Система рекуперації пари нафти і нафтопродуктів з використанням компресорно-детандерної установки

Реферат: Система рекуперації пари нафти і нафтопродуктів з використанням компресорно-детандерної установки містить трубопроводи, компресор, теплообмінники, пристрої для відокремлення та зливу рідкої фракції. Додатково містить газову обв'язку резервуарів у вигляді газовирівнювальної системи із щонайменше одним газозбірником у вигляді м'якого резервуарагазгольдера. UA 70118 U (12) UA 70118 U UA 70118 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель, що заявляється, належить до систем, призначених для скорочення втрат та викидів легковипаровуваних рідин (ЛВР), зокрема нафти і нафтопродуктів від випаровування під час приймання, переробки, зберігання, відпуску і транспортування, і може бути використана в нафтопереробній, нафтовій, газовій й хімічних галузях, в аеропортах, на водному транспорті, на наливних терміналах, на складах ЛВР та інших галузях промисловості. При зливо-наливних операціях та при зберіганні, транспортуванні ЛВР в ємностях завдяки щодобовим коливанням температури й тиску зовнішнього середовища виникають викиди пари ЛВР в атмосферу. Для виключення забруднення навколишнього середовища та підвищення санітарної, забезпечення техногенної безпеки та пожежовибухобезпечності операцій та значного зниження втрат ЛВР застосовують системи рекуперації пари. З рівня техніки відомий спосіб наповнення резервуарів легковипаровуваною рідиною та її зберігання (Патент України № 61305, МПК B67D5/00, B65D90/30 B01D19/00, 17.11.2003, бюл. № 11), що включає подачу легковипаровуваної рідини у резервуар, відбір пароповітряної суміші в проміжну ємність через газовирівнювальний трубопровід, конденсацію пари шляхом стискання суміші та її охолодження, відділення рідкого компонента, що міститься у суміші, від повітря, в якому здійснюють підключення до виходу газовирівнювального трубопроводу як проміжної ємності гумотканинного м'якого резервуара, призначеного для зберігання та транспортування нафтопродуктів, а стиснення пароповітряної суміші здійснюють компресором, кожний ступінь якого обладнують холодильником з поверхнями теплообміну, достатніми для охолодження пароповітряної суміші до температури, що передувала стисканню, та пристроєм для зливу рідкої фракції продукту. Недоліком цього способу є неможливість рекуперації пари, яка утворюється при наливі рухомих цистерн (автомобільних, залізничних, танкерів та ін.) та недостатня ефективність способу. Відомий спосіб наповнення ємності і утилізації пари ЛВР (Патент США № 3778969, кл. 55-55, опубл. 1973 p.), шляхом її направлення у ємність, відбору пароповітряної суміші, попереднього зрідження пари та відокремлення рідкого компонента, що міститься у суміші, від повітря за допомогою насоса, ежектора, сепаратора та з'єднувальної арматури. Недоліком цього відомого способу є те, що вся система знаходиться під високим тиском (до 4,0 МПа). За допомогою цього способу принципово неможливе запобігання викидів пари ЛВР в атмосферу з необхідною ефективністю. Також з рівня техніки відомий спосіб наповнення ємності легко легковипаровуваною рідиною (Авторське свідоцтво СРСР № 1008159, МПК В 67D5/00, 1983 р.), у якому з метою більш повної утилізації пари ЛВР відбір пароповітряної суміші здійснюють у проміжну ємність, а конденсацію пари проводять шляхом направлення рідини у проміжну ємність, при цьому перед відділенням рідкого компонента від повітря залишкову пароповітряну суміш охолоджують шляхом її розширення. До недоліків цього відомого способу слід віднести те, що для конденсації пароповітряної суміші у такий спосіб з ефективністю більш 90 % проміжні ємності, трубопроводи та інше устаткування повинно працювати під тиском близько 6,0 МПа. Високий тиск у системі не дає змоги застосовувати цей спосіб для заповнення резервуарів терміналів, складів ЛВР, рухомих цистерн та інших ємностей, припустимий надлишковий тиск у яких складає 200 мм водяного стовпа. Найближчим аналогом вибрана система рекуперації пари ЛВР, що використовується при здійсненні процесу низькотемпературної конденсації вуглеводнів (Патент України № 21081, МПК F25J 3/00, B01D 19/00, опубл. 15.02.2007, бюл. № 2, 2007) шляхом розділення потоку суміші на два потоки, стискування одного з них у компресорі і стискування другого потоку у каналах обертового барабана хвилями стиснення, об'єднання з першим потоком, охолодження, сепарації, осушування, охолоджування у рекуперативному теплообміннику, сепарації та створення потоку рідини та потоку газу, який подають у канали того ж барабана, створення хвиль розрідження, що розширюють потік, та хвиль стиснення і подачі в той же самий теплообмінник у напряму протитечії. Потік рідини після сепаратора також подають у рекуперативний теплообмінник у напрямі протитечії. Потік рідини після сепаратора додатково дроселюють. Після розширення потоку у каналах обертового барабана його сепарують. Обидва потоки рідини після сепараторів об'єднують та подають у рекуперативний теплообмінник у напрямі протитечії. Суттєвим недоліком цього технічного рішення є низька ефективність та велика вартість одиниці зрідженого продукту. Пароповітряну суміш беруть прямо з резервуара, що призводить до інтенсифікації випаровування. Система, яка реалізує процеси найближчого аналога, має значну складність обладнання та недостатній рівень надійності. В основу корисної моделі поставлена задача створення ефективної та економічної системи рекуперації пари нафти і нафтопродуктів з використанням компресорно-детандерної установки, 1 UA 70118 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 яка б забезпечувала доведення втрат від випаровування та викидів в атмосферу на об'єктах до рівня нормативних згідно з Європейськими нормативами (ISO 14 000) або нормативами держави, в якій буде експлуатуватись система, і яка б задовольняла екологічним вимогам щодо забруднення навколишнього середовища з одночасним підвищенням санітарної, техногенної й вибухопожежної безпеки на об'єкті розташування при наливі резервуарів, рухомих цистерн, суден та інших ємностей. Поставлена задача вирішується тим, що система рекуперації пари нафти і нафтопродуктів з використанням компресорно-детандерної установки, що містить трубопроводи, компресор, теплообмінники, пристрої для відокремлення та зливу рідкої фракції, згідно з корисною моделлю, містить газову обв'язку резервуарів у вигляді газовирівнювальної системи із щонайменше одним газозбірником у вигляді м'якого резервуара-газгольдера (МРГ), сполучену з газовими обв’язками наливних фронтів, які з'єднані через вогняні запобіжники і запірну арматуру з устаткуванням герметичного наливу пересувних цистерн або суден, до якої під'єднана через вогняні запобіжники і запірну арматуру компресорно-детандерна установка рекуперації пари, яка забезпечена запірною, вогнеприпинною, запобіжною та контрольною арматурою, з'єднувальними трубопроводами, системою та засобами автоматичного, ручного керування і безпеки, одно-або багатоступінчастим компресором, одно- або багатоступінчастим детандером, при цьому після кожного ступеня компресора встановлені теплообмінники, останній з яких сполучений через пристрій для відокремлення та зливу рідкої фракції із теплообмінником, що має трубопровід для відводу очищеної пароповітряної суміші в атмосферу, сполученим через пристрій для відокремлення та зливу рідкої фракції із входом детандера, вихід якого сполучений через пристрій для відокремлення та зливу рідкої фракції із регулятором тиску, вихід якого сполучений із входом теплообмінника, що має трубопровід для відводу очищеної пароповітряної суміші в атмосферу, а всі пристрої для відокремлення та зливу рідкої фракції з'єднані трубопроводом для відводу рідкої фракції із накопичувальною ємністю, яка виконана із можливістю сполучення із резервуаром. Згідно з корисною моделлю, компресорно-детандерна установка рекуперації пари виконана з можливістю монтування на пересувних засобах, таких як колісна база, причіп, платформа, судно та інші, або розміщення стаціонарно. Технічний результат, який досягається при вирішенні поставленої задачі і використанні запропонованої системи рекуперації пари нафти і нафтопродуктів з використанням компресорно-детандерної установки полягає в підвищенні ефективності процесу рекуперації (зрідження) та зниженню енерговитрат в сталому режимі, в значному підвищенні вибухопожежної, технічної і екологічної безпеки, а також надійності експлуатації об'єкта, що дає можливість суттєво понизити вірогідні матеріальні втрати і зменшити шкідливу дію на навколишнє середовище і обслуговуючий персонал. Система рекуперації пари нафти і нафтопродуктів з використанням компресорно-детандерної установки, що заявляється, вирішує питання збору та рекуперації (зрідження) пари ЛВР, зокрема нафти і нафтопродуктів при наливі резервуарів, рухомих цистерн, суден та інших ємностей. Корисна модель, що заявляється, дає можливість значно знизити втрати ЛВР від випаровування, викиди пароповітряної суміші в атмосферу, знизити вибухопожежну