автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.13, диссертация на тему:Поступление углеводородов в атмосферу из групп емкостей с нефтепродуктами

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

■•' • > На правах рукописи

ЩЕГЛОВ ВАЛЕНТИН ЭДУАРДОВИЧ

ПОСТУПЛЕНИЕ УГЛЕВОДОРОДОВ В АТМОСФЕРУ ИЗ ГРУПП ЕМКОСТЕЙ С НЕФТЕПРОДУКТАМИ

Специальность 05.15.13. - Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степенн кандидата технических наук

Уфа 1995

Диссертационная работа выполнена на кафедре "Промышленная теплоэнергетика" Уфимского Государственного нефтяного технического университета.

Научный руководитель: - заслуженный деятель науки н техники РСФСР

доктор технических наук, профессор Ф.Ф. Абузова.

Официальные оппоненты: -доктор технических наук,

профессор УГНТУ А А. Коршак; - кандидат технических наук, ст. науч. сотр. ИПТЭР Л.Р. Хакнмьянова.

Ведущее предприятие: - АО "Башкирнефтепродукг".

Защита состоится 26 декабря 1995 г. в 15ой час. на заседании диссертационного Совета Д.063.09.02 при Уфимском Государственном нефтяном техническом университете по адресу: 450062, Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке УГНТУ. Автореферат разослан 24 ноября 1995 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета, доктор физико-математических наук --Р.Н. Бахтизнн

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. К настоящему времени как в России, так и во всем мире сложилась напряженная экологическая обстановка из-за поступления в окружающую среду большого количества вредных веществ, содержащихся в выбросал промышленных предприятий. Даже в развитых странах, традиционно затрачивающих большие средства на защиту и восстановление природной среды и на экологическую безопасность промышленных технологий, ситуация остается сложной вследствие большого количества уже накопившихся вредных веществ, роста энергопотребления, постоянного увеличения парка автомобилей и т. д. Еще более актуальна эта проблема для России, т. к. в условиях перехода к рыночным отношениям, при несовершенстве законодательной и нормативной базы в нашей стране уделяется совершенно недостаточное внимание вопросам экологической безопасности. Следствием этого является массовое ухудшение здоровья люден и сокращение продолжительности жизни. Особенно существенно загрязнение вредными выбросами атмосферного воздуха, поскольку его влияние на человека наиболее непосредственно и происходит непрерывно.

Значительный вклад в загрязнение атмосферы вносят предприятия нефтепереработки и нефтепродуктообеспечения. Подавляющая часть выбросов этих объектов приходится на углеводороды. В последнее время в нашей стране проводятся исследования по изучению характера рассеивания различных вредных веществ ( в том числе и углеводородов ) в атмосфере для получения диаграмм рассегаания вредных веществ в воздухе, что позволяет устанавливать величины ПДВ, намечать технические мероприятия по сокращению выбросов. Последнее особенно важно, поскольку в конечном счете именно разработка и совершенствование средств сокращения выбросов способствует защите и оздйровлению окружающей среды.

На сегодняшний день в стране имеются как нормативные документы общего характера, устанавливающие единые принципы вышеуказанных расчетов для различных классов вредных веществ, так и отраслевые методики, определяющие использование этих принципов применительно к углеводородам, содержащимся в выбросах предприятий нефтепереработки и нефтепродуктообеспечешш. Однако эти методики не в полной мере учитывают специфику выбросов углеводородов из групп резервуаров.

Исследования выполнялись в соответствии с КНТП Минвуза РСФСР "Человек и окружающая среда" на 1986-1990 гх. (приказ Минвуза РСФСР N 641 от 10.10.86) и с единым заказ-нарядом по госбюджетным НИР на 1991-1995 г.г.(приказ Минвуза РСФСР N 21-36-242ин/21-01-18 от28.0б.90).

Цель работы. Исследование физических и технологических условий поступления углеводородов из групп резервуаров в атмосферу, разработка на этой основе методик расчета максимальных массовых расходов (ММР] и конструкции плавающей крыши резервуара.

Основные задачи исследования.

1. Разработка графоаналитической методики расчета ММР из груш, раервуаров типа РВС для инженерно-технического персонала нефтебаз I нефтепродуктоперекачивающих станций.

2. Исследование зависимости давления насыщенных паров (ДНП бензинов от температуры и относительной высоты взлива для резервуаров с переменным по высоте поперечным сечением.

3. Исследование локального мета стабильного состояния бензинов I резервуарах типа РВСПК н разработка конструкции плавающей крьиш

(ПК).

