Введение

Хранение нефти и нефтепродуктов — содержание резервных запасов нефти и нефтепродуктов в условиях, обеспечивающих их количественную и качественную сохранность в течение установленного времени. Предусматривается при необходимости компенсации неравномерности потребления, оперативного и народно-хозяйственного резервирования. Иногда хранение нефти и нефтепродуктов совмещается с другими технологическими операциями(обезвоживание, обессоливание нефти, смешение, подогрев и т.д.). Осуществляется в емкостях на нефтепромыслах, перекачивающих станциях и наливных станциях магистральных нефте- и продуктопроводов, сырьевых и товарных парках нефтеперерабатывающих заводов; в емкостях и мелкой таре на нефтебазах и автозаправочных станциях.

1 Хранение нефти и нефтепродуктов

Складские предприятия для хранения нефти и нефтепродуктов разделяются на самостоятельные и входящие в состав других предприятий. Величина суммарного объема резервуарной емкости хранилища зависит от грузооборота нефти и нефтепродуктов, интенсивности и характера основных технологических операций, назначения и географического расположения объекта. В основу расчета емкости по сортам нефтепродуктов принимается их годовой грузооборот и графики (планы) завоза и вывоза в местной реализации. Объем хранилищ нефти и нефтепродуктов принимают по нормам технологического проектирования, равным несколько суточным производительностям объекта. [3]

Емкости для хранения нефти и нефтепродуктов сооружают из несгораемых материалов в наземном, подземном и полуподземном исполнении. Наибольшее распространение получили наземные вертикальные стальные цилиндрические резервуары (тип PBC), на мелких нефтебазах и АЗС — подземные и наземные горизонтальные цилиндрические резервуары (тип РГС), для хранения нефти и мазута — железобетонные резервуары (тип ЖБР). 
Широко распространены резервуары типа PBC низкого давления со щитовой, конической и сферической кровлей и плоским днищем, так называемые атмосферные. Это в основном типовые резервуары (изготовляются на заводе в виде рулонов, а на месте установки их монтируют на подготовленном фундаменте), рассчитанные на внутреннем избыточное давление до 0,002 МПа и вакуум до 0,00025 МПа; сооружаются объемом 100-120 000 м3. Для нефти и нефтепродуктов с высоким давлением насыщенных паров резервуары оборудуются внутренним понтоном или плавающей крышей вместо стационарной. 

 Резервуары типа РГС в отличие от вертикальных изготовляют, как правило, на заводах объемом 3-100 м3 и поставляют на место установки в готовом виде; используют для хранения различных нефтепродуктов и малых количествах. По сравнению с резервуарами типа PBC они более металлоемки, но хранить нефтепродукты в них можно под высоким избыточным давлением и вакуумом. Типовые резервуары РГС выдерживают избыточное давление до 0,07 МПа и вакуум до 0,001 МПа; их габаритные размеры принимаются с учетом возможности транспортировки в готовом виде железнодорожным транспортом. Резервуары устанавливают под землей на глубину не более 1,2 м от поверхности площадки. При необходимости самотечного отпуска нефтепродукта или когда затруднена подземная установка из-за высокого стояния грунтовых вод, их монтируют на опорах и фундаментах. 

Подземные хранилища предназначены главным образом для больших запасов нефти и нефтепродуктов. В зависимости от схемы устройства и способа сооружения различают ледогрунтовые, шахтные хранилища, подводные нефтехранилища, а также хранилища, создаваемые способом камуфлетного взрыва или сооружаемые в толще каменной соли способом выщелачивания. Минимальную глубину залегания подземных емкостей определяют исходя из геологических условий, физических свойств нефти или нефтепродуктов, давления насыщенных паров. Правильная и безопасная эксплуатация резервуаров и хранилищ обеспечивается специальным оборудованием, монтируемым на них, и поддержанием его в рабочем состоянии в соответствии с правилами технической эксплуатации. Для охраны окружающей среды вокруг хранилищ нефти и              нефтепродуктов организуют санитарно-защитные зоны. [4]

