачки, Па;
Р2 — абсолютное давление в ГП в конце закачки, Па; Ру — среднее расчётное парциальное давление паров нефтепродукта в процессе заполнения резервуара, Па;
p у — плотность нефти, т/м3.
В этой формуле учтено, что паровоздушная смесь сначала сжимается, а затем вытесняется в атмосферу. Также парциальное давление не принимается равным давлению насыщенных паров нефтепродукта в паровоздушной смеси. Это позволяет более точно рассчитать потери от «больших дыханий».
Потери от «малых дыханий» рассчитываются по формуле Н. Н. Константинова:
где — среднее массовое содержание паров нефтепродукта в ПВС, кг/м3;
Vг — объём газового пространства (ГП) резервуара перед закачкой нефтепродукта, м3;
Рmin,Рmax — мин. и макс. парциальные давления паров нефтепродукта в ГП резервуара в течение суток, Па;
Тrmin, Тrmax — мин. и макс. температуры ГП резервуара в течение суток, К;
Ра- абсолютное давление, Па;
Ркв- вакуум в ГП, соответствующий нагрузке вакуумного клапана, Па;
Ркд- избыточное давление в ГП, соответствующее нагрузке клапана давления, Па;
В отличие от методики Министерства энергетики, здесь учитываются потери от «малых дыханий», что делает расчеты более точными.
Для применения обеих формул необходимо знать концентрации паров нефтепродукта в начале и конце процесса. В методике Уфимского Государственного нефтяного технического университета концентрации в конце процесса рассчитываются с использованием критериальных уравнений массоотдачи [5]:
При простое:
Re ср — среднее число Рейнольдса, характеризующее скорость омывания поверхности нефти воздухом пр опорожнении резервуара;
Fr Re — параметр подобия, характеризующий интенсивность перемешивания нефти при заполнении резервуара.
Опыт применения критерия подобия показывает, что среднеквадратичная погрешность не превышает 26,5 % [29], что позволяет значительно снизить погрешности при расчете потерь нефтепродуктов.
Таким образом, применение данной методики позволяет устранить недостатки, присущие методике Министерства энергетики РФ. В частности:
– Учитываются потери от «малых дыханий» резервуара.
– Учитывается сжатие ПВС перед вытеснением из резервуара.
– Учитывается, что парциальное давление паров нефтепродукта не всегда равно давлению насыщенных паров.
– Рассматривается каждый конкретный случай, что позволяет избежать использования коэффициентов.
Каждая методика расчета потерь нефтепродуктов имеет свои расхождения и неточности.
Принимая это во внимание, можно предложить следующие шаги для совершенствования методики расчета потерь нефтепродуктов от испарения:
– Учитывать отдельно потери от «больших дыханий» и «малых дыханий».
– Рассчитывать потери от «больших дыханий» по формуле В. И. Черникина (учитывая сжатие паровоздушной смеси перед вытеснением).
– Рассчитывать общие потери как сумму потерь в каждом конкретном случае. Принятие этих предложений позволит устранить неточности в расчетах, что в финансовом плане может представлять значительные суммы.
Литература:
- Коршак С. А. .Совершенствование методов расчета потерь бензинов от испарения из резервуаров типов РВС и РВСП. Диссертация к. т.н. 25.00.19. — М.: РГБ, 2003.
- РД 153–39.4–033–98 Нормы естественной убыли нефтепродуктов при приеме, транспортировании, хранении и отпуске на объектах магистральных нефтепродуктопроводов — 2002. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://docs.cntd.ru/document/1200003990 (дата обращения 15.05.2023г.)
- Методические рекомендации по определению технологических потерь нефти и нефтепродуктов при транспортировке магистральным трубопроводным транспортом. — Утв. 20.08.2012 г.
- Сальников А. А. Потери нефти и нефтепродуктов при хранении. / Учебное издание. — Ухта: УГТУ, 2012. — 56–78 с.
- Коршак С. А. Совершенствование методов расчета потерь бензинов от испарения из резервуаров типов РВС и РВСП. Диссертация к. т.н. 25.00.19. — М.: РГБ, 2003.