4. Совершенствование методик и разработка программ расчета ММ1 из групп резервуаров типа ЖБР, РГС, железнодорожных цистерн, нефте наливных судов, автоцистерн и топливных баков автомобилей.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- впервые показана необходимость учитывать при определении ММР ;уммарный массовый расход углеводородов в атмосферу при "малых дыханиях" группы резервуаров типа РВС и "обратных выдохах" группы ре-1ервуаров типа ЖБР и РГС;

- получено расчетное соотношение для определения ДНП автобензи-юв в резервуарах с переменным по высоте поперечным сечением;

- впервые исследован переход бензина в метастабнльное состояние на юдели peзq?вyapa РВСПК, получено расчетное соотношение для опреде-гения массы паров автобензнна, образующихся под ковром плавающей грыши резервуара типа РВСПК вследствие локального перегрева бензина п-за нагрева ковра ПК солнечной радиацией;

- предложена конструкция ПК с теплоотводящими элементами для нижения температуры поверхностного слоя бензина в резервуарах типа 'ВСПК с целью предотвращения метастабильного состояния бензина получено авторское свидетельство).

Практическая ценность. Полученные в работе результаты дают воз-гожность:

- использовать предложенные методики и программы расчета ММР ри подготовке исходных данных к расчету рассеивания углеводородов ад территорией нефтебаз, НПЗ, АЗС, перекачивающих станций нефтепро-уктопроводов (как действующих, так и проектируемых и реконструируе-ых);

- использовать полученное расчетное соотношение для ДНП автобен-шов в предлагаемых методиках, а также включить его в действующую етодику расчета потерь от испарения автобензннов из подземных гори-энтальных резервуаров АЗС;

- использовать полученное расчетное соотношение для массы бензи-эвых паров, образующихся под ковром ПК при местном перегреве, с

целью количественной оценки этого процесса и связанного с ним увелнче ния выбросов углеводородов в атмосферу из промышленных резервуаро! типа РВСПК;

- использовать ПК предложенной конструкции в промышленных ре зервуарах РВСПК с целью сокращения потерь легкоиспаряющихся нефте продуктов от испарения и уменьшения выбросов углеводородов в атмо сферу.

Реализация работы.

Разработан руководящий документ (РД) "Методика расчета мощ ностн выброса углеводородов в атмосферу нефтебаз из группы резервуа ров типа РВС", утвержденный в 1991 году и внедренный на предприятия? б. Государственного концерна "Роснефтепродукт" (ныне Главнефте продукт ГП "Роснефть").

Разработан проект руководящего документа "Методика и программа расчета на ЭВМ мощности выброса углеводородов в атмосферу из резер вуаров типа ЖБР при транспортировании нефтепродуктов по магистраль ным трубопроводам, из резервуаров типа РГС, нефтеналивных судов, же лезнодорожных и автоцистерн, при заправке автомобилей", направленные по указанию б. ГК "Роснефтепродукт" на согласование в Министерстве экологии и природных ресурсов РФ.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены i обсуждены:

на Всесоюзном совещании "Проблемы охраны окружающей среды i нефтяной промышленности", Уфа, 1989;

на Всероссийской студенческой научной конференции "Роль студен ческой молодежи в ускорении научно-технического прогресса в нефтяной i газовой промышленности", Уфа, 1990:

на Всероссийской научно-технической конференции "Геоэкология i нефтяной и газовой промышленности", ГАНГ им. И.М. Губкина, М., 1995;

на Всероссийской научно-технической конференции "Проблемы нефтегазового комплекса России", УГНТУ. Уфа, 1995;

на 41-й, 43-й, 46-й научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых Башкирии "Вклад молодежи Башкирии в решение комплексных проблем нефти и газа", Уфа, 1990, 1992, 1995.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованных источников и приложений, изложенных на 178 страницах, включая 31 рисунок, 19 таблиц и :писок использованных источников из 113 наименований.

На защиту выносятся: 1) методика расчета ММР углеводородов в дтмосферу из групп резервуаров типа РВС; 2) расчетные зависимости ДНП овтобензннов в резервуарах с переменным по высоте поперечным сечением I массы автобензнна. переходящего в парообразное состояние под ковром ПК резервуара типа РВСПК вследствие местного перегрева: 3) конструкция ПК с теплоотводящимн элементами; 4) усовершенствованная методика эасчета ММР углеводородов в атмосферу из групп резервуаров типов ЖБР, РГС, транспортных емкостей и топливных баков автомобилей.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана краткая характеристика актуальности рассматрн-заемой работы, сформулированы цель и основные задачи исследования, юказаны научная новизна, практическая ценность результатов проведении исследований и их реализация в промышленности.

В первой главе проведен анализ действующих отраслевых методик эасчета ММР (мощности выброса) из резервуаров и транспортных ем-состей предприятий нефтепереработки и нефтепродуктообеспечения. Это летодика, разработанная СКБ "Транснефтеавтоматика" и действующая на 1редприятиях б. Госкомнефтепродукта РСФСР (ныне Главнефтепродукт

а

ГП "Роснефть"), а также методика, разработанная ВНИИУС ВПО "Союзнефтеоргсннтез". Эти методики основаны на различных подходах.