2 Причины изменения качества нефтепродуктов

Нефтепродукты до использования проходят ряд технологических операций в товарных парках, транспорт по нефтепроводам и в цистернах, заправку топливных баков и т.д., при которых происходят различные физические и химические процессы, влияющие на показатели качества топлив и смазочных материалов. Интенсивность этих процессов и, следовательно, глубина изменения качества зависят от целого ряда факторов, которые принято классифицировать на три большие группы: состав нефтепродуктов (углеводородный, фракционный, элементарный и т.д.) и их физико-химические свойства; внешние условия; применяемые материалы технические средств. Более подробно факторы влияющие на показатели качества можно сгруппировать следующим образом:

- Состав нефтепродукта: содержание и структура алканов, циклонов, аренов, непредельных углеводородов, гетероорганических соединений – азотистых, сернистых, кислородных, смолистых веществ и металлоорганических соединений.

- Внешние условия: температура, время, давление, радиация, присутствие микроорганизмов, состав внешней среды, соотношение газовой и жидкой фазы, концентрация кислорода, влажность и запыленность атмосферы.

- Конструкция и материалы технических средств: качество и соотношение поверхности, конструктивные особенности трубопроводов, резервуаров, насосов и др.

В общем случае, процессы протекающие в топливах и смазочных материалах и ухудшающие их качества разделяют на физические и химические.

Физические: это испарение, расслоение, загрязнение механическими примесями, поглощение влаги, смешение с другими нефтепродуктами и веществами, выделение высокоплавких компонентов при охлаждении.

Химические: окисление, конденсация, полимеризация, разложение, коррозия.

Ниже рассмотрим процессы и факторы, оказывающие решающее влияние на качества нефтепродукта и в конечном счете на безотказную работу технических средств.[1]

2.1 Испарение

Обычно под испарением понимают парообразование, происходящее на свободной поверхности жидкости при температуре ниже точки кипения при данном давлении. Если давление насыщенного пара становится равным внешнему давлению или превышает его, то испарение переходит в кипение. Учитывая данное определение можно с уверенностью заметить, что склонность к испарению у таких многокомпонентных жидкостей как нефтепродукты, возрастает с увеличением содержания в них легких углеводородов.

По склонности к испарению и по изменению качества вследствие процессов испарения нефтепродукты располагаются в следующий убывающий ряд; бензин, реактивные топлива, дизельные топлива, газотурбинные топлива, котельные топлива, масла для реактивных двигателей, автомобильные масла, мазуты. Следует заметить, что испаряемость бензинов почти в 1000 раз выше, чем у темных нефтепродуктов, например, таких как дизельные масла, мазут.

В бензинах вследствие потерь легких фракций понижается октановое число, уменьшается содержание бромистого этила – выносителя свинца, повышается температура начала кипения. При этом ухудшаются пусковые свойства топлива и приемистость двигателей, увеличивается нагароотложение и происходит ускорение износа деталей двигателя.

Очень большими могут быть потери от испарения при наличии газового сиропа, когда один конец трубы соединен с паровым пространством, а другой опущен до низа резервуара с внешней стороны и не закрыт, например, при применении пеногонной трубы. Потери опасны еще и тем, что создается видимость герметичного хранения.

Объем потерь нефтепродуктов при хранении в результате малых и больших дыханий зависит от условий работы резервуарных парков. Например, в условиях длительного хранения потери происходят в основном при «малых дыханиях», при увеличении коэффициента сворачиваемости возрастает доля потерь от больших дыханий.

Наличие свободного газового пространства в емкостях также приводит с существенным потерям. Так при заполнении  резервуара на 90%, потери в средней климатической зоне составят 0,3%, на 60% уже на 1,6%, а заполнение всего на 20% способствует увеличению потерь до 10%, причем в южной зоне это значение потерь может составить до 15%. [6]

2.2 Обводнение

Все нефтепродукты непосредственно после получения на заводах содержат очень незначительное количество воды. Причины обводнения многообразны: поглощение влаги из атмосферного воздуха, при хранении, сливо-наливочных операциях, нарушение герметичности систем охлаждения, конденсация паров, смешение нефтепродуктов с подтоварной водой и т.д. Особенно велика возможность обводнения на технологических операциях с применением пара и воды, например, при разогреве мазута острым паром.

