XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

Введение

Нефтяная промышленность является очень важной отраслью, от ее состояния зависит развитие всей экономики государства. Нефть является одним из самых важных видов сырья для многих отраслей народного хозяйства. Она служит исходным материалом для получения горюче-смазочных и синтетических материалов, многочисленных химических продуктов.

Главные требования, предъявляемые к системам нефтеснабжения — надежность и бесперебойность доставки нефти потребителям при безопасной и экономичной работе всех технологических сооружений. Выполнение этих требований в полной мере возможно только при высоком уровне автоматизации.

Автоматизация нефтяной промышленности в целом (и резервуарных парков в частности) не только освобождает человека от большого количества трудного и повторяющегося физического труда, но и обеспечивает работу производства с такой скоростью, точностью, надежностью и экономичностью, которые человек свои непосредственным участием обеспечить не может.

Наиболее высокая эффективность работы резервуарного парка может быть достигнута при автоматизированном управлении процессом перегонки нефти через парк в оптимальном режиме.

Под оптимальным автоматизированным управлением резервуарным парком понимается функционирование объекта с автоматизированным выбором такого технологического режима, при котором обеспечивается наибольшая пропускная способность парка с наилучшим использованием энергетических ресурсов.

Для этого был изучен парк и процессы, протекающие в нем, охарактеризован парк как объект управления, определена степень влияния его параметров на выходные показатели объекта.

В качестве метода исследования процесса перегонки нефти через резервуарный парк, позволяющим реализовать его при помощи современных средств вычислительной техники, отыскать оптимальные режимы ведения и условия управления процессом, был выбран метод математического моделирования, который заключается в установлении зависимостей между входными и выходными параметрами объекта.

Математическая модель, выбранная в данной работе для описания процесса распределения нефтепродуктов, поступающих из нефтепровода, по отдельным резервуарам парка, отражает процесс перегонки нефти через парк, его характерные особенности и призвана решить задачу создания системы оптимального управления парком.

1АСУ ТП в нефтяной отрасли.

Создание систем автоматизации промышленных объектов, например, резервуарных парков, нефтебаз, теплоснабжающих и газоснабжающих объектов и др. Автоматизированные системы управления АСУ ТП, внедренные на различных промышленных объектах, выполняют информационные и управляющие функции, объединяя в себе все этапы и уровни производственного процесса.

В составе работ по созданию систем АСУ ТП мы выполняем:

проектирование автоматизированных систем управления технологическими процессами на предприятиях нефтегазовой отрасли;

разработку проектной и рабочей документации систем АСУ ТП;

производство технических средств для аппаратного оснащения системы АСУ ТП;

внедрение автоматизированной системы управления, в т.ч. сборка, монтаж и программирование;

пусконаладку систем АСУ ТП на промышленных объектах в соответствии с разработанными алгоритмами управления.

Системы АСУ ТП могут иметь различную степень автоматизации в зависимости от технических условий на промышленных объектах, начиная с частичной автоматизации определенных технологических этапов и заканчивая полной автоматизацией объекта и его дистанционным управлением.

Автоматизированные системы АСУ ТП в промышленности и на производствах выполняют комплекс информационных и управленческих функций, среди которых:

измерение параметров работы оборудования;

сбор и мониторинг технико-эксплуатационных параметров;

защита оборудования при возникновении внештатных ситуаций;

анализ работы оборудования с последующим выбором алгоритма управленческого действия;

регистрация, учет и формирование отчетов по всем действиям системы;

обнаружение отказов оборудования и т.д. [1]

2Основные условия хранения нефтепродуктов

Для каждого резервуара требуется оформление технологического паспорта. В нем должно быть указано:

индивидуальный номер емкости;

объем (в м3);

допустимый уровень нефти в таре (в см);

максимальная температура подогрева топлива (в градусах);

количество клапанов;

срок хранения.

Каждая цистерна, используемая для хранения нефтепродукта, должна проходить регулярную очистку и обновление защитного покрытия.