Первая основана на непосредственном инструментальном измерении расходов паровоздушной смеси (ПВО) и концентраций углеводородов в выбросах в наиболее неблагоприятный период год?, (в 13 часов дня самых жарких дней июля). Вторая использует расчетный метод на основе укрупненных показателей (годовой или квартальный объем нефтепродукта, проходящий через резервуар; коэффициент оборачиваемости резервуара) с применением поправочных коэффициентов на физические свойства нефтепродукта, техническую оснащенность резервуара, режим его эксплуатации и средние температурные условия в холодный и теплый периоды года.

Результаты сравнительных расчетов по двум указанным методикам, выполненных для сопоставимых условий, различаются в 2-6 раз, а в некоторых случаях - до 20 раз. т.е. методики плохо согласуются между собой.

Очевидно, что расчет такой величины, как ММР, недопустимо проводить по среднегодовым (среднекварталъным) условиям эксплуатации объекта, без учета конкретных наиболее неблагоприятных температурных и других условий, при которых происходит ММР. Инструментальный метод, используемый в первой методике, является в этом смысле более точным. Однако и эта методика не в полной мере учитывает технологические особенности работы резервуаров, считая, что ММР всегда имеет место при закачке нефтепродукта в один из резервуаров группы, т.е. является результатом "большого дыхания".

На нефтяных и нефтепродуктовых предприятиях емкости размещаются труппами в резервуарных парках, и из каждого резервуара группы происходит ежесуточное вытеснение ПВС ("малое дыхание") одновременно с другими резервуарами.

Как показали расчеты на основе действующей "Методики расчета потерь от испарения нефти и нефтепродуктов из резервуаров" (1965 г.),

уммарный массовый расход при "малых дыханиях" всех резервуаров руппы может быть сопоставимым, а иногда и превышать массовый расход от "большого дыхания". В последнем случае именно расход при 'малых дыханиях" должен приниматься в качестве ММР. Возможен также >арнант наложения во времени "большого" и "малых дыханий" (для ре-(ервуаров типа РВС) или "большого дыхания" и "обратных выдохов" (для зезервуаров типов ЖБР и РГС). В этом случае в качестве ММР необходило принимать сумму соответствующих массовых расходов независимо от ¡еличины каждого из них.

Таким образом, учет всех особенностей работы группы резервуаров обусловливает необходимость одновременного измерения расходов ПВС и сонцентраций углеводородов в ней на всех резервуарах группы, что в ре-шьных производственных условиях практически невозможно.

Помимо этого, инструментальный метод не может быть использован проектируемых и реконструируемых объектах, что не позволяет научно обосновать раздал охраны окружающей среды и наметить на проектной ггадии необходимые технические мероприятия по сокращению выбросов.

В то же время существующие методы расчета естественной убыли от 1спарения нефтеи и нефтепродуктов из резервуаров и транспортных емкостей и использование результатов экспериментальных исследований ря-ia авторов позволяют решать задачу определения ММР углеводородов расчетными методами с достаточной точностью без применения инструментальных измерений. В нашей стране вопросами определения потерь от ис-тарения нефтепродуктов из резервуаров типа РВС занимались Ф.Ф. Абу-гова, И.С. Бронштейн, И.П. Бударов, К.В. Елшин, H.H. Константинов. В.А. Мартяшова, В.И. Черникин и др., из заглубленных резервуаров типов РГС и ЖБР - Ф.Ф. Абузова, МЛ. Гиззатов, АД. Прохоров, В.И. Черникин и др., из транспортных емкостей - И.С. Бронштейн, П.Ф. Ривкин, А.З. Батгалов, В.Ф. Вохмин и др. На основе этих исследований созданы упомя-

ю

нутая методика расчета потерь от испарения нефтепродуктов из резервуаров и методы расчета потерь от испарения из транспортных емкостей.

Однако при непосредственном использовании указанных расчетных методик для определения ММР возникает ряд существенных трудностей.

Б них совершенно не разработаны методы расчета ММР из групп резервуаров типа РВС и заглубленных. Имеющиеся методы позволяют получать в качестве искомой величины не ММР, а суммарные потери за один технологический прием (т.е. за одно "дыхание"), причем из одного резервуара, а не из группы ( за исключением резервуаров с газовой обвязкой). Е результате при переходе к величине группового ММР могут возникать серьезные ошибки из-за неучсгга неравномерного характера выбросов и специфики работы группы объектов (см. выше).

Методика расчета естественной убыли от испарения нефтей и нефтепродуктов из резервуаров типа РГС и ЖБР с переменным по высоте поперечным сечением имеет неточности в расчете давления насыщенных парос (ДНП) автобензинов.

Методика расчета естественной убыли из резервуаров с плавающе? крышей (РВСПК) не учитывает испарения при метастабилъных состоянияд бензинов, возникающих в жаркие летние дни непосредственно под плавающей крышей.

