XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Развитие транспорта увязывают со значительным потреблением нефтегазового сырья. Некоторые отрасли потребляют порядка 200 сортов нефтепродуктов в таком виде, как топливо и масла. Безостановочная работа всех отраслей промышленности зависима от своевременности поставки нефтепродуктов.

Доставку и распределение нефтепродуктов осуществляют разнообразным транспортом, включая также сеть нефтебаз, газохранилищ, раздаточных станций.

Каждым видом транспорта пользуются в случае действия таких факторов:

инфраструктура транспортных путей,

объём перевозок,

характер нефтегрузов,

расположение нефтепромыслов, нефтеперерабатывающих заводов, нефтебаз и основных потребителей.

При выборе вида транспорта преследуют цель: минимальные затраты –сокращение сроков доставки нефти и нефтепродуктов.

Цель данной статьи – исследовать основные способы слива нефтепродуктов. Необходимо решить ряд задач:

– исследовать с основными способами слива нефтепродуктов;

– ознакомиться с видами насосных станций.

В процессе транспортировки узловую роль играет перевалка нефтепродуктов (организация слива/налива). Рассмотрим пример как это происходит на железнодорожном транспорте. Слив нефтепродуктов из железнодорожных цистерн производят посредством сливного прибора, который располагается либо в нижней части цистерны (так называемый нижний слив нефтепродуктов). Если нижний слив неисправен, то используют горловину цистерны (верхний слив). На рисунке 1 показан пример верхнего и нижнего слива.

1– вентиль; 2 – поворотное устройство с сальниковой набивкой; 3 –опорная стойка; 4 – хомут; 5 – стопор–ограничитель; 6 – косынка; 7 – стояк; 8–соединение шланга со стояком; 9 – шланг (рукав); 10 – наконечник; 11 –установка нижнего слива; 12 – зачистной трубопровод

Рисунок 1– Сливо–наливной стояк для верхнего и нижнего слива и налива нефтепродуктов

При использовании способа открытого самотечного слива нефтепродукты через сливной прибор, расположенный внизу цистерны, посредством сливных лотков доставляются в центральный желоб. Далее, из него через трубопровод нефтепродукты стекают в «нулевой» приемный резервуар, который располагается ниже земной поверхности. Поскольку при использовании такого способа возможны потери в результате процесса испарения, он применяется только для слива нефтепродуктов с низкой испаряемостью.

Один из вариантов такой схемы – межрельсовый слив, при котором центральный желоб расположен сразу под цистерной, что позволяет обойтись без переносных желобов. Схема межрельсового слива показана на рисунке 2.

Основным недостатком перечисленных способов является возможное загрязнение сливаемых нефтепродуктов.

1–межрельсовый желоб; 2–сливное устройство; 3–канализационный лоток; 4–цистерна; 5–железобетонный нулевой резервуар; 6–паровые змеевики; 7–насос; 8–резервуар

Рисунок 2–Межрельсовый слив темных нефтепродуктов

Чтобы устранить этот недостаток, используют способ закрытого самотечного слива. Схема закрытого самотечного слива на рисунке 3.

Его отличие – вместо желобов к нижнему сливному прибору подсоединяют либо гибкий рукав, либо трубу с шарнирным сочленением. Функцию центрального желоба в этом случае выполняет трубопровод–коллектор. Такую схему слива можно использовать и для бензина различных фракций, поскольку потери от испарения здесь сведены к минимуму. Сифонный самотечный слив выполняется через горловину. Его применение возможно при одном условии, если уровень расположения приемного резервуара ниже, чем уровень сливаемой цистерны. Движение сливаемого продукта обеспечивает вакуум, создаваемый в стояке вакуумным насосом. Чтобы избежать разрыва струи, который может привести к срыву сифона, давление не должно быть ниже, чем давление упругости, создаваемое парами нефтепродукта.

Основной недостаток этого способа низкая производительность. Быстрее всего слив нефтепродуктов осуществляется способом принудительного нижнего слива, где используют специальный насос, находящийся в нижнем сливном приборе цистерны, и система труб с шарнирными сочленениями. Принудительный слив может быть и верхним. Он происходит через горловину специальными сливными стояками. Начало движения продукта обеспечивается вакуумным насосом, а затем подключается другой насос, который и закачивает нефтепродукт в приёмный резервуар. Одним из вариантов такого слива –эжекторный, который применяется в основном для светлых нефтепродуктов.

1 – сливное устройство; 2 – рукава для подачи пара и отвода конденсата; 3 – коллектор пара; 4 – откидной мостик; 5 – рукав для зачистки; 6–сливной рукав; 7 – подъемно–поворотное устройство; 8 и 9 – рамы; 10 – укосина; 11–аппарат гидравлического размыва; 12 – лебедка; 13 – плита; 14 – коллектор подогретой нефти; 15 – коллектор конденсата; 16 – труба нижнего слива дизельного топлива; 17 – труба слива нефти; 18 – труба верхнего слива дизельного топлива.

Рисунок 3–Схема закрытого самотечного слива

При операциях по сливу и наливу всех видов нефтепродуктов, кроме мазутов, у которых температура вспышки от 120^◦С и ниже, необходимо применять сливные и наливные устройства закрытого типа. Применение открытых типов таких устройств допустимо при перевалке мазутов и продуктов, у которых температура вспышки выше, чем  120^◦С. Устройства слива открытым самотечным способом для нефтепродуктов, имеющих высокую вязкость и высокий уровень застываемости, подразумевают пользоваться специальными сливными лотками, которые состоят из наружних и внутренних стенок, и образуют так называемую паровую рубашку. Пар впускается через особый патрубок, а конденсат отводится посредством штуцера и шланга.

Использование межрельсового способа слива при разгрузке нефтепродуктов с высокой вязкостью подразумевает применение установок нижнего слива типа СПГ–200. Двусторонний открытый самотечный слив производится в желоб, расположенный в межпутевом пространстве. Если сливаются несколько видов высоковязких нефтепродуктов, этот желоб делится на несколько отсеков, и от каждого из них отходит свой трубопровод к «нулевому» резервуару, оборудованному специальным фильтром. Эстакада оборудована паропроводом с пароразводящими трубами.

При межрельсовом способе слива нефтепродукт из желоба поступает в сборный колодец. После этого, пройдя через решетку, он посредством сливного желоба доставляется в «нулевой» резервуар.

В случае применения обоих способов считается целесообразным использование специальных желобов–коллекторов с паровой рубашкой. Это дает возможность подогревать высоковязкие виды нефтепродуктов, вследствие чего на станках желобов не образуются постоянно утолщающиеся корки. При герметизированном сливе/наливе применяются специальные установки, оборудованные трубами с шарнирными сочленениями. Для слива/налива светлых нефтепродуктов применяют установки как без пароподогрева (УСН–150; УСН–175; УСН–200), так и оборудованные пароподогревом (УСН–150Пп; УСН–175Пп; УСН–200Пп). Они присоединяются к сливному устройству цистерны. Все детали таких установок, которые находятся в непосредственном контакте с патрубками цистерны, искробезопасны. Рисунок 4 вид установки для нижнего слива УСН–150.

УСН бывают с четырьмя и пятью шарнирами. Пятишарнирные установки с пароподогревом (УСН–150/5Пп; УСН–175/5Пп; УСН–200/5Пп) дают возможность исправлять возможное отклонение оси устройства от строго вертикального положения. Это позволяет значительно повысить герметичность в месте присоединения УСН к сливному устройству цистерны.

Рисунок 4–УСН–150 для нижнего слива нефти и нефтепродуктов

Устройство верхнего налива нефтепродуктов и их слива представляет собой сливоналивной стояк, оборудованный ручным насосом. Такие конструкции, как правило, используются на распределительной нефтяной базе небольшого размера и служат для работы с одиночными цистернами. Промежуток между стояками составляет четыре метра, что дает возможность обслуживать разные типы цистерн и не требует переформировывать составы.

Представим виды насосных станций. Насосная станция представляется как единый комплекс, включающий насосное и вспомогательное оборудование. В состав насосной станции входят основные и вспомогательные (подпорные, резервные и т.п.) насосы, сеть технологических трубопроводов, запорная арматура и узлы переключения. Мощные насосные станции, в которых насосная система выделяется в самостоятельный цех, дополнительно включают объекты водоснабжения и канализации, пожарной защиты, электроподстанцию и др. Номенклатура и технические характеристики оборудования насосной станции зависят от вида перемещаемого продукта и функционального назначения станции.

Насосные станции бывают стационарными (размещаются на открытых площадках или в промышленных зданиях), передвижными (монтируются на шасси автомобилей, прицепов и полуприцепов и др.) и плавучими. Для ускорения строительства насосной станции применяют блочно–комплектные (блочно–модульные) конструкции.

На рисунке 5 и 6 показан пример блочно–модульной насосной станции.

Рисунок 5 – Блочно–модульная насосная станция

Рисунок 6 – Блочно–модульная насосная станция

На рисунке 7 показана передвижная насосная установка ПНУ–2 на базе Камаз.

Рисунок 7 – Передвижная насосная установка ПНУ–2 на базе автомобиля «Камаз»

На рисунке 8 показана плавучая насосная станция.

В этом случае всё оборудование, технологические установки и аппаратура компонуются в виде блоков, блок–боксов и блок–контейнеров, которые собирают на сборочно–комплектовочных базах строительных организаций, испытывают и доставляют на площадки.

В нефтяной промышленности насосные станции используются при заводнении нефтяных пластов (в целях поддержания пластового давления в залежи), а также при хранении и транспортировании нефти и нефтепродуктов. В первом случае для закачки воды в пласт применяют кустовые насосные станции (KHC). Станции оснащены в основном центробежными насосами с электрическим приводом (за рубежом распространены также насосы с приводом от газовых турбин), а также поршневыми насосами. Источниками водоснабжения KHC являются поверхностные водоисточники, водоносные пласты (через водозаборные скважины) и сточные воды нефтепромыслов. Перед поступлением на KHC вода проходит систему водоподготовки. Закачка в продуктивный пласт сточных вод требует коррозионно–стойкого исполнения оборудования KHC. Давление нагнетания KHC достигает 20 МПа. Современные блочные KHC (БКНС) монтируются из крупных блоков полной заводской готовности.

Рисунок 8 – Плавучая насосная станция

Насосные станции нефтебаз и нефтехранилищ осуществляют слив или налив нефтяных резервуаров, автоцистерн, танкеров и др. По роду перекачиваемых нефтепродуктов насосные станции подразделяются на станции для перекачивания тёмных, светлых и смешанных нефтепродуктов; по типу основных двигателей на паровые, электрические, дизельные и т.п. На станциях применяются в основном центробежные, поршневые, роторные и винтовые насосы. Стационарные насосные станции выполняются надземными, полуподземными и подземными. Заглубление и местоположение станции обусловливается обеспечением нормального всасывания насосов. Передвижные насосные станции служат для перекачки нефтепродуктов на временных складах горючего, мелких нефтебазах с однониточной системой трубопроводов, для временной замены вышедших из строя стационарных насосных станций, сбора разлившегося нефтепродукта, заправки транспорта и др. Плавучие насосные станции применяются для выполнения технологических операций на прибрежных нефтебазах (расположенных на реках, озёрах и морях, уровень воды которых подвержен сильным колебаниям) и судах.

Сооружаются станции трёх типов:

перекачивающие,

зачистные,

бункеровочные.

Первые предназначаются для перемещения основной массы нефтепродуктов, зачистные – для освобождения судов от остатков нефтепродуктов и полной зачистки танков, бункеровочные – производят заправку судов жидким топливом и маслами, а также могут одновременно служить хранилищем топлив и масел.

Насосные станции магистральных трубопроводов обеспечивают транспортирование нефти и нефтепродуктов. Различают головные и промежуточные насосные станции, расположение которых на трассе определяется гидравлическим расчётом. Головные насосные станции, а также промежуточные, находящиеся в начале эксплуатационных участков, снабжаются резервуарными парками, предназначенными для обеспечения бесперебойной работы трубопроводов. Насосные станции оборудуют магистральными насосами. Соединение насосов последовательное, реже параллельное и последовательно–параллельное. В качестве привода применяют газовые турбины со свободнопоршневыми генераторами газа, стационарные газовые турбины, двигатели внутреннего сгорания (дизели) и электродвигатели.

При гидро–механизированной разработке месторождений твёрдых полезных ископаемых насосные станции обеспечивают подачу воды к забойным агрегатам, осуществляющим размыв (отбойку) горной породы, а также в систему гидротранспорта. При открытых разработках насосные станции монтируются с водозабором из рек, водохранилищ, прудка гидроотвала, на гидрошахтах с водозабором из резервуаров осветлённой воды на поверхности. Насосные станции делят:

на основные (для подачи воды к забойным агрегатам);

станции подпитки (для восполнения потерь воды при оборотном водоснабжении),

водозаборные (первая ступень),

станции перекачки (вторая и т.д.),

станции для временной и длительной работы,

стационарные и передвижные (в т.ч. плавучие, применяемые при перекачивании осветлённой воды с гидроотвалов в общую систему водоснабжения, и если наблюдается сильное колебание уровня воды в источнике).

Оборудованы насосные станции, как правило, центробежными насосами, в качестве привода применяют электродвигатели, иногда дизельные двигатели. На насосных станциях высокого давления применяют и плунжерные насосы с электродвигателями.

Работа насосных станций автоматизирована. Предусмотрено дистанционное программно–автоматическое управление отдельными насосными агрегатами с помощью средств телемеханики из операторной или из центрального диспетчерского пункта.

Список литературы

Горная энциклопедия. Насосная станция. [Электронный ресурс] // Режим доступа: http://mining-enc.ru/n/nasosnaya-stanciya/ (дата обращения: 03.12.2019).

POZNAYKA. Сливо-наливные операции. [Электронный ресурс] // Режим доступа: https://poznayka.org/s76933t1.html (дата обращения: 03.12.2019).

Код для цитирования: Скопировать