небезпеку об'єктів, резервуарних парків, ділянок наливу рухомих цистерн й суден. Корисна модель, що заявляється, пояснюється кресленням: Система рекуперації пари нафти і нафтопродуктів з використанням компресорнодетандерної установки. Резервуари 1, призначені для приймання, зберігання та відпуску легковипаровуваних рідин (ЛВР), зокрема нафти й нафтопродуктів, рухомі цистерни й судна 2, призначені для приймання, транспортування та відпуску ЛВР, обладнані дихально-запобіжною арматурою 3. ЛВР до резервуарів 1, рухомих цистерн і суден 2 подається з продуктопроводу. Трубопроводи газової обв'язки 5 та колектор газовирівнювальної системи 6 забезпечені вогнеприпинною арматурою 4, запірною арматурою 7 та іншими засобами безпеки й контролю. До газовирівнювальної системи через вогнеприпинну 4 та запірну арматуру 7 під'єднано щонайменше один газозбірник 8 у вигляді м'якого (еластичного) резервуара-газгольдера. Також до газовирівнювальної системи через вогнеприпинну 4 та запірну арматуру 7 під'єднано щонайменше одну компресорно-детандерну установку 10 рекуперації пари ЛВР, зокрема нафти і нафтопродуктів. Перед компресорно-детандерною установкою 10 встановлено, за необхідності, блок очистки пароповітряної суміші 9 від діоксиду вуглецю, з'єднань сірки або інших речовин чи сполук. Компресорно-детандерна установка рекуперації пари 10 в своєму складі має одно- або багатоступінчастий компресор 11, теплообмінники 12 після кожного ступеня компресора та пристрої для відокремлення та зливу рідкої фракції продукту 13 після кожного теплообмінника 2 UA 70118 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 ступеня компресора. Також компресорно-детандерна установка 10 має з'єднувальні трубопроводи 14, теплообмінник 15, який охолоджується сумішшю що виходить після одно- або багатоступінчастого детандера 17, пристрої для відокремлення та зливу рідкої фракції продукту 16 та 18 після теплообмінника 15 і одно- або багатоступінчастого детандера 17 відповідно. Теплообмінник 15 має трубопровід для відводу очищеної пароповітряної суміші в атмосферу 20 "на свічу". Необхідна температура охолодження повітря у детандері 17 підтримується регулятором тиску 19, настроювання якого контролює датчик температури 21. Зріджений продукт з усіх пристроїв для відокремлення та зливу рідкої фракції 13, 16, 18 збирається по трубопроводу 22 до накопичувальної ємності 23, звідки направляється до одного з резервуарів або ємностей об'єкта. Система рекуперації пари нафти і нафтопродуктів з використанням компресорнодетандерної установки працює наступним чином. При прийомі ЛВР, зокрема нафти і нафтопродуктів в резервуари 1 та при наливних операціях з рухомими цистернами й суднами 2 пароповітряна суміш через магістраль дихальнозапобіжної арматури 3, вогнеприпинну арматуру 4 й запірну арматуру 7 виштовхується по трубопроводах газової обв'язки 5 у м'який резервуар-газгольдер 8, який виконує роль газозбірника. Загальний об'єм МРГ підбирається в залежності від об'єму ЛВР, що заливається, і загального об'єму газової порожнини ємності. Збір пароповітряної суміші у МРГ 8 починається при надлишковому тиску у ємності на два порядки нижче, ніж тиск спрацьовування дихальнозапобіжної арматури 3 резервуарів 1 та рухомих цистерн й суден 2. Якщо об'єм МРГ вибраний вірно, дихально-запобіжна арматура 3 резервуарів 1 та рухомих цистерн й суден 2 ніколи не спрацьовує, що повністю виключає викиди пароповітряної суміші в атмосферу і потрапляння в ємності атмосферного повітря з навколишнього середовища. Пароповітряна суміш з МРГ 8 по трубопроводах газовирівнювальної системи 6 через необхідний набір вогнеприпинної арматури 4 й запірної арматури 7 потрапляє на вхід компресорно-детандерної установки рекуперації пари 10. Перед компресорно-детандерною установкою рекуперації пари 10 встановлено, за необхідності, блок очистки пароповітряної суміші 9 від діоксиду вуглецю, з'єднань сірки або інших речовин чи сполук. Пароповітряну суміш стискають одно- або багатоступінчастим компресором 11 і направляють до теплообмінника 12, де суміш охолоджується і надходить в пристрої відокремлення та зливу рідкої фракції 13. Аналогічно процес відбувається у всіх ступенях компресора. Із останнього пристрою відокремлення та зливу рідкої фракції 13 пароповітряна суміш з'єднувальним трубопроводом 14 потрапляє до теплообмінника 15, де охолоджується сумішшю, яка виходить після детандера 17. Далі охолоджена суміш потрапляє через пристрій відокремлення та зливу рідкої фракції 16 на вхід детандера 17. Вихід детандера 