Многие предприятия и организации к настоящему времени уж« имеют хорошую компьютерную базу, позволяющую автоматизировать вс< расчеты ММР. Для реализации этого необходимо разработать программь расчета ММР для ЭВМ с устранением перечисленных недостатков выше упомянутых расчетных методик. Подобные программы дактг. кроме того возможность при стыковке их с имеющимися программами расчета рассей ван){я выбросов автоматизировать на практике всю цепочку расчетов от инвентаризации источников выбросов до получения карты рассеиванш углеводородов над территорией предприятия.

На основе обзора предшествующих работ в первой главе сформулн-эованы основные задачи исследования.

Во второй главе изложены принципы и порядок разработки, а также ;хема построения графоаналитической методики расчета ММР для групп резервуаров типа РВС, дана систематизация исходных данных, использо-занных при разработке, указаны сделанные при этом допущения.

Вытеснение углеводородов из резервуаров типа РВС происходит еже-угочно ("малые дыхания"), при заполнении резервуара нефтепродуктом "большие дыхания") и при насыщении вошедшего в процессе опорожнения резервуара воздуха парами нефтепродукта ("обратный выдох").

Ежесуточное вытеснение ПВС ("малое дыхание") происходит из саждого резервуара группы одновременно с другими резервуарами приблизительно с 6 до 14 часов дня, а максимальный расход ПВС, при прочих эавных условиях, наблюдается в наиболее жаркие дни нюня-июля с 8 до 11 гасов дня.

Для одного резервуара расход ПВС при "большом дыхании", как лравило, больше, чем при "обратном выдохе" и "малом дыхании" последние два процесса для наземных резервуаров практически наклады-заготся друг на друга). Однако суммарный массовый расход при "малых хыханиях" всех резервуаров группы может быть сопоставимым, а иногда и тревышать массовый расход от "большого дыхания".

Разработанная методика основана на сравнении соответствующих расходов ПВС для рассматриваемой группы резервуаров с нефтепродуктом и принятии к расчет}' ММР наибольшего из них (если в процессе экс-члуатацнн группы резервуаров не происходит наложения "большого" и 'малых дыхании", т.е. резервуар не заполняется в период с 8 до II часов 1ня). либо суммы этих расходов (если такое наложение происходит). При ггом считали, что не допускается одновременное заполнение более одного

резервуара в группе, т.к. это ведет к особенно сильному загрязнению воз духа на промплощадке.

Расход ПВС при "большом дыхании" был принят равным пронзи о дительности заполнения резервуара нефтепродуктом.

Определение значений расхода ПВС при "малом дыхании" для ре зервуаров, находящихся в различных географических и климатически: условиях, было выполнено на основе "Методики расчета потерь от испа рения нефти и нефтепродуктов из резервуаров" (1965 г.).

Были выбраны 19 населенных пунктов по всей территории бывшего СССР, находящихся на разных географических широтах и в разных кли матических поясах.

Для учета многообразия нефтепродуктов, которые могут храниться i резервуарах, было сделано следующее упрощение. Основная часть ГО СТированного ассортимента нефтепродуктов была разделена на группы, з каждую из которых вошли нефтепродукты, близкие между собой по значе нию Ps^js ■ давления насыщенных паров при 38 °С и соотношения паро вой и жидкой фаз 4:1. Эта величина была взята за основу, т.к. она являете важной характеристикой хранящегося в резервуаре нефтепродукта npi расчете массы потерь от "малого дыхания": она входит в паспорт качеств; бензинов.

Расчет производился для всех типовых резервуаров РВС вмести мостыо or 100 до 10000 м'.

В результате расчета на ЭВМ ЕС-1022 были получены значения по терь от одного "малого дыхания" кг для каждого типового резерву

ара РВС, содержащего нефтепродукты каждой группы и находящегося : температурных условиях наиболее жарких дней июля в каждом из 19 вы бранных населенных пунктов.

Расчет максимальных июльских значений часовых расходов ПВ( q4 производился по формуле:

Чч~( Д7 • 2,41 - М^д,) / ( ттах * -р) . М Чч, (1)

где 2,41 - поправка на максимально возможный в ходе эксплуатации объем газового пространства (ГП) резервуара, соответствующий ~ 0,95 • Нра ( Нрс - высота цилиндрической части резервуара );

Су - концентрация насыщенных паров нефтепродукта в ГП резервуара, при расчетной температуре /, доли единицы;

р - плотность паров нефтепродукта в ГП резервуара при расчетной температуре t, кг / м3.

Величины — Р5 / Рг и р рассчитывались в ходе выполнения программы по определению в качестве промежуточных величин.

При разработке методики была поставлена задача - для удобства применения ее работниками объединений, нефтебаз, перекачивающих станций, проектных институтов представить основную часть расчетов по определению ММР в графическом виде.