Требования к устройству хранилищ

Для сохранения надлежащего качества нефтяных энергоресурсов необходимо обеспечить соответствующие условия размещения сырья на период его размещения. Существует ряд требований к обустройству нефтебаз и проведению манипуляций с тарой.

Основные технические условия, которым должен соответствовать склад:

помещения должны содержаться в чистоте;

недопустимо превышение уровня влажности;

необходима систематизация расположения стеллажей;

требуется обеспечить свободный доступ транспортной технике к таре;

погрузо-разгрузочные работы должны осуществляться с привлечением специальной техники.

Нефтепродукты хранятся в специальных баках и бидонах. Тару ставят на поддоны или стеллажи. Строгих требований к месту размещения емкостей нет. Их можно расположить как в крытых складских помещениях, так и под навесом или на специально оснащенной площадке под открытым небом. В этом случае тару нужно закрыть брезентом, чтобы исключить прямое попадание солнечных лучей и осадков.

Отдельное внимание необходимо уделить исправности конструкции емкостей. Обязательно наличие крышек без каких-либо повреждений. Принимать на хранение тару с неисправными заслонками категорически запрещено.

На складах длительного хранения должны быть соблюдены следующие требования к оснащению помещения:

Окна необходимо укрепить металлическими решетками. Стекло следует покрыть белой краской в случае угрозы попадания лучей солнца на емкости.

Пол требуется обработать специальным негорючим составом. Конфигурация напольного покрытия должна предусматривать наличие специальных уклонов для стока в случае разлива сырья.

В каждом помещении должна быть установлена система вентиляции.

Нефтепродукты обладают высокой чувствительностью к попаданию примесей и посторонних веществ. При нарушении правил хранения возрастает вероятность порчи топлива и снижения его качественных характеристик.

Пожарная безопасность

Нефтепродукты относятся к сырью с высоким уровнем пожаро- и взрывоопасности.

Для предотвращения чрезвычайных ситуаций необходимо:

создать условия, минимизирующие возможность возгорания;

исключить риск появления открытого огня;

не допускать образование электрических разрядов вблизи хранения нефтепродуктов;

использовать максимальное колличество защитных систем и механизмов.

Обеспечение безопасности является одним из приоритетных направлений при организации хранения нефтяных продуктов.[2]

2.1Общие сведения о резервуарах

На резервуарах устанавливается следующее оборудование: — люк-лаз на нижнем поясе резервуара для внутреннего осмотра, ремонта и очистки резервуара;

—  световой люк на крышке резервуара для его проветривания и освещения;

—  замерный люк для контрольного замера уровня жидкости в резервуаре и взятия проб на исследование при выходе из стоя автоматического уровнемера и пробоотборника;

—  уровнемер;

—  пробоотборник;

—  хлопушка;

—  огневой предохранитель, предотвращающий попадание огня или искры в ГП резервуара;

—  пенокамера для тушения возникшего в резервуаре пожара;

—  шарнирная подъемная труба для откачки нефти с различных уровней резервуара;

—  дыхательный и предохранительный клапаны для защиты резервуара от аварий при сливно-наливных операциях и сокращения потерь легких фракций нефти.

Рассмотрим работу основного оборудования резервуара.

Хлопушка предназначена для предотвращения потерь нефти при разрыве трубопровода или выходе из строя резервуарной задвижки. Она состоит из корпуса с наклонным срезом и плотно прилегающей к нему крышкой, соединенной с корпусом рычажным механизмом.

Дыхательный клапан предназначен для регулирования давления газовоздушных паров в резервуаре в процессе подачи или отбора нефти, а также при колебании температуры в течение суток. При повышении давления внутри резервуара клапан поднимается, и лишний газ выходит наружу, а при понижении давления внутри резервуара открывается клапан и в резервуар поступает воздух. Клапан регулируется на определенное давление, открываясь и закрываясь только тогда, когда давление или разряжение внутри резервуара достигнет определенной величины.