17 через пристрій відокремлення та зливу рідкої фракції 18 з'єднаний трубопроводом з регулятором тиску 19, який настроюється в залежності від потрібної температури теплообмінника 15. Вихід регулятора тиску 19 з'єднаний трубопроводом з входом теплообмінника 15, що має трубопровід для відводу очищеної пароповітряної суміші в атмосферу 20, через який здійснюють викид очищеної суміші "на свічу". В результаті проходження установки 10 пароповітряна суміш звільняється від пари ЛВР, зокрема нафти і нафтопродуктів з високою ефективністю, та перед виходом в атмосферу потрапляє до теплообмінника 15 для наступного охолодження пароповітряної суміші, що надходить з компресора 11. Необхідна температура охолодження повітря у детандері 17 підтримується регулятором тиску 19, настроювання якого контролює датчик температури 21. Таким чином енергія стисного повітря використовується для охолодження пароповітряної суміші, що заощаджує загальні енерговитрати. Сконденсована рідина, що накопичується в пристроях відокремлення та зливу рідкої фракції 13, 16, 18 зливається через трубопровід 21 у накопичувальну ємність 23, звідки направляються до резервуара 1 чи іншої ємності. Залежно від об'єму МРГ 8 компресорно-детандерна установка 10 рекуперації пари ЛВР, зокрема нафти і нафтопродуктів включається паралельно, або після проведення зливоналивних операцій. По закінченні роботи компресорно-детандерної установки 10 вся система може забезпечувати компенсацію "малих дихань" при зберіганні продукту в резервуарах і ємностях (при щодобових коливаннях температури навколишнього середовища і атмосферного тиску). Таким чином, застосування системи рекуперації пари нафти і нафтопродуктів з використанням компресорно-детандерної установки, що заявляється, дозволяє значно знизити втрати ЛВР, зокрема нафти і нафтопродуктів при прийомі, зберіганні та відпуску, підвищити екологічну, технічну і вибухопожежну безпеку, а також надійність експлуатації об'єктів в цілому. Підвищує ефективність процесів рекуперації пари із зменшенням енерговитрат. 3 UA 70118 U Система рекуперації пари нафти і нафтопродуктів з використанням компресорнодетандерної установки, що заявляється, проста у виготовленні, а наведені відомості підтверджують можливість її промислового здійснення з використанням сучасних матеріалів, звичайних комплектуючих виробів і стандартного устаткування. 5 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 20 25 30 1. Система рекуперації пари нафти і нафтопродуктів з використанням компресорно-детандерної установки, що містить трубопроводи, компресор, теплообмінники, пристрої для відокремлення та зливу рідкої фракції, яка відрізняється тим, що містить газову обв'язку резервуарів у вигляді газовирівнювальної системи із щонайменше одним газозбірником у вигляді м'якого резервуарагазгольдера (МРГ), сполучену з газовими обв'язками наливних фронтів, які з'єднані через вогняні запобіжники, і запірну арматуру з устаткуванням герметичного наливу пересувних цистерн або суден, до якої під'єднана через вогняні запобіжники і запірну арматуру компресорно-детандерна установка рекуперації пари, яка забезпечена запірною, вогнеприпинною, запобіжною та контрольною арматурою, з'єднувальними трубопроводами, системою та засобами автоматичного, ручного керування і безпеки, одно- або багатоступінчастим компресором, одно- або багатоступінчастим детандером, при цьому після кожного ступеня компресора встановлені теплообмінники, останній з яких сполучений через пристрій для відокремлення та зливу рідкої фракції із теплообмінником, що має трубопровід для відводу очищеної пароповітряної суміші в атмосферу, сполученим через пристрій для відокремлення та зливу рідкої фракції із входом детандера, вихід якого сполучений через пристрій для відокремлення та зливу рідкої фракції із регулятором тиску, вихід якого сполучений із входом теплообмінника, що має трубопровід для відводу очищеної пароповітряної суміші в атмосферу, а всі пристрої для відокремлення та зливу рідкої фракції з'єднані трубопроводом для відводу рідкої фракції із накопичувальною ємністю, яка виконана із можливістю сполучення із резервуаром. 2. Система рекуперації пари нафти і нафтопродуктів з використанням компресорно-детандерної установки за п. 1, яка відрізняється тим, що компресорно-детандерна установка рекуперації пари виконана з можливістю монтування на пересувних засобах, таких як колісна база, причіп, платформа, судно та інші, або розміщення стаціонарно. Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4