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.

Фракционный состав нефтепродукта характеризует содержание отдельных фракций, обусловливающих температуру начала его кипения. Температура начала кипения — 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.

Потерями от «больших дыхании» 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.

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».

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 пенноподводящей 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.

 

Годовые потери бензина от испарения (в т/год) в зависимости от оборачиваемости

Таблица 8

Зона	Оборачиваемость резервуара в год	Объем резер­вуара, м^3	Зона	Оборачивае- мость резерву­ара в год	Объем резервуара, м^3
Южная			125 230	Северная

 

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.

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.