Результаты расчетов дч были представлены в виде десяти графиков зависимости дч от географической широты места расположения промпло-щадки р (с учетом известной географической широты 19 населенных пунктов, для которых производились расчеты).

Также были представлены в виде графиков необходимые для расчета ММР зависимости расчетной температуры от широты местности ф, расчетного парциального давления Рр паров автомобильного и авиационного бензинов от разности температур ( - ^ ), ММР авто- и авиабензинов от расчетного расхода ПВС Ор и расчетного парциального давления паров Рр, среднего массового содержания углеводородов Т)^ = р - Сл в вытесняемой из резервуара ПВС (для остальных светлых нефтепродуктов) от широты местности (»и давления насыщенных паров 2*5^ нефтепродукта.

Графическая обработка расчетного материала и представление его в виде 18 компактных рисунков позволили сделать более удобным пользо-

ванне методикой и свести к минимум}' количество исходных данных, необходимых для выполнения расчета ММР.

Проведены сравнительные расчеты ММР для "больших" и "малых дыханий" при сопоставимых условиях по разработанной графоаналитической методике и по утвержденной (1965 г.) расчетной методике для определения потерь от испарения. Установлена удовлетворительная погрешность результатов, получаемых по предложенной методике.

Б третьей главе описаны планирование и порядок проведения лабораторных экспериментов по изучению зависимости ДНП автобензинов от температуры и относительной высоты взлива для резервуаров с переменным по высоте поперечным сеченибм (/V const).

Эксперименты проводились стандартным методом на усовершенствованном приборе ВНИИСПТнефти (ныне ИПТЭР), условия испарения в котором практически идентичны условиям испарения при хранении нефтепродуктов.

В экспериментах использовался бензин трех марок - А-76, Аи-93 и Аи-95, наиболее часто встречающихся на АЗС (где резервуары типа РГС главным образом и применяются); для каждого из бензинов с помощью этого же прибора определялось Psrjs (по ГОСТ 1756-52).

Испаритель установки для соблюдения геометрического подобия был выполнен в виде модели резервуара РГС-25 с плоскими днищами в масштабе 1:60.

С учетом того, что температура бензина в заглубленных резервуарах РГС меняется в более узких пределах, чем в наземных резервуарах, интервал температур в экспериментах был ограничен значениями ~ 5..30 °С; это позволило повысить точность получаемой расчетной зависимости.

При подготовке экспериментов было проведено их рациональное планирование, согласно которому для выявления влияния каждого факто-

за на выходную величину достаточно задать ему пять различных значений пять уровней варьирования).

В нашем случае на величину ДНП бензина Pg влияют три фактора: > варьируемое выбором марки бензина; температура бензина t; высота взлнва бензина А.

Одним из методов планирования экспериментов является построение татинских квадратов. Применение указанного метода позволило сократить л1сло опытов в одной серии с 3x5x5 = 75 до 3x5 =15. Для более точного определения влияния Ps3S i!a &S было проведено трн серии параллельных опытов (при тех же сочетаниях варьируемых величин).

Относительная погрешность измерения и Ps,js прибором ВНИ-НСПТнефти составляет не более 5% .

В результате анализа экспериментальных данных и их обработай на ПЭВМ IBM РС/АТ-386 методом наименьших квадратов получены расчетные зависимости для ДНП автобензинов в резервуарах типа РГС: при определении Psfjs методом ВНИИСПТнефти Ps/Psjs = exp(0,034-(t-38))-(0,75 + h/D); (2)

при определении Ps,js методом Рейда Ps/PSrss = l22-exp(0,034-(i-3S)) .(0,75 + h/D). (3) Для соотношений (2), (3) коэффициент множественной корреляции равен 0,9673 с критерием надежности 304,95. Анализ по критериям Стыо-дента и Фишера показал значимость величин, входящих в уравнения, и адекватность принятой математической модели.

Результаты расчетов по (2), (3) сопоставлялись с данными промышленных экспериментов, проведенных М.А. Гнззатовым. Показана удовлетворительная согласованность; расхождения не превышают 5...6 % .

Расчетные зависимости (2), (3) рекомендованы для практического использования. а также пкЛЕОЧШЫ В МФТОДНКу расчета ММР для резервуаров с переменным по высоте поперечным сечением.

На основе (2), (3) предложен уточненный вариант методики расчета естественной убыли автобензинов от испарения из подземных горизонтальных резервуаров АЗС.

По уточненному и по прежнему вариантам методики были проведены расчеты потерь от испарения при "большом дыхании" (заполнении) резервуара РГС-25 после предварительного опорожнения и простаивания Прежний вариант методики дает результаты, заниженные на 17...24 %.

В четвертой главе описаны методика и техника лабораторного эксперимента по изучению локальной мета стабильности бензинов под ковром ПК резервуара типа РВСПК.