Растворимость воды в нефтепродуктах при прочих равных условиях зависит от химического состава, причем максимальная растворимость наблюдается в бензинах. Например, в авиационных бензинах при температуре –10 – +30°С может быть растворено от 0,007 до 0,03% веса воды. В реактивных топливах растворимость воды меньше, еще меньше растворяется вода в дизельных топливах (примерно в 3 раза меньше чем у бензинов и 1,5 раза чем в реактивных топливах). В маслах растворимость воды невелика и составляет около 0,001% вес.

Скорость обводнения существенно зависит от толщины слоя нефтепродукта. При прочих равных условиях скорость насыщения водой уменьшается с увеличением высоты взлива нефтепродуктов. Это объясняется увеличением времени, необходимого для диффузии воды в глубине слоя.

Вода существенно ухудшает качество нефтепродуктов за счет того, что ухудшаются низкотемпературные свойства, повышается вязкость, снижается прокачиваемость и фильтруемость, повышается температура кристаллизации, ухудшаются процессы горения, снижается теплота сгорания и КПД, усиливаются процессы коррозии, увеличивается склонность нефтепродукта к накоплению загрязнений, ухудшаются диэлектрические свойства. [1]

2.3 Образование смол

Образование смолистых веществ и осадков лежит процесс, зависящий от химического состава нефтепродукта, примесей воды и механических примесей, а также от внешних условий, температуры, времени хранения, контакта с металлом и т.д.

Наиболее интенсивно протекают процессы образования смол в топливах, содержащих значительное количество непредельных углеводородов. Более быстрое образование смол в наземных резервуарах (по отношению к полуназемному хранению) объясняют действием солнечной радиации и более интенсивным дыханием резервуаров. Смолообразование ускоряет при увеличении поверхности соприкосновения топлива с воздухом и объема газовой фазы, т.е. степень заполнения резервуара.

В результате процессов окисления в топливах образуются смолы и осадки, ухудшающие эксплуатационные свойства. Смолистые вещества, содержащиеся в топливе, при работе двигателя накапливаются в виде отложений на клапанном механизме, поршневых пальцах, распылителях форсунок и других деталях топливной системы двигателя. Это снижает мощность и экономичность двигателя, приводит к повышенному расходу (угару) масла, преждевременному износу двигателя машины. [1]

2.4 Загрязнение топлива и смазочных материалов

Изменение качества нефтепродуктов из-за загрязнения мало зависит от свойств топлива и определяется в основном условиями хранения, транспортировки, заправки и загрязненностью внешней среды. Основные источники и причины загрязнения топлива, масел и рабочих жидкостей: попадание примесей из атмосферы (при наличии не герметичности и открытых люков), наличие продуктов коррозии и нерастворимых продуктов в результате окисления ТСМ, перекачка топлива по загрязненным трубопроводам, накопление загрязнений на дне резервуара, а также неудовлетворительное состояние заправочных средств и рукавов, заправка открытым способом, нарушение уплотнения сборочных единиц и недостаточность очистки масла и др.

Загрязнения в нефтепродуктах имеют различные структуру и состав. Поэтому их классифицируют по агрегатному состоянию, химическому составу и другим признакам.

По агрегатному состоянию загрязнения нефтепродуктов подразделяются на твердые, жидкие и газообразные.

К твердым загрязнениям относятся продукты износа, коррозии металлов, уплотнения нестабильных углеводородов, атмосферная, дорожная и иные виды пыли, соли и другие вещества; к жидким загрязнениям – вода, смолы и поверхностно-активные вещества; к газообразным – воздух и различные газы.

По химическому составу загрязнения нефтепродуктов делят на неорганические, к которым относятся минеральные вещества, вода и воздух, и органические, представляющие собой соединения с углеводородным строением.

Микробиологические загрязнения в виде бактерий, грибков, пирогенных веществ также присутствуют в нефтепродуктах. В результате биологической загрязненности ухудшается стабильность, ппрокачиваемость, испаряемость. Повышается коррозийная активность топлива, масел и технических жидкостей. Микробиологическому загрязнению в большей степени подвергается дизельное топливо. В автомобильных бензинах, содержащих ТЭС, микроорганизмы погибают.[5]

3 Мероприятия по сохранению качества нефтепродуктов

Мероприятия по предотвращению загрязнений нефтепродуктов атмосферной пылью и влагой можно разделить на две группы:

К первой группе относятся меры по сокращению объемов малых дыханий и выполнению приемо-отпускных операций в герметичных условиях. При этом также сокращаются потери нефтепродуктов от испарения. Такие задачи можно решить за счет создания емкостей повышенной прочности, работающих под избыточным давлением; термостатирования емкостей; уменьшения газового пространства; устройства газоуравнительных систем для емкостей; усовершенствования конструкций дыхательной арматуры.

Ко второй группе мероприятий относится оснащение дыхательных и дренажных устройств высокоэффективными средствами очистки воздуха от пыли и влаги. Эти средства делятся на воздухоочистители, фильтры и воздухоосушители.

Микробиологическое загрязнение нефтепродуктов можно предотвратить физико-механическими и химическими способами.

К первой группе относятся: высокоэффективная фильтрация; герметизация емкостей; регулярные зачистки емкостей от осадков; удаление воды из нефтепродуктов. Интенсивную гибель микроорганизмов вызывает ультрафиолетовая и электромагнитная обработка нефтепродуктов.

Ко второй группе способов относится применение различных присадок – антисептиков, таких как карбоксилаты, сульфонаты, сульфаты, карбиды серебра и т.п. В качестве бактерицидных присадок к топливу рекомендуются различные борорганические и аммонийные соединения.

Защита нефтепродуктов от коррозийных загрязнений сводится к использованию коррозионностойких материалов, нанесению защитных покрытий, введению в нефтепродукты ингибиторов коррозии и применению электрохимических способов. Коррозионностойкие металлы и их сплавы используют для их изготовления емкостей и арматуры средств транспортирования, хранения и заправки. Защитные покрытия наиболее широко используют для защиты от коррозии. Практическое применение находят лакокрасочные материалы и покрытия холодного и горячего отверждения, полимерные и пластмассовые, футеровочные на основе листовых полимерных материалов и металлические (цинковые, алюминиевые).

При хранении нефти и тяжелых нефтепродуктов применяют специальные методы, предотвращающие выпадение отложений на дно резервуара. Один из методов заключается в механическом перемешивании нефти, осуществляемом обычно пропеллерными, турбинными, винтовыми мешалками.

Для предотвращения образования осадков применяют и специальные размывочные машины, с помощью которых в процессе подачи размывается осадок на дне резервуаров. Чтобы предотвратить выпадение на дно резервуаров осадков, парафина и смолистых веществ, применяют специальные присадки, которые не позволяют коагулировать мелким частицам в более крупные.

В качестве простейших осушителей воздуха, поступающего в резервуар, применяют цилиндрические сосуды, наполненные веществами, интенсивно поглощающими влагу, например гидридами и карбидами металлов, цеолитами, силикагелями, окисью алюминия, специальными пластмассами, молекулярными ситами и др. В качестве простейших осушителей воздуха, поступающего в резервуар, применяют цилиндрические сосуды, наполненные веществами, интенсивно поглощающими влагу, например гидридами и карбидами металлов, цеолитами, силикагелями, окисью алюминия, специальными пластмассами, молекулярными ситами и др

Методы уменьшения потерь от испарения можно условно сгруппировать следующим образом:

·        уменьшение газового пространства;

·        хранение нефтепродуктов под избыточным давлением;

·        улавливание паров;

·        термостатирование;

·        рациональная эксплуатация резервуарных парков.

4 Восстановление качества нефти и нефтепродуктов

В настоящее время  разработано и широко используется множество методов восстановления качества нефтепродуктов. В первую очередь такие как: отстаивание, фильтрование, центрифугирование, добавление присадок, обработка в магнитном, электрическом или ультразвуковом полях.

Отстаивание – наиболее простой способ восстановление качества, позволяющий удалить из нефтепродуктов значительную часть механических примесей и воды.

Эффективным средством повышения скорости оседания частиц является искусственное увеличение их размеров за счет коагуляции. Процессы коагуляции можно вызвать с помощью специальных веществ – ПАВ, электролитов и неэлектролитов; механическим воздействием (вибрацией или перемешиванием); температурным воздействием; пропусканием электрического тока. В условиях хранения нефтепродуктов введение коагулирующих присадок является наиболее эффективным методом увеличения чистоты продукта. По мнению многих специалистов применение коагулирующих присадок в процессах очистки и фильтрации может обеспечить очень высокую степень чистоты нефтепродукта. Процессы фильтрации широко применяются на нефтебазах, разработаны различные типы фильтров. В настоящее время фильтрацией удаляют частицы крупнее 5 мкм, которые не удается удалить отстоем.

С помощью центрифуг (сепараторов) эффективно и быстро очищаются нефтепродукты менее 1 мкм. Сепараторы широко применяют для очистки отработанных масел даже в процессе использования, так например, на судах. На нефтебазах центрифуги применяют крайне редко, хотя конструкции их многообразны и достаточно просты. В общем случае центрифугирование производится для разделения воды и нефтепродукта, отдаления твердых загрязнение от нефтепродуктов, для комплексной обработки и регенерации.

В практике работы нефтебаз наиболее реальным способом очистки нефтепродуктов является внедрение адсорбентов – веществ способных избирательно поглощать определенные молекулы из смеси органических и неорганических соединений. Например, силикагели могут адсорбировать не только воду, но и гетероорганические соединения и продукты окисления углеводородов.

Восстановление качества нефтепродуктов смешением широко применяют на нефтебазах, где исправляют нестандартные нефтепродукты, добавлением к ним нефтепродуктов, имеющих запас качества. Этот метод не требует больших экономических затрат и для его осуществления может использоваться обычное складское оборудование. [2]

Заключение

 В процессе хранения и транспортировки нефтепродуктов вследствие испарения, осмоления, обводнения, загрязнения и смешения ухудшаются их свойства, теряются товарные качества. Степень изменения качества нефтепродуктов зависит от длительности и условий хранения, условий приема, отпуска, транспортировки, а при смешении — от марок, сортов и запаса качества исходных продуктов, наличия воды и механических примесей в них. При ухудшении свойств нефтепродукт может стать нестандартным, что приведет к дополнительным затратам на восстановление его товарных качеств или к снижению стоимости при реализации как менее ценного продукта.

Список используемой литературы

1.Абдулаев Л. Л., Бланк В. В., Юфин В. А. Контроль в процессах транспорта и хранения нефтепродуктов. - М.: Недра, 1990.

2.Большаков Г. Ф. Восстановление и контроль качества нефтепродуктов. – 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Недра, 1982. – 350с.

3.Бунчук B. A., Tранспорт и хранение нефти, нефтепродуктов и газа, M., 1977.

4.Земенков Ю.Д., Малюнин Н.Ан, Маркова Л.М., и др. Резервуары для хранения нефтей и нефтепродукгов: Курс лекций. Тюмень: ТюмГНГУ. 1990.

5.Хранение нефти и нефтепродуктов: Учебное пособие./ Под общей редакцией Ю.Д. Земенкова. – Тюмень: ТюмГНГУ, 2001. –  550 с.

6.Яковлев В. С. Хранение нефтепродуктов. Проблемы защиты окружающей среды. - М.: Химия, 1987.