Обеспечение качества нефтепродуктов при транспортных, нефтескладских и заправочных операциях в АПК

Аннотация: В статье рассмотрены основные процессы, протекающие в нефтепродуктах при взаимодействии с окружающей средой и ухудшающие их качество и эксплуатационные свойства. Предложен комплексный подход к решению этой проблемы с целью поддержания качества нефтепродуктов на требуемом уровне.

Агропромышленный комплекс является одним из основных потребителей топлива и смазочных материалов. По некоторым данным предприятия аграрного сектора расходуют 30...40 % светлых нефтепродуктов от общего потребления в стране. В связи со значительным расходом нефтепродуктов в сельском хозяйстве приобретает актуальность проблема обеспечения машинно-тракторного парка и других потребителей качественными нефтепродуктами.

Процессы, протекающие в нефтепродуктах при взаимодействии с окружающей средой и ухудшающие их качество – это испарение, загрязнение, обводнение и смешивание, физико-химические и химические превращения входящих в состав нефтепродуктов углеводородных соединений (окисление, полимеризация, конденсация и так далее), развитие микроорганизмов (рис. 1). Указанные процессы могут привести к изменению уровня отдельных или сразу нескольких эксплуатационных свойств нефтепродуктов: испаряемости, воспламеняемости, горючести, прокачиваемости, склонности к образованию отложений, коррозионной активности, совместимости с неметаллическими материалами, противоизносных, защитных и смазывающих свойств, охлаждающей способности, токсичности и так далее [1].

Рис. 1. Причины изменения качества нефтепродуктов при их хранении, транспортировании и заправке техники

 

Существуют два пути обеспечения необходимого уровня показателей качества нефтепродуктов: предупреждение ухудшения конкретного показателя путем осуществления профилактических и защитных мероприятий и восстановление качества нефтепродуктов посредством специальных операций (очистка, обезвоживание, введение присадок, применение бактерицидных веществ, смешение с нефтепродуктами, имеющими запас качества) [2].

Проблема поддержания качества нефтепродуктов на необходимом уровне должна решаться комплексно, при одновременном проведении предупредительных и восстановительных мероприятий. В этом случае достигается максимальная эффективность и наибольшая экономичность, так как предупредительные меры требуют, как правило, меньших затрат, чем работы, связанные с восстановлением качества некондиционного нефтепродукта [3].

Предупредительные меры:

1. Сокращение контакта нефтепродуктов с атмосферным воздухом. При контакте нефтепродукта с воздухом испаряются легкокипящие фракции, происходит интенсивное окисление углеводородов и углеводородных соединений, усиливается смолообразование, происходит загрязнение и обводнение нефтепродуктов за счет атмосферной пыли и влаги, возможно попадание микроорганизмов в нефтепродукты.

2. Поддержание необходимого температурного режима, так как с повышением температуры продукта увеличивается его испарение, усиливаются окислительные процессы, создаются благоприятные условия для жизнедеятельности микроорганизмов.

3. Использование антикоррозионных покрытий и коррозионностойких конструкционных материалов при изготовлении нефтескладского и транспортного оборудования для предотвращения загрязнения нефтепродуктов продуктами коррозии.

Параллельно с предупредительными мероприятиями необходимо осуществлять также и восстановительные операции. Для восстановления качества нефтепродуктов в системе нефтепродуктообеспечения сельского хозяйства применяется в основном очистка от твердых механических загрязнений и воды путем отстаивания и фильтрования, