Применение гранулированного материала с закрытой пористой структурой для сокращения потерь нефтепродуктов

Нормативы естественной убыли нефтепродуктов в России
* Оценка снизу представляет собой среднее арифметическое между нормой убыли нефтепродукта в резервуаре объемом 5 тыс. м3 в весенне-летний и осенне-зимний период;
**Оценка сверху представляет собой среднее арифметическое между нормой убыли нефтепродуктов в резервуаре до 100 м3 в весенне-летний и осенне-зимний период.
***Средняя оценка представляет собой среднее арифметическое между нормами убыли в разных поясах климатической зоны.
Оценки приведены на основании норм естественной убыли нефтепродуктов при хранении принятых согласно приказу Минэнерго России от 16.04.2018 № 281 «Об утверждении норм естественной убыли нефтепродуктов при хранении»

Добыча нефти в России и доля (в процентах) ее переработки (млн. тонн)
Значительная часть (порядка 53%) нефти идет на переработку внутри страны

Потребление нефтепродуктов по климатическим поясам России
Потери нефтепродуктов в системе нефтепродуктоснабжения России

Целью диссертационной работы является теоретическое обоснование и экспериментальное исследование возможностей применения покрытий из гранулированного пеностекла в качестве защитных покрытий зеркала испарения в резервуарах для хранения нефти и нефтепродуктов.
На защиту выносятся следующие основные положения диссертационной работы:
- результаты исследования технологических свойств защитных покрытий зеркала испарения из гранулированного пеностекла;
- результаты экспериментальных исследований взаимодействия защитных покрытий зеркала испарения из гранулированного пеностекла с нефтепродуктами;
- концепция применения гранулированного материала с закрытой пористой структурой для сокращения потерь нефтепродуктов при их хранении в резервуаре.

Научную новизну работы составляют следующие положения:
теоретическое обоснование потенциала снижения потерь от испарения в резервуарах при использовании защитных покрытий зеркала испарения из гранулированного пеностекла;
алгоритмы экспериментальных исследований взаимодействия защитных покрытий зеркала испарения из гранулированного пеностекла с нефтепродуктами;
- расчетно-экспериментальное обоснование метода определения параметров защитных покрытий зеркала испарения из гранулированного пеностекла .

В работе предложено определять целесообразность применения средств сокращения потерь от испарения по величине достигаемого экономического эффекта:
, – достигаемое сокращение потерь соответственно от больших и малых дыханий;
, – годовые потери от больших и малых дыханий;
– цена нефтепродукта;
– нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений;
, – доля отчислений соответственно на амортизацию и текущий ремонт;
– капитальные затраты, связанные с оборудованием резервуара средством сокращения потерь.

Используемые методики оценки потенциала снижения потерь от испарения в резервуарах защитных покрытий зеркала испарения из гранулированного пеностекла
Потери от «больших дыханий» рассчитываются по формуле В.И. Черникина:
,
Потери от «малых дыханий» рассчитываются по формуле Константинова Н.Н.:
Эффективность работы покрытия определяется путем измерения концентрации паров нефтепродуктов
Потери углеводородов рассчитываются по формуле:
G = V x С x r ,
где G - потери углеводородов, кг;
V - объем паровоздушной смеси, вышедшей из резервуара за измеряемый промежуток времени, приведенный к давлению 0,101 МПа и температуре 273 К, м3;
С - концентрация углеводородов в выходящей из резервуара паровоздушной смеси, доли единицы;
r - средняя плотность вытесняемых из резервуаров углеводородных паров, приведенных к давлению 0,101 МПа и температуре 273 К, кг/м3.
Эффективность работы покрытия SГПС:
SГПС=[1-CГПС/C]100, в % ,
Где CГПС – концентрация паров нефтепродуктов до применения ГПС, С – концентрация паров нефтепродуктов после применения ГПС.

Технические характеристики фотоионизационного газоанализатора
Для эксперимента использовалось аттестованное оборудование – четырехдетекторный газоанализатор КОЛИОН-18. Прибор используется для измерения:
углеводородов, нефти, бензина и других нефтепродуктов (посредством фотоионизационного детектора в диапазоне измерений 0-2000 мг/м3);
метан(посредством термокаталитического детектора в диапазоне измерений 0-50%);
сероводород(посредством электрохимического детектора в диапазоне измерений 0-30 мг/м3);
оксид углерода(посредством электрохимического детектора в диапазоне измерений 0-30 мг/м3).

График зависимости испаряемости от объема засыпки ГПС фракции 5-10 мм в условиях геметично закрытой емкости
Количество рядов засыпки ГПС фракции 5-10 мм, ед.
Концентрация паров по ФИД, мг/м3

График зависимости испаряемости от концентрации паров и количества рядов засыпки
Количество рядов засыпки ГПС фракции 5-10 мм, ед.
Концентрация паров по ФИД, мг/м3

Определение испаряемости под влиянием температурного фактора
Концентрация паров по ФИД, мг/м3
Количество рядов засыпки ТС фракции 5-10 мм, ед.

Исследование защитных свойств ГПС
График зависимости испаряемости от объема засыпки фракции 5-10 мм в условиях связи с атмосферой при варьировании фактора времени
Количественным показателем изменения свойств ГПС в этом случае является коэффициент сохраняемости :
Характеристикой эффективной работы покрытия, является значение Кn ≤ 1
Где x15 и х114 - концентрация паров нефтепродуктов на 5-е и 14-е сутки испытания.

Экспериментальное исследование обволакиваемости частиц используемого ГПС и силы сцепления между ними
Обволакиваемость через 15 часов после загрузки эксперимента
Эксперимент показал, что гранулы остаются не связанными. Несмотря на полную обволакиваемость всех слоев ГПС, испаряемость из емкости уменьшилась.
В первые два часа после загрузки (пробы 1-7) слои ГПС полностью пропитаны. В пробах 8-10 не пропитаны верхние три слоя. Через пятнадцать часов пробы 1-10 полностью пропитаны, визуализируется выпотевание жидкой фазы до восьмого слоя.

Экспериментальное исследование возможности возникновения и накопления на них разрядов статического электричества
Условия проведения испытаний:
температура проведения испытаний: 22 °С
время проведения испытаний: 24 ч.
2 образца гранулированного пеностекла (ГПС):
1 образец – гранулированное пеностекло (размер 4-10 мм), промытое
в гептане и высушенное при 22 °С
1 образец – непромытое гранулированное пеностекло (размер 4-10 мм)
3 образца топлива:
1 образец – исходное нефильтрованное топливо
2 образец - топливо, выдержанное в течение суток при комнатной температуре с пеностеклом, промытым в гептане, и затем отфильтрованное через фильтр белая лента
3 образец - топливо, выдержанное в течение суток при комнатной температуре с непромытым пеностеклом и затем отфильтрованное через фильтр белая лента

Исследования по испарению авиационного топлива

Испытание механической прочности ГПС
Испытания проводились путем интенсивного встряхивания, после которого наблюдалось изменение цвета топлива, появление мутности и взвеси на дне ёмкости, что является недопустимым. Очевидно, что на этапе подготовки к помещению в резервуар потребуется дополнительная очистка гранул от микро частиц пепла.
Процент мутности и взвеси не определяется, визуально выглядит не значительно.
Общий вид емкости с дистиллированной водой, ДТ и ТС после интенсивного встряхиванию в течение 15 минут

Технологическая схема создания защитного покрытия из гранулированного пеностекла для резервуаров
1.Вантовая решетка.
2.Панели из медной проволоки.
3.Уплотняющий затвор.
4.Слои гранулированного пеностекла.
Конструктивные изменения резервуара будут состоять в устройстве вантовой решетки.
4

Утилизация отработанного гранулированного материала в бетоне и асфальтобетоне
Бетон с наполнителем из ГПС

Эффективность применения гранулированного пеностекла для сокращения потерь нефтепродуктов от испарения рекомендуется оценивать по максимальной величине чистого дисконтированного дохода, равного:
где σн — усредненная среднегодовая цена 1 т нефтепродукта; Si — сокращение потерь, Эi, - эксплуатационные затраты, Ki — капитальные вложения при применении защитных покрытий из гранулированного пеностекла в i-м году; Gп— годовые потери нефтепродукта от испарения на рассматриваемом объекте; Е — норматив приведения (дисконта); N — продолжительность службы средств сокращения потерь, лет.
Si — сокращение потерь, определяется через эффективность, работы защитных покрытий из гранулированного пеностекла в резервуаре.
CИСП= КИ x КЭ x НБИСП x МИСП
где СИСП - величина ущерба, МИСП - масса нефтепродукта (испарившихся) загрязняющих веществ, НБИСП - базовые нормативы компенсации за выброс в атмосферу единицы загрязняющих веществ в пределах установленных ограничений, КИ - коэффициент индексации цен, КЭ - коэффициент экологической ситуации.

Показано наличие, полностью не устраняемых на современном уровне развития систем транспорта и хранения углеводородов, потерь от испарения из резервуаров III класса с объемами от 100 до 5000 м3. ущерб, определяемый этими потерями, носит как экономический, так и экологический характер.
Дано теоретическое и экспериментальное обоснование потенциала снижения потерь от испарения в резервуарах при использовании защитных покрытий зеркала испарения из гранулированного пеностекла .
Результаты экспериментальных исследований взаимодействия защитных покрытий зеркала испарения из гранулированного пеностекла с нефтепродуктами показали отсутствие факторов, которые могли бы снижать защитные свойства гранулированного пеностекла.
4. Разработана концепция применения гранулированного материала с закрытой пористой структурой для сокращения потерь нефтепродуктов при их хранении в резервуаре и установлены технологические и конструкционные требования по эксплуатации защитных покрытий зеркала испарения из гранулированного пеностекла
Общие выводы