Предохранительный гидравлический клапан служит для регулирования давления газовоздушных паров в резервуаре при неисправности дыхательного клапана или если его сечение окажется недостаточным для быстрого пропуска газов или воздуха. [3]

2.2Классификация и виды резервуаров для нефтепродуктов

Резервуары и емкости необходимы везде, где существует потребность в хранении и транспортировке нефтепродуктов, опасность возникновения аварийных разливов и утечек:

на месторождениях нефти;

на промежуточных станциях по перекачиванию и нефтепроводах;

на нефтеперерабатывающих заводах, нефтехимических предприятиях;

по месту аварийных ситуаций.

Климатические, производственные условия, технические характеристики нефтепродуктов сильно разнятся: в каждом конкретном случае используются определенные виды резервуаров для хранения нефтепродуктов. Классификация проводится по различным критериям. Самые основные – класс опасности и объем:

К 1 классу (особой опасности) относят резервуары-сооружения, объем которых составляет 10 000 м³ и более, а также конструкции вместительностью более 5000 м³, расположенные в городских зонах, на берегах морей, рек, водоемов.

2 класс (повышенной опасности) – это хранилища с объемом 5 000 – 10 000 м³;

К 3 классу опасности относят резервуары для хранения нефти и нефтепродуктов вместимостью от 100 до 5 000 м³.

Далее следуют:

Расположение. Отмечают наземные, полуподземные, подземные, подводные сооружения и хранилища, расположенные в каменных, грунтовых, ледяных шахтах и т.д.

Конструкция. Выделяют каркасные сооружения и мягкие емкости.

Рисунок 1 – Конструкция резервуара.

Материалы, используемые для изготовления. Это – металлы и неметаллы, пластик, стеклопластик, резиновые ткани и т.п.

Форма корпуса. Различают цилиндрические, сферические, каплевидные емкости.

Вариант устройства крыши. Существуют резервуары с плавающей и стационарной крышей; с понтоном и без понтона.

Способы расположения резервуаров для нефти.

Рисунок 2 – Способы расположения резервуаров для нефти.

Подводные. Считаются более эффективными, чем береговые аналоги. Организация подводного хранилища основана на эффекте от разницы плотности двух сред: водной и нефтяной. Нефть располагают на водяной «подушке» в специальных баках.

У подводных резервуаров, напоминающих по форме колокола, часто отсутствует днище.

Изготавливают изделия из металлов и неметаллов, пластичных и эластичных материалов.

Заполняют с помощью насосов, опорожняют, используя действие гидростатического давления воды.

Закрепляют на дне водоемов с помощью якорей.

Применяют на морских базах и нефтепромыслах.

Подземные. Резервуары погружают в грунт и для обеспечения безопасности заливают бетонной смесью. Устройство хранилищ проводится с учетом влажности грунта, которая является дополнительной защитой емкостей.

Среди основных преимуществ подземных конструкций:

комфортная эксплуатация;

эргономичность;

устойчивость к перепадам суточных температур;

возможность размещения в сейсмически опасных регионах.

К наиболее востребованным относят двустенные модели с защитной внешней колбой. Расстояние между стенками в 4 мм заполняется газом или жидкостью. Резервуары надежно герметизируются. За состоянием межстенной полости осуществляется контроль, гарантирующий исключение аварийных ситуаций.

Солевые. Размещаются на глубине 100 м и ниже, используются для хранения топлива. Формируются через скважины путем выщелачивания (размыва соли водой). Для опорожнения хранилища закачивают концентрированный солевой состав.

Формы резервуаров для нефтепродуктов.

Рисунок 3 – Формы резервуаров для нефтепродуктов.

Формы резервуаров, выделяют 3 самых ходовых варианта:

Цилиндрические стальные сооружения – самый востребованный вариант, отличается несложным процессом изготовления и легким монтажом.

Сферические резервуары. Их успешно применяют на химических производствах. Конструкция резервуара для нефтепродуктов состоит из отдельных стальных листов 25 – 30 мм толщиной, шарообразно сваренных или свальцованных. Устанавливаются конструкции на ж/б фундаменте.

Каплевидные хранилища формируют на месте монтажа из деталей, изготовленных в виде лепестков. [4]

3 Прием, хранение нефтепродуктов и их отпуск

Технология слива и налива сырья на нефтебазах определяется в зависимости от ряда факторов:

тип транспортировки;

климат;

интенсивность и регулярность выполнения работ по сливу и наливу;

состав и свойства конкретного нефтепродукта.

Перевозка жидкого топлива может быть осуществлена следующим видом транспорта:

трубопроводным;

автомобильным;

железнодорожным:

речным;

морским.

Прием и отпуск сырья на нефтебазах выполняется с привлечением специального оборудования:

налив сырья в цистерны при перевозке по железной дороге осуществляется на специальных помостах через сливоналивные установки;

в суда при транспортировке по морю или реке – через причальные сооружения;

в автоцистерны – через специальные станции налива, автомобильные эстакады;

в баки и бидоны – через разливочные установки.

Также допустим налив сырья по отводам от магистральных нефтепроводов.

При нарушении правил сливоналивных работ возможна порча или утрата топлива. Все операции по приему и отпуску нефтепродуктов подлежат строгому контролю.[5]

Заключение

Автоматизация промышленных объектов как с нуля, так и при модернизации уже существующих схем позволяет минимизировать человеческий фактор, что ведет к увеличению точности выполнения процессов, снижению рисков возникновения аварийных ситуаций из-за ошибок. Кроме этого, создание на объектах эффективных схем автоматизированного управления включает внедрение систем учета и мониторинга, что повышает безопасность объекта, регистрируя превышение допустимых эксплуатационных параметров и информируя об этом операторов.

Внедрение АСУ ТП на объектах ведет к увеличению технико-экономических показателей, улучшению качества администрирования и дистанционного контроля, повышает технологичность и безопасность процессов.

Соблюдение данных правил обеспечит сохранность энергоресурсов:

необходимо осуществлять своевременную диагностику состояния емкостей;

при наличии повреждений немедленно вывести тару из эксплуатации;

минимизировать вероятность разгерметизации бункерного оборудования;

контролировать плотность прилегания муфт и клапанов;

избегать перелива нефти;

исключить попадание пыли, осадков и любых примесей.

Выполнение описанных действий позволит избежать потери сырья из-за перегрева и образования испарений:

необходимо обеспечить полную герметичность крышки бункерного оборудования;

поддерживать давление в таре на разрешенном уровне, без превышений;

нанести светлую краску на поверхность емкости для отражения солнечных лучей;

в случае хранения на открытой площадке выбрать место с естественным затенением;

провести теплоизоляцию цистерн.

Список литературы

“Автоматизация объектов нефтегазовой отрасли” URL: https://ngirf.ru/katalog_uslug/avtomatizatsija/ (дата обращения: 14.12.20).

“Как хранить нефть и нефтепродукты” URL: https://fabricators.ru/article/kak-hranit-neft-i-nefteprodukty (дата обращения: 14.12.20).

 “Автоматизация резервуарного парка нефтеперекачивающей станции” URL: https://kazaksha.info/kurstykjumystar/автоматизации-резервуарного-парка-н/ (дата обращения: 14.12.20).

“Виды, устройство и характеристики резервуаров для нефтепродуктов” URL: https://northsea.ru/vidy-ustrojstvo-i-harakteristiki-rezervuarov-dlja-nefteproduktov.html(дата обращения: 14.12.20).

Автоматизация и телемеханика магистральных нефтепроводов / Под ред. А. И. Владимирского. — М: Недра. 1985. (дата обращения: 14.12.20).

Код для цитирования: Скопировать