Эксперименты проводились в лабораторных условиях на модели резервуара РВСПК-5000, выполненной из прозрачного оргстекла в масштабе 1: 200. ПК представляла собой жестяной диск диаметром 100 мм - на 4 мм меньше внутреннего диаметра резервуара. За счет приподнятой кольцевой кромки диск обладал плавучестью на поверхности бензина, которыь заполнялся резервуар, но для предотвращения колебаний и перемещений í ходе опыта дополнительно фиксировался тремя припаянными к нему стой ками, опирающимися на дно резервуара.

Нагрев ПК осуществлялся укрепленной сверху электролампой. Пр1 этом под крышей визуально наблюдались зарождение и рост парового пу зыря, т.е. бензин закипал вследствие местного перегрева.

Температуру поверхностного слоя бензина определяли путем нзмере ния термо-ЭДС компенсационным методом с помощью предварителык отградуированной хромель-копелевой термопары и потенциометра ПП- 6'. класса 05 (ГОСТ 9245-79). Термопара была припаяна в центре внутренне1" поверхности ПК.

Для обеспечения удобства наблюдения, измерения размеров пузыря предотвращения его дробления на множество мелких пузырей, плоско! центральной части ПК была придана небольшая куполообразность ( высо

а центрально» точки крыши над ее краями составила 1,5 ... 2 мм). Тем са-!ым достигались образование и рост одного пузыря правильной круглой юрмы в центральной части крыши.

Для определения объема парового пузыря посредством измерения его ламетра через прозрачную стенку резервуара ПК была предварительно тгарирована путем многократного заполнеши ее водой (со стороны, кон-актнрующеи с бензином) из градуированной бюретки и фиксации значена объема, соответствующих определенным значениям диаметра.

В экспериментах использовались автобензины трех марок: А-76, Аи-3 и Аи-95. Температуры начала кипения бензинов по паспорту качества ( ^ изменялись в пределах от 36,9 до 65,4 'С, паспортные ДНП Р$,з$ - от 70 до 444 мм рт. ст.

Методика проведения эксперимента состояла в следующем.

После заполнения резервуара очередной порцией бензина включали пектроллмпу и начинали нагрев ПК. Момент начала образования мелких аровых пузырьков, собирающихся к центру ПК, фиксировали в качестве л чала отсчета по лабораторному секундомеру с ценой деления 0.2 с.

Затем по мере продолжения кипения и роста пузыря периодически с нтервалом от 2 до 6 минут фиксировали по секундомеру время, прошед-]ее с начала кипения, одновременно замеряя потенциометром термо-ЭДС, линейкой - диаметр пузыря. Эксперимент с одной порцией бензина про-олжали до первого вытеснения паров через кромку ПК. Затем прекраща-и нагрев, сливали отработанный бензин из резервуара и повторяли экспе-ныент для следующей порции бензина. После окончания экспериментов роизводили пересчет замеренных величин.

Значения термо-ЭДС (в милливольтах) переводили в градусы Целься с помощью градуировочнон таблицы хромель-копелевой термопары, ергз коэффициент. уч!пывающий искажающее оптическое действие стеклянной стенки резервуара, рассчитывали истинный диаметр пузыря, после

чего по тарнровочной таблице ПК определяли его объем. Массу бензнно вых паров в пузыре определяли по уравнению состояния газа.

Анализ основных факторов, влияющих на величину массы паро] бензина, образующихся под плавающей крышей резервуара РВСПК, по зволил представить эту величину в виде функции следующих переменных: т=Г(т, АТ, Тнм., Я, й, М„) , (4)

где -г - время, отсчитываемое с момента начала перегрева бензина, когд; температура его поверхностного слоя Т^ становотся равной температур! начала кипения Т^ , с ; АТ - величина перегрева (АТ= Тщ. - Т^), К; И - коэффициент диффузии паров бензина , м2/с;*7 - диаметр плавающс! крыши резервуара , м ; М„ - масса продукта в резервуаре , кг. Методом анализа размерностей получена зависимость

т/Мл = С-ТЬ"-(АТ/Тн^)*2 , (5)

где /о—/) - г/</ 2 - диффузионный параметр Фурье (безразмерное время).

В результате обработки экспериментальных данных на ПЭВМ 1В№ РС / АТ - 386 методом наименьших квадратов определены постоянная I показатели в уравнении (5) и получено следующее расчетное соотношент для массы бензина, переходящего в парообразное состояние вследствт местного перегрева:

т/Мя = 7,48 -10-5 .Го 1,082 . ( АТ/ Тяж.) °>053 . (6)

Оценка значимости по критерию Стьюдента показала, что симплек< АТ/ Т¡^ можно из уравнения исключить. Окончательно расчетное соот ношение принимает вид

т/М„ = 7,48 -Ю-5 То . (7)

Коэффициент множественной корреляции для уравнения (7) равеь 0,7917 с критерием надежности 36,11. Анализ по критерию Фишера пока зал адекватность принятой математической модели.

С целью уменьшения потерь от испарения, происходящих вследствие 1етастабильного состояния бензина в резервуарах типа РВСПК , предложена конструкция плавающей крыши, обеспечивающей понижение температуры поверхностного слоя бензина благодаря наличию теплоотаодяшнх лементов с высоким коэффициентом теплопроводности. Отвод теплоты существляется в глубинные слои бензина. На предложенную консгрук-;ню плавающей крыши получено авторское свидетельство № 1738711.

Пятая глава посвящена совершенствованию методики расчета ММР ля групп резервуаров ЖБР, РГС и транспортных емкостей.

С учетом совпадения процесса заполнения нефтепродуктом одного езервуара с "обратными выдохами" из остальных резервуаров группы ля расчета ММР предложена следующая формула:

М = С8-рд + т^, -(п - 1) , (8)

не д - секундный объемный расход вытесняемой ПВС (м3/с); т^^ - мак-имальный массовый расход при "обратном выдохе" из одного резервуара :/с); л - количество резервуаров в группе; остальные обозначения приве-еш,1 к формуле (I).

На практике могут быть случаи, когда в одну группу входят резерву-ры с разными геометрическими характеристиками и разнотипными дыха-ельными клапанами. Кроме того, все резервз'ары в группе или часть их огут бьггь оборудованы газоуравннтелыюй системой (работая при за-олнении как один резервуар) пли другими средствами сокращения вы-росов ( дисками-отражателями и т. д.). В этом случае величина (С^ р\■<?;,) :слн данный 1-тый резервуар заполняется) или т^^ (если он не запол-яется) рассчитывается отдельно для каждого типа резервуаров, а для пределения ММР предложены нижеприведенные формулы.

При заполнении резервуара, ГП которого объединено с другими, что казывается в исходных данных:

М=(1-Ь,) -Csi-pi-q, + ; (9)

при заполнении резервуара, ГП которого не объединено с другими:

M=(l-bj) -Csj'pj-9i + t( > (Ю)

i-2

где пс - число резервуаров, ГП которых объединено;

b¡, bj - доли выбросов, устраняемых техническими средствами.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ II РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Показано, что суммарный максимальный массовый расход парою нефтепродукта в атмосферу (ММР) из всех резервуаров группы типа РВС вследствие одновременности суточных "дыханий" может превысить массо вый расход из одного резервуара при заполнении его. Предложено выбирать наибольший ММР для расчета рассеивания углеводородов в атмосфере и установления ПДВ путем сопоставления рассматриваемых расходов. На этой основе разработан РД "Методика расчета мощности выброс углеводородов в атмосферу нефтебаз из группы резервуаров типа РВС" для практического использования инженерно-техническим персоналом нефтебаз, позволяющий рассчитать уточненный ММР, отказаться от трудоемких измерений на эксплуатирующихся резервуарах, а тп];же прогнози ровать на стадии проектирования ПДВ и научно обоснованно включать в проект средства снижения поступления углеводородов в атмосферу.

2. На основе проведенных экспериментов на моделях резервуаров с переменным по высоте поперечным сечением const) и их обработки получена расчетная зависимость давления насыщенных паров (ДНП) бензинов от температуры и относительной высоты взлива h/D для резервуаров с /V const. Сопоставление рассчитанных по ней ДНП с эксперимен-

щьными данными на промышленных резервуарах показало удовлетвори-яьное совпадение. Полученная зависимость включена в методику расчета IMP из резервуаров с F# coast и рекомендована для включения в ден-гвующую "Методику расчета потерь от испарения автобензинов из подомных горизонтальных резервуаров АЗС".

3. На модели резервуара типа РВСПК получен местный перегрев бен-тна под ковром плавающей крыши и нсследован локальный переход его в етастабильное состояние. Методом анализа размерностей и путем обра-отки результатов экспериментов получено расчетное соотношение для ассы бензина, переходящего в парообразное состояние, в зависимости от исла Fo и относительного перегрева АТ/Т^ . Однако оценка значимости о критерию Стыодента показала, что в условиях эксперимента симплекс \T/TnJ._ может быть опущен. Полученное соотношение в первом прнблн-;енин может быть рекомендовано для определения массы вытесняемых па-ов из РВСПК вследствие перехода бензина в мета стабильное состояние з-за нагрева ковра ПК солнечной радиацией.

4. Для исключения перехода бензина в метастабильное состояние под овром ПК предложена конструкция ПК с теплоотводящнми элементами, ia которую получено а.с.№ 1738711 от 07.06.92 г.

5. Показано, что для групп заглубленных резервуаров типа ЖБР и ТС при расчете ММР необходимо учитывать совпадение "большого ды-ания" при заполнении емкости с "обратным выдохом" при насыщении

азового пространства остальных резервуаров группы только для бензн-юв (автомобильных, авиационных, бензина-растворителя и экстракцион-юго). Для остальных нефтепродуктов величина "обратного выдоха" пре-(ебрежимо мала вследствие небольших значений ДНП. С учетом прове-шнных исследовании и исследований других авторов разработана методи-:а расчета ММР углеводородов в атмосферу из группы резервуаров ЖБР, ЭГС, транспортных емкостей и топливных баков автомобилей и представ-

лен проект РД для согласования и утверждения. Разработаны программы расчета ММР на ЭВМ для резервуаров и транспортных емкостей.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Абузова Ф.Ф., Щеглов В.Э., Юмагужнн Д.Ф. О наибольшем вь бросе углеводородов в атмосферу из резервуаров с нефтепродуктами. Тез. докл. Всесоюзного совещания. Проблемы охраны окружающей сред в нефтяной промышленности.-Уфа, 1989.-е. 100-101.

2. Юмагужнн Д.Ф., Щергов В.Э. К расчету мощности выброса угл водородов в атмосферу нефтебаз из группы резервуаров типа РВС. // Те докл. Всероссийской студенческой научной конф. Роль студенческой м лодежн в ускорении науч.- техн. прогресса в нефтяной и газовой промыг ленностн.-Уфа, 1990,- с. 78.

3. Юмагужнн Д.Ф., Щеглов В.Э. Рекомендации по уменьшению з грязнення атмосферы выбросами углеводородов из резервуаров РВС. Тез. докл. 41-й научн.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодь ученых Башкирии. Вклад молодежи Башкирии в решение комплекснь проблем нефти и газа.- Уфа, 1990.- с. 46.

4. Юмагужнн Д.Ф., Щеглов ВЗ. Сравнительный анализ метод расчета мощности выброса углеводородов в атмосферу из группы резерв аров РВС.//Тез. докл. 41-й научн.-техн. конф. студентов, аспирантов молодых ученых Башкирии. Вклад молодежи Башкирии в решение ко плексных проблем нефти и газа.- Уфа, 1990,- с. 46.

5. Абузова Ф.Ф.. Зоря E.H., Несговоров A.M., Щеглов ВЗ, Ос бенности выбросов углеводородов в атмосферу из групп резервуаров нефтепродуктами. // Транспорт и хранение нефтепродуктов.- 1991.- № ! .с. 3-4.

6. Щеглов В.Э., Лобова Ф.Ф. Планирование экспериментов по поучению зависимости давления насыщенных паров (ДНП) бензинов для езервуаров переменного сечения. // Тез. докл. 43-й науч.-техн. конф. сту-ентов, аспирантов и молодых ученых Башкирии. Вклад молодежи ашкирии в решение комплексных проблем нефти и газа.- Уфа, 1992.- с. 31.

7. А. с. SU № 1738711 А1. Плавающая крыша резервуара для хра-ения легконспаряюшихся нефтепродуктов. / Абузова Ф.Ф., Латыпов Ж, Репин В.В., Щеглов В.Э. Б.И. N 21,1992.

8. Щеглов ВЭ. Сравнение расчетных зависимостей давлений насы-1енных паров (ДНП) автобензннов для резервуаров с переменным по вы-эте поперечным сечением (F * const). // Тез. докл. 46-н науч.-техн. конф. гудентов, аспирантов и молодых ученых.- Уфа, 1995.-е. 100.

9. Щеглов В.Э. Уточнение методики расчета естественной убыли ав-эбензинов от испарения из резервуаров типа РГС. // Тез. докл. 46-й на-ч.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых.-Уфа, 1995.-с. 00.

10. Абузова Ф.Ф., Лебедев И.В.. Щеглов ВЭ. Расчет поступления уг-еводородов в атмосферу из группы резервуаров. II Тез. докл. науч.-техн. онф. Геоэкология в нефтяной и газовой промышленности,- М., 1995.- с. 1.

11. Абузова Ф.Ф., Лебедев И.В., Щеглов ВЭ. Особенности поступ-ения углеводородов в атмосферу из резервуарных парков. // Тез. докл. всероссийской науч.-техн. конф. Проблемы нефтегазового комплекса Рос-ии.- Уфа, 1995.-е. 147.

12. Щеглов ВЭ., Кузнецова В.В., Малоярославцев ДА. Изучение окальной метастабильности бензина в резервуаре с плавающей крышей

(РВСПК). // Тез. докл. Всероссийской науч.-техн. конф. Проблемы нефтегазового комплекса России,- Уфа, 1995.- с. 152.

Подписано к печати 20.11.95. Формат бумаги 60 <84 1/16. Тираж 100 жз. Заказ 908.

Ротапринт Уфимского государственного нефтяного технического униве ситета

Адрес университета и полиграфпредприятия: 450062. г. Уфа, Космона тов, 1.

Соискатель

ВЭ. Щеглов