![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Потери от испарения при хранении.
Испарением называется процесс превращения жидкости в пар, происходящий со свободной поверхности жидкости. Потери от испарения происходят главным образом при хранении в резервуарах нефти и легкоиспаряющихся нефтепродуктов, представляющих собой сложные смеси весьма большого числа индивидуальных углеводородных компонентов. В процессе испарения вначале испаряются наиболее легкие фракции, в результате чего жидкая фаза постепенно утяжеляется. В нормальных условиях резервуар представляет собой герметизированный, закрытый сосуд и процессы испарения в нем подчиняются законам испарения в закрытой емкости. Если в закрытом сосуде над поверхностью жидкости имеется свободное пространство, то оно постепенно насыщается парами этой жидкости. Физически происходит так называемый процесс массового обмена между жидкой и паровой фазой, т. е. переход вещества из одной фазы в другую. При переходе вещества из жидкой в паровую фазу происходит испарение и, наоборот, при переходе из паровой фазы в жидкую происходит конденсация. Переход вещества в обеих фазах происходит путем молекулярной и конвективной диффузий (проникновение). При молекулярной диффузии происходит проникновение молекул из жидкости в пар (испарение) или из пара в жидкость (конденсация). При конвективной диффузии происходит перенос движущихся частиц вещества за счет тепловых воздействий. В пределах каждой фазы, где происходит интенсивное перемешивание, перенос вещества осуществляется главным образом за счет конвективной диффузии. Между жидкой и паровой фазами существует пограничный слой, который характеризуется резким изменением концентрации распределяемого вещества. В области пограничного слоя перенос вещества осуществляется одновременно путем конвективной и молекулярной диффузий, причем по мере приближения к поверхности раздела фаз конвективные потоки уменьшаются и возрастает роль молекулярной диффузии. При установившемся процессе на границе раздела фаз наблюдается равновесие между концентрациями обеих фаз. Процесс испарения протекает во времени и поэтому равновесное состояние достигается не сразу, а постепенно. Если испарение протекает в открытом сосуде, когда пары непрерывно и полностью отводятся от поверхности жидкости в окружающую атмосферу, то испарение совершается с постоянной и максимальной скоростью, и, наоборот, в закрытом сосуде (резервуаре) процесс испарения с такой скоростью протекает только в начальный момент, а затем он постепенно замедляется, асимптотически приближаясь к нулю. Скорость испарения — это количество жидкости, испаряющейся за единицу времени; она зависит от ряда факторов. Главным из них является упругость паров, фракционный состав и температурные изменения. Немаловажное значение имеет и площадь испарения, толщина слоя жидкости, величина коэффициента диффузии паров в воздух и другие факторы. Упругость паров нефти и нефтепродуктов (давление насыщенных паров) характеризует наличие в них легкокипящих фракций, потери которых возрастают с увеличением температуры. Упругость паров определяет парциальное давление их в образующейся паровоздушной смеси и, следовательно, концентрацию паров углеводородов в смеси с воздухом. На рис. 8.1 приведен график зависимости упругости паров бензина от температуры.
![]()
Фракционный состав нефтепродукта характеризует содержание отдельных фракций, обусловливающих температуру начала его кипения. Температура начала кипения tн.к – это температура, при которой давление насыщенного пара данной жидкости равно атмосферному; она позволяет оценивать склонность топлива к испарению и, следовательно, к образованию потерь. При хранении легкоиспаряющихся жидкостей в резервуарах различают два основных вида потерь – это потери от так называемых «малых дыханий» и «больших дыханий». Кроме того, имеются потери от «обратного выдоха», и от вентиляции газового пространства резервуаров. Потерями от «малых дыханий» называют потери при неподвижном хранении, возникающие в результате суточных изменений температуры. В дневное время в результате нагрева резервуара и верхнего слоя нефтепродукта увеличивается количество паров и давление в герметичном резервуаре. Когда давление в резервуаре превысит расчетное давление дыхательных клапанов, происходит выпуск через них избытка паров в атмосферу. В ночное, более холодное, время происходит обратный процесс: с понижением температуры наружного воздуха, а соответственно и резервуара происходит частичная конденсация паров, в результате чего давление в газовом пространстве падает, образуется вакуум и при вакууме ниже расчетного входит наружный воздух. Потери от «малых дыханий» еще называют потерями от термического расширения газовоздушной смеси. Аналогичное явление происходит и при изменении барометрического давления воздуха. Потери от «малых дыханий» в результате температурных изменений газового пространства определяют: 1) при известных значениях концентрации С бензиновых паров по формуле 2) при известных значениях давления насыщенных паров (упругости паров),
так как С =, по формуле
Здесь V — объем газового пространства резервуаров; С1 = Рy1/Р1 и С2 = ру2/p2 — концентрации паров нефтепродукта в смеси при температуре Т1 и Т2; р1 и р2 — давление в газовом пространстве резервуара, соответствующее давлению в дыхательном клапане Р1 = Ра — Рк .в и p2 = ра +pк.д.; ра — атмосферное давление; рк.в. — давление вакуума; рк.д — давление избыточное; ру1, ру2 — упругость паров нефтепродукта (бензина) при температуре Т1 и Т2, Мб — молекулярная масса бензиновых паров (Мб = 60 + 0, 34.tн.к.+ 0, 001tн.к или Мб = 22, 4р); tн.к температура начала кипения бензина; R — универсальная газовая постоянная ( Потери от «малых дыханий» при ориентировочных расчетах с 1м3 газового пространства «атмосферных» резервуаров при изменения температуры газа на 1 °С принимают равными
а при изменении барометрического давления на 1 Па
Потери от «малых дыханий» в результате колебаний атмосферного давления в связи с малыми значениями обычно в практических расчетах не учитываются. При ориентировочных расчетах потерь от «малых дыханий» также пользуются эмпирической формулой
где Gм.д .— годовые потери, т/год; ру — давление насыщенных паров при среднегодовой температуре воздуха, Па; D – диаметр резервуара, м; kн — коэффициент, учитывающий высоту газового пространства [ kн = 0, 175 (0, 328 Нг + 5)0, 57 – 0, 1]; k0 – коэффициент, учитывающий влияние окраски резервуара (для алюминиевой краски k0 =1, для белой краски k0 = 0, 75, для неокрашенной поверхности k0 = 1, 25). Формула (8.3) получена для условий, когда среднесуточное колебание температуры воздуха в течение года Δ в = 9° С. При других значениях Δ в потери пропорционально увеличиваются или уменьшаются. Потерями от «больших дыханий» называются такие потери, которые происходят при наполнении резервуара, из которого вытесняется паровоздушная смесь. При поступлении в резервуар нефти или нефтепродукта паровоздушная смесь сжимается до давления, соответствующего давлению дыхательных клапанов, затем при повышении этого давления вытесняется наружу – происходит «выдох». Эти потери называют также потерями от вытеснения паров наливаемой жидкостью. Потери от «больших дыханий» за одно дыхание из «атмосферных» резервуаров определяют: 1) из резервуаров, в которых давление в газовом пространстве резервуара в начале и в конце закачки принято равным атмосферному (р1≈ р2≈ р)
2) из резервуаров, рассчитанных на избыточное давление
р1 и р2 — начальное и конечное давления газового пространства резервуаров. При ориентировочных расчетах потерь от «больших дыханий» пользуются эмпирической формулой
где Gб.д — годовые потери, т/год; V — годовой объем реализации нефтепродукта, м3/год; р —плотность нефтепродукта, т/м3; ру — давление насыщенных паров при среднегодовой температуре воздуха, Па; kf — коэффициент, зависящий от оборачиваемости п резервуаров (kf = 1 при kf = 1 – 40; kf = 0, 8 при п = 40 – 60; kf = 0, 5 при п = 60 – 100). Потерями от «обратного выдоха» называются потери от насыщения газового пространства «атмосферных» резервуаров. В процессе откачки в резервуар входит воздух, который, насыщаясь, увеличивает объем паровоздушной смеси; избыток смеси выходит наружу, т. е. происходит дополнительный «обратный выдох». Потери от «обратного выдоха» определяют по формуле
где ру.к — парциальное давление паров в конце выкачки; ру.б. — парциальное давление насыщенных паров бензина. Практически потери от «обратного выдоха» небольшие и составляют 7—12% от «больших дыханий». В среднем при расчетах их принимают равными 10% от объема потерь при «больших дыханиях». Потерями от вентиляции называются потери, возникающие в результате недостаточной герметичности резервуаров; эти потери делятся на потери от выдувания и от газового сифона. Потери от выдувания происходят в резервуарах с негерметичными крышами, через неплотности которых происходит выдувание паров ветром. Наружный воздух, входя в резервуар через отверстие с наветренной стороны, выходит через другое отверстие с подветренной стороны и уносит с собой пары, т. е. происходит как бы продувка паровоздушного пространства чистым воздухом. Потери от газового сифона происходят в тех случаях, когда один конец трубы соединен с газовым пространством, а другой конец опущен до нижней части резервуара и сообщен с атмосферой, в результате чего паровоздушная смесь выходит из резервуара наружу. Такой газовый сифон может создаться, например, в пеноподводящей трубе, не имеющей герметизирующей мембраны или при нарушении ее плотности. Газовый сифон также образуется в случаях, когда отверстия в крыше резервуара расположены на разных уровнях. В этом случае пары нефтепродуктов, как более тяжелые, выходят наружу через нижнее отверстие, а воздух входит в резервуар через верхнее. Таким образом создается естественная циркуляция воздуха и паров. Потери от вентиляции при наличии газового сифона определяют по формуле
где Q — секундный расход при газовом сифоне
С — концентрация паров нефтепродукта в паровоздушном пространстве; р — плотность паров нефтепродукта; μ — коэффициент расхода паров при истечении через отверстие (для практических расчетов μ = 0, 58); f — площадь отверстия; h — расстояние между отверстиями пo высоте; рсм — плотность паровоздушной смеси в резервуаре; рв — плотность воздуха. Для выполнения расчетов по определению потерь всех видов необходимо располагать данными о температурном режиме резервуаров, включая температуры газового пространства и поверхностного слоя нефтепродукта, изменяющиеся в зависимости от воздействия наружного воздуха и солнечной радиации. Эти температуры определяют теоретически при сравнительных расчетах эффективности и при исследованиях. Поскольку эти расчеты достаточно сложны, на практике отдают предпочтение определению температур путем непосредственных измерений. Определение фактических потерь нефтепродуктов в резервуарах производятся также путем непосредственных замеров. Количество выходящей из резервуара паровоздушной смеси замеряют газовыми счетчиками, объемную концентрацию — газоанализаторами. В некоторых случаях величину потерь определяют по изменению; показателей качества нефтепродуктов в процессе хранения, т.е. изменения фракционного состава, упругости паров, плотности и т. д. Однако широкого применения этот способ не получил вследствие недостаточной его точности. Замерами в типовом наземном стальном резервуаре с бензином объемом 5000 м3 в летнее время в средней зоне были установлены, например, следующие потери: от «малого дыхания» — 100 кг/сут; от «большого дыхания» — 1 кг/м3. Расчетные суммарные годовые потери (т/год) от испарения бензина в резервуаре объемом 5000 м3 в зависимости от оборачиваемости и климатической зоны расположения характеризуются следующими данными (таблица 1) Потери при наливе железнодорожных цистерн в среднем составляют в летнее время около 0, 4 кг/м3 наливаемого бензина, что равно около 20 кг на одну цистерну объемом 50 м3.
Таблица 1 Годовые потери бензина от испарения (в т/год) в зависимости от оборачиваемости
|