Зачистка днища резервуара от донных отложений с помощью теплоносителя
При эксплуатации резервуаров на днище их откладывается большое количество твердых и вязких осадков, которые снижают полезный объем и осложняют нормальную эксплуатацию емкостей. Удаление осадков представляет собой сложную и трудоемкую операцию. Как указано в [1], эффективные методы борьбы с накоплением осадков в резервуарах еще не созданы. Применяющиеся способы очистки днища резервуаров основаны на гидравлическом и физико- химическом воздействии струй различных моечных машин РАМ-1, ММ-3, ГМС-2, ГМ, а также применение ручного труда.
Известен способ переработки осадка, образующегося в нефтяном резервуаре, заключающийся в том, что в процессе удаления осадка осуществляют принудительную циркуляцию нефти, используя насос и нагревательную печь ректификационной установки [2].
Совместно с сотрудниками Института проблем транспорта энергоресурсов разработан способ удаления донных отложений из резервуара [3].
Суть способа заключается в том, что в качестве теплоносителя используют легкие фракции углеводородов, выделенные из нагретой до 90 оС нефти, путем гидроциклонирования с последующей их конденсацией. В результате получают смесь с вязкостью, обеспечивающей надежную работу насоса откачки.
В качестве теплоносителя мы используем легкие фракции углеводородов, из нагретой до 90 оС нефти. Разогрев осадка путем его выдержки под слоем теплоносителя позволяет заменить сложный и небезопасный процесс разогрева с помощью циркуляции теплоносителя на более простой и экономичный. Продолжительность разогрева и удаления донных отложений в резервуаре в предлагаемом способе сокращается с (4 суток до 12-14 часов) (6-7 часов на разогрев плюс ~ 6 часов на перемешивание и удаление осадка), а кроме того, отсутствие движущегося потока теплоносителя позволяет сократить накопление статического электричества.
Выдержка под слоем теплоносителя в течение 6-7 часов позволит наиболее эффективно использовать тепловую энергию теплоносителя, т.к. через 6-7 часов температура теплоносителя значительно снижается на (30-40 оС) и темп подогрева осадков падает.
Количество теплоносителя наливаемого в емкость для разогрева осадка определяется из условия покрытия всех тепловых затрат, которые включают: нагрев металла резервуара, потери тепла через крышу и стенку, затраты тепла на разогрев осадка.
При этом учитывается следующее:
- температура окружающей среды, оС+18 и выше;
- температура теплоносителя, подаваемого на разогрев, °С - 90-100;
- температура разогретого осадка, °С - 50-60;
- высота осадка, см - 40-50.
Указанные значения параметров приняты из следующих соображений.
Разогрев резервуаров при температуре окружающей среды ниже +18о С производить нецелесообразно, т.к. значительные тепловые потери в воздух приводят к повышению вязкости осадка, используемый при зачистке фекальный насос при вязкости выше 12 см/сек. не может забрать остаток.
Также температура разогретого осадка не может быть ниже 50-60оС, т.к. ниже 50оС вязкость осадков будет более 12 см/сек. Здесь под осадками понимаются донные остатки сырой нефти с содержанием парафина не более 73-76 % и мазута [3].
Высота осадка берется 40-50 см. Это тот осадок, который остается в резервуаре после откачки основной массы жидкости подпорными насосами и дополнительной откачки массы зачистными насосами.
Традиционно считается, что наиболее эффективным методом разогрева каких-либо продуктов является циркуляционный. Однако авторами установлено, что нагрев осадка до необходимой температуры можно осуществить значительно быстрее, если все необходимое тепло подвести сразу. Дело в том, что при циркуляционном подогреве значительное количество теплоносителя вовлекается в откачиваемую массу, не успевая отдать свое тепло осадку.
Также установлено, что в этих условиях осадок способен эффективно прогреваться лишь в первые 8-10 ч, в последствии темп нагревания уменьшается, температура теплоносителя падает.
Таким образом, обнаружено новое свойство исходной системы - способность осадка эффективно прогреваться лишь в первые 8-10 часов.
Способ осуществляется следующим образом.
Были рассмотрены различные по вязкости остатки и выделены наиболее вязкие из них - это остатки после мазута и нефти с содержанием парафина 76%. Температура, при которой этот осадок может забираться фекальным насосом (т.е. температура, при которой вязкость 10-12 стоксов) составляет 50-60 °С.
При температуре воздуха не ниже 18-20 °С после основной массы жидкости из резервуара и откачке части остатков с помощью зачистных насосов приступают к осуществлению предлагаемого способа.
В резервуаре замеряют высоту осадка hос, отбирают пробу для определения плотности осадка γос, определяют температуру Тс и плотность теплоносителя γгор (нефти, нефтепродукта). Коэффициенты теплоемкости осадка и теплоносителя Сос, Сгор рассчитывают по формулам [4], ос определяют К, определяют количество теплоносителя
nR 2h . В резервуар закачивают теплоноситель в количестве nR 2h при температуре 90 °С и выдерживают в резервуаре 8-10 ч.
После этого производят перемешивание теплоносителя и нефти с помощью винтовых мешалок, размывающих сопел или перекачкой насосом на себя. Перемешанную массу удаляют подпорным насосом, затем зачистным насосом и наконец фекальным или поршневым насосом. В случае слежавшихся осадков описанный способ при необходимости повторяется.
В табл. 1 представлены результаты расчетов для различных исходных условий (температура окружающего воздуха, температура теплоносителя, вязкость осадка после разогрева и перемешивания кратность соотношения теплоносителя и осадка, время выдержки).
Таблица 1. Результаты расчетов для различных исходных условий
|
Емкость резервуара, м |
Температура теплоносите- ля Тс, °С |
Температура воздуха То, °С |
Кратность отношения теплоносителя к остатку n |
Продолжи- тельность выдержки τ, ч |
Средняя температура остатка после подогрева и перемеш. |
Вязкость смеси, см /с |
Примечание |
|
20000 |
100 |
+20 |
-4-3 |
-10-8 |
56 |
10-12 |
Остатки могут быть откачены Остатки откач-тся частично Остатки не откач-тся |
|
+18 |
-4-3 |
-10-8 |
54-52 |
8-19 |
|||
|
+15 |
-4-3 |
-10-8 |
51-49 |
20-23 |
|||
|
20000 |
90 |
+20 |
-4-3 |
-10-8 |
52-53 |
19-20 |
Остатки откачиваются частично Остатки не откач-тся Остатки не откач-тся |
|
+18 |
-4-3 |
-10-8 |
48-46 |
26-26 |
|||
|
+15 |
-4-3 |
-10-8 |
45-43 |
32-50 |
|||
|
20000 |
80 |
+20 |
-4-3 |
-10-8 |
30 |
250 |
Остатки не откач-тся Остатки не откач-тся Остатки не откач-тся |
|
+18 |
-4-3 |
-10-8 |
28-26 |
300 |
|||
|
+15 |
-4-3 |
-10-8 |
25-23 |
400-500 |
|||
|
20000 |
100 |
+20 |
-4-3 |
7-6 |
Перемеш. |
Остатки не откач-тся Остатки откач-тся Остатки откач-тся Остатки откач-тся |
|
|
не |
|||||||
|
+20 |
-4-3 |
12-11 |
выполн-ся |
ниже 10 |
|||
|
+20 |
2-1 |
7-6 |
63-60 |
25,5- |
|||
|
1000 |
|||||||
|
+20 |
2-1 |
12-11 |
47-20 |
250-1000 |
|
26-20 |
Расчеты выполнены для резервуара РВС-20000 при температурах воздуха +20, +18, +15 °С и температуре теплоносителя 100, 90, 80 °С. Продолжительность выдержки осадков под слоем теплоносителя составила 8-10 часов (см. табл. 1).
Вязкость осадка после прогрева определялась в зависимости от средней температуры по номограмме [3]. Кратность отношения теплоносителя к осадку составляла 3÷4 для резервуаров емкостью 20000 м3. Для резервуаров другой емкости кратность отношения теплоносителя к осадку определяется по формуле.
Оказалось, что независимые от продолжительности выдержки остатка под слоем теплоносителя, температура в слое осадка эффективно прогревается только в первые 8-10 ч, потом температура нагрева падает. Стабильную температуру обеспечивает определенное количество теплоносителя (см. табл. 1): так для температуры теплоносителя 100 °С, температуры окружающей среды +20 °С это и кратное количество величины осадка. Меньшее количество теплоносителя не обеспечивает компенсацию тепловых потерь на прогрев металла РВС, потерь тепла в воздух, на прогрев осадка. Большее количество экономически не выгодно.
Рассмотрен случай, когда в РВС 20000 температура теплоносителя 4-3, а продолжительность выдержки под слоем теплоносителя 7-6 ч. За 6 ч будет прогрето до 60 °С только 7 см осадка (см. рис. 2.3, 2.4, 2.5), остальной осадок 43÷33 см остается не разогретым. При перемешивании теплоносителя и осадка значительная часть осадка не будет вовлечена в перемешивание и при откачке смеси не менее 20 см осадка останется на днище резервуара. При продолжительности прогрева под слоем теплоносителя 11÷12 часов (условия те же), средняя температура смеси составит 63÷60 °С, вязкость осадка и теплоносителя после перемешивания будет ниже 10 см2/с. смесь может быть откачена фекальным насосом. Однако в связи с увеличением времени выдержка под слоем теплоносителя часть тепловой энергии теряется в атмосферу, а температура смеси оказывается излишне высокой. Были рассмотрены варианты, когда кратность отношения теплоносителя к осадку составляет 2-1 при продолжительности выдержки под слоем теплоносителя 7-6 ч и 11-12 ч. Оказалось, что количество кратности 1 не обеспечивает прогрев осадка - поступающее количество тепла идет только на компенсацию тепловых потерь в воздух. Действительно поступает вместе с теплоносителем 23,7·106 ккал. Потери тепла в воздух составят 19,7·106-23·106 ккал. Для n=2 и выдержки под слоем теплоносителя 7-6 ч, поступает тепло в количестве 47,5·106 ккал, компенсируется потери в воздух, часть тепла идет на прогрев осадка, однако температура смеси теплоносителя и осадка не будет более 47 °С, вязкость смеси при этом будет не менее 25,5 см2/с, т.к. фекальный насос берет жидкость с вязкостью 10-12 см2/с, то осадки откачать нет возможности.
Для n=2 и выдержке под слоем теплоносителя 11-12 часов температура такая же. Потери тепла в воздух составят 36-39·106 ккал (в связи с увеличением времени выдержки под слоем теплоносителя). Температура смеси теплоносителя и осадка будет не выше 28° С, осадки откачать невозможно.
Откачка разогретого осадка обеспечивается фекальным насосом при температуре жидкости 50- 60° С, что достигается при температуре теплоносителя выше 90 °С и при температуре окружающей среды 18-20° С. Может ли большое количество теплоносителя обеспечить прогрев осадка при более низкой температуре воздуха? Проведенное исследование дает возможность утверждать: через поверхность контакта теплоносителя и подогреваемого слоя за 8-10 ч может пройти только определенное количество тепла, определяемое коэффициентом температуропроводности и толщиной слоя.
Анализ позволил определить условия разогрева осадка под слоем теплоносителя.
Таким образом, предлагаемый способ является перспективным и позволяет значительно сократить время очистки резервуаров; определить энергозатраты на процесс очистки; исключить накопление статического электричества и тем самым повысить безопасность процесса.
Выводы
- Выдержка под слоем теплоносителя в течение 6-7 часов позволит наиболее эффективно использовать тепловую энергию теплоносителя, т.к. через 6-7 часов температура теплоносителя значительно снижается на (30-40 оС) и темп подогрева осадков падает.
- Одним из отличительных признаков заявленного способа является разогрев осадка путем задержки его над слоем теплоносителя в течение 8-10 часов при температуре воздуха не ниже 18- 20 °С.
- Предлагаемый способ позволяет значительно сократить время очистки резервуаров; определить энергозатраты на процесс очистки; исключить накопление статического электричества и тем самым повысить безопасность процесса.
ЛИТЕРАТУРА
- Стулов Т.Т. и др. Железобетонные резервуары для нефти и нефтепродуктов. М.: Недра.–1968.–С. 233–234. 2. Заявка № 58–30398 Япония. Заявл. 17.08. 81; № 56–129743; Опубл. 22.02.83.
- Садуева Г.Х., Бронштейн И.С. Зачистка днища резервуаров от донных отложений с помощью теплоносителя. / Международная специализированная выставка «Нефть. Газ. Технологии – 2004» г. Уфа. Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности объектов трубопроводного транспорта углеводородного сырья.– С.117–119.
- Тугунов П.И., Новоселов В.Ф. Типовые расчеты при проектировании и эксплуатации нефтебаз и нефтепродуктов. М.: Недра.– 1981.