Проф, д.т.н. Куанышбаев Ж.М., инж.Игбаев Н.Ж.,

маг.Кошенова Г.С. (КарГТУ, г.Караганда)

Организация слива нефтепродуктов в холодный период времени

Станция «Майкудук» обслуживает предприятие АО «Карагандинская нефтебаза», которая осуществляет подачу со станции на подъездные пути налитых цистерн и после слива нефтепродуктов порожние цистерны подаются обратно на станцию. Оборот цистерн на подъездных путях регламентируется нормативным временем, за превышение которого нефтебаза уплачивает штраф за простой цистерн в пользу Карагандинского отделения перевозок. Продолжительность слива для цистерн, включая и подготовительные операции, не должна превышать следующих норм: независимо от количества поданных на фронт слива вагонов для двухосных цистерн – 1ч.15 мин, для четырехосных и более – 2 часа. При необходимости разогрева нефтепродуктов в холодное время года – с 15 октября по 15 апреля – на разогрев и слив предоставляются следующие сроки, в зависимости от группы, к которой относится нефтепродукт:

І группа – грузы с условной вязкостью от 5 до 15⁰ ВУ или с температурой застывания от -15 до 0⁰С – 4 часа;

ІІ группа – грузы с условной вязкостью от 16 до 25⁰ ВУ или с температурой застывания от +1 до 15⁰С – 6 часов;

ІІІ группа – грузы с условной вязкостью от 26 до 40⁰ ВУ или с температурой застывания от +16 до 30⁰С – 8 часов;

ІV группа – грузы с условной вязкостью свыше 40⁰ ВУ или с температурой застывания от 30⁰С и выше – 10 часов.

В 70-х годах для подогрева нефтепродуктов перед сливом применялись установки терморадиационного подогрева. Их действие основывалось на принципе применения теплового (инфракрасного) излучения для обогрева стенок цистерн и сливного прибора. Применение таких установок было малоэффективным вследствие большой мощности, потребляемой подогревателями, малого коэффициента использования лучистой энергии, сложности управления работой установки в условиях воздействия атмосферных осадков и др. Поэтому в конце 70-х был внедрен метод подогрева внутри цистерны. Подогрев внутри цистерны осуществляется погруженными змеевиковыми подогревателями, которые изготавливаются тонкостенных цельнотянутых труб. На рисунке 8 приведена схема размещения погруженных подогревателей в цистерне. Три секции подогревателя ( одна центральная и две боковые) соединяются между собой последовательно или параллельно гибкими шлангами. Две боковые секции изогнуты таким образом, чтобы обеспечить подвод тепла к торцевым частям цистерны. Важным условием эффективного проведения процесса подогрева является правильное распределение теплоотдачи от пара к подогреваемой жидкости по длине змеевика. При последовательном соединении секций пар может отдать основную часть содержащегося в нем тепла и сконденсироваться далеко от змеевика. При этом концевая секция будет работать в неблагоприятных условиях теплопередачи от остывшего конденсата к нефтепродукту. С другой стороны, при параллельном соединении секций пар может не успеть сконденсироваться в змеевике, что приведет к повышенному расходу пара. Рабочее давление пара в секциях подогревателя 3 кг/см³. Приведем в таблице 1 техническую характеристику погруженных подогревателей.

1 – основание; 2 – труба коренная; 3 – шарнир горизонтальный; 4 – пружинное устройство; 5 – труба концевая; 6 – присоединительная головка;

7 – кран конденсатоотводник; 8 – трехходовый кран; 9 – паровая рубашка; 10 – рукава паропровода.

Рисунок 1 – Схема установки АСН – 8Б

1,2 – цистерны емкостью 60 и 85м³; 3 – укосина; 4 – шланги для выпуска конденсата; 5 – опорная стойка: 6 – соединительная гайка; 7 – паропровод; 8 – ручная лебедка; 9 – шланги для подачи пара; 10 – секция для погруженного подогревателя; 11 – положение секции подогревателя в цистерне.

Рисунок 5.2 – Схема размещения погруженных подогревателей в цистерне

Таблица 1 – Техническая характеристика погруженных подогревателей

Тип змеевика			Диаметр труб		Поверхность нагрева, м^2						Вес, кг
Центр. секции		Боковой секции			Боковой секции		Центр. секции		Общая
1		2	3		4		5		6		7
Спираль- ный		Петлевой	25		1,5		1,5		4,5		-
		Спираль- ный	40		4,0		3,5		11,5		-
		Спираль- ный	40		4,32		3,14		11,78		72
Спираль- ный	Радиатор- ный			20,30		5,7		5,7		17,1		181
	Радиатор- ный			20,30		7,85		7,5		23,1		228

Совместная эксплуатация установок АСН-85 и погруженных подогревателей характеризуется рядом недостатков. Погруженные подогреватели не обеспечивают равномерный разогрев нижних слоев, где оседают тяжелые фракции, что затрудняет процесс слива и увеличивает потери нефтепродуктов. Установки АСН-85 в силу своего физического состояния часто выходит из строя и уже не способны производить слив в установленные нормы времени, в результате чего увеличивается простой цистерн под разгрузкой. Нефтебаза нуждается в новом оборудовании и представим мероприятия по техническому перевооружению фронта слива нефтепродуктов.

Для борьбы с недостатками необходимо внедрение более эффективного метода подогрева и слива нефтепродуктов, каким является метод циркуляционного подогрева и герметичного слива.

Принцип циркуляционного подогрева вязких жидкостей в цистернах не является новым. Еще в 1925 году Всесоюзный теплотехнический институт предложил использовать его для слива мазута из цистерн. Тогда были разработаны три схемы циркуляционного подогрева, обладающие рядом существенных недостатков:

1) подача горячей струи в массу подогреваемой жидкости не организована таким образом, чтобы обеспечить подогрев нижних слоев жидкости, особенно в торцах цистерны;

2) необходимость применения переносного подогревателя усложняет обслуживание установки;

3) применение центробежного насоса, не обладающего способностью самовсасывания, и в связи с этим применение эжектора и дренажного резервуара для зарядки насоса снижают надежность установки и значительно усложняют ее обслуживание.

Установка для циркуляционного подогрева и герметизированного слива УРС-2, разработанная в институте ВНИИСПТнефть указанных выше недостатков не имеет. Схема установки приведена на рисунке 9. Установка включает гидромониторное устройство 1 типа УР-5 для подачи горячего нефтепродукта в цистерну, трубопровод 2, соединяющий гидромониторное устройство с винтовым насосом 7 типа МВН-10 с подачей 39,5 м³/час, кран-укосину с лебедкой 3 для подъема и погружения гидромониторного устройства, гибкий шланг 4, установку нижнего слива 5, электродвигатель мощностью 25кВт, продуктопровод 8 от теплообменника к насосу, теплообменник 10, вентили 9, 10.

Гидромониторное устройство состоит из стойки, труб-сопел и гидропривода. Стойка образована напорной трубой 5. К нижней части трубы 5 шарнирно присоединены колена 12, к свободным концам которых также шарнирно присоединены трубы-сопла. В нижней части стойки установлен гидроцилиндр, шток которого с помощью шатунов соединен с коленами. Эксцентрично коленам к стойке шарнирно присоединены штанги. Рейки штанг взаимодействуют с цистернами, закрепленными на трубах, благодаря чему поворот колен вызывает перемещение сопел монитора в горизонтальной плоскости. В верхней части стойки установлен золотниковый кран, связанный трубопроводами с напорным трубопроводом и гидроцилиндром.

1 – гидромониторное устройство УР-5; 2 – шарнирно-сочлененный трубопровод; 3 – кран-укосина с лебедкой; 4 – гибкий шланг; 5 – установка нижнего слива АСН-8Б; 6 – электродвигатель; 7 – винтовой насос МВН 10; 8 – провод от теплообменника к насосу; 9 – вентиль; 10 – теплообменник; 11 – вентиль.

Рисунок 3 – Установка циркуляционного подогрева и гермитизированного слива УРС-2

Гидропровод работает за счет давления горячего нефтепродукта. Для пуска привода открывают вентиль. Продукт из нерабочей полости цилиндра через кран сливается в цистерну. Вместе со штоком движется управляющая рейка, взаимодействующая с шестерней, что вызывает подъем груза. В конце хода поршня груз оказывается в верхнем положении и затем падает вниз на плечо траверсы, соединенной золотником, автоматически переключая этим кран и изменяя направление хода поршня. Число ходов поршня в минуту регулируется вентилем, а при полном открытии последнего – жиклером. Во избежание чрезмерного увеличения усилий в приводе при разогреве застывших продуктов предусмотрен предохранительный клапан. Основная часть горячего продукта из напорной трубы через колена поступает в трубы-сопла и в виде струй подается в цистерну. Применение установки нижнего слива с паровой рубашкой дает возможность резко увеличить производительность слива, особенно в начальный период при заполнении теплообменника нефтепродуктом.

Установка УРС-2 работает следующим образом. К патрубку сливного прибора цистерны, поставленной на слив, присоединяют установку нижнего слива, подают пар в паровую рубашку и теплообменник и открывают клапан сливного прибора. Нефтепродукт начинает заполнять теплообменник. Время заполнения теплообменника, в зависимости от марки сливного нефтепродукта и его начальной температуры, составляет 10-25 мин. Во время заполнения теплообменника холодным нефтепродуктом в цистерну погружают гидромониторное устройство, укрепляют его откидными болтами на люке цистерны и соединяют с шарнирным трубопроводом. На этом подготовительные работы, на которые затрачивается 20-30 мин, заканчиваются.

После того как установка подготовлена к работе, включают насос, который подает разогретый нефтепродукт из теплообменника к гидромониторному устройству и далее в цистерну. Давление в напорной линии регулируется с помощью обводной системы и поддерживается в пределах 10-15 кг/см³. В начальный период подогрева гидромониторное устройство находится в сложенном состоянии и струя горячей жидкости, вытекающая из сопел, подогревает нефтепродукт в зоне сливного прибора, создавая этим запас подогретой жидкости. После непродолжительного подогрева нефтепродукта в центральной зоне в работу включается гидропривод монитора. Гидропривод осуществляет возвратно-поступательное движение сопел вдоль нижней образующей цистерны. Механическое перемещение сопел обеспечивает перемешивание нефтепродукта в цистерне и равномерное его нагревание.

После окончания подогрева производится слив нефтепродукта в нулевую емкость или выкачка его насосом в резервуары. Во время слива нефтепродукта из цистерны извлекается гидромониторное устройство, открывается краник для спуска из него нефтепродукта и приводится в нерабочее положение. В ходе заключительных операций, на которые затрачивается 5-10 мин, отводится в исходное положение установка нижнего слива и коммуникация освобождается от нефтепродукта.

Промышленные испытания установок УРС-2 и продолжительный опыт их эксплуатации ( слив 19 тыс.тонн вязких нефтепродуктов из 459 цистерн) позволили выявить основные технико-экономические показатели подогрева и слива, а также уточнить технологию проведения операций. Измерения температуры нефтепродукта по высоте цистерны в процессе подогрева показали, что основная масса жидкости, за исключением нижних слоев на высоте 40-50 см, подогревается достаточно равномерно. Отставание подогрева нижних слоев объясняется недостаточно эффективным воздействием на них горячей затопленной струи вследствие того, что нефтепродукт в нижних слоях имеет низкую температуру, а следовательно, довольно высокую вязкость. Стремление подогреть нефтепродукт в нижней части цистерны до заданной температуры вместе с основной массой приводит к бесполезному перегреву основной массы и дополнительным затратам тепла и времени без существенного сокращения времени слива. Поэтому целесообразно подогреть основную массу жидкости до заданной температуры и слить ее, не дожидаясь нагрева нижних слоев. Затем подогреть оставшуюся часть до температуры, превышающей на 10-15⁰С температуры основной массы жидкости, и слить остаток полностью. Дополнительный подогрев остатка обеспечивает более быстрый и полный его слив. Опыт эксплуатации установок УРС-2 показал, что на подогрев остатков нефтепродуктов в цистернах, в связи с особенностями конструкции цистерны, начальным распределением температуры и физико-механическими особенностями вязких нефтепродуктов, требуется значительно больше времени, чем на подогрев основной массы, хотя величина остатков составляет 20-25% объема цистерны.

За период испытаний и промышленной эксплуатации установок УРС-2 установлено, что общие затраты энергии на подогрев и слив одной большегрузной цистерны колеблется в широких пределах. Так, например, общий расход пара изменяется от 1400 до 5000 кг, а затраты электроэнергии на циркуляцию нефтепродукта при подогреве и перекачку его в резервуары составляют 70-80 кВтч. Такой диапазон колебаний объясняется тем, что расход пара и электроэнергии существенно зависят от начальной температуры и марки подогреваемого нефтепродукта. Наиболее интенсивно пар расходуется в начальный период подогрева ( до 1000-1500 кг/ч). По мере повышения температуры нефтепродукта в цистерне расход пара при подогреве основной массы нефтепродукта в цистерне и остатков составляют соответственно около 600- 900 кг/ч. Опыт эксплуатации установки УРС-2 показал, что во всех конструкциях сливных приборов установка работает хорошо. При подогреве и сливе полностью сохраняется качество нефтепродуктов. Техническая характеристика установки УРС-2 представлена в таблице 2.

Таблица.2 – Техническая характеристика установки УРС-2

Показатели	Значение
І. Разогревающее устройство 1. Рабочее давление, кг/см^2 2. Число двойных ходов в минуту 3. Размеры	5-10 2-4 3550300250
4. Масса, кг	107
ІІ. Винтовой насос типа МВН с двигателем типа КО 1. Расход, м^3/ч	24-36
2. Напор, кг/см^2	до 25
3. Внутренний диаметр всасывающего патрубка, мм	100
4. Внутренний диаметр напорного патрубка, мм	80
5. Размеры, мм	767464502
6. Масса, кг	216
7. Мощность электродвигателя, кВт	25-35
8. Частота вращения, об/мин	1450
ІІІ. Теплообменник трубчатый
1. Поверхность обмена, м^3	30-50
2. Давление пара, кг/см^2	3-4
3. Длина, мм	5000-7000
4. Диаметр, мм	700

Таким образом, внедрение установки дл подогрева и слива нефтепродуктов позволит уменьшить время слива нефтепродуктов, осуществить более полный слив и уменьшить время оборота цистерн на подъездных путях промышленных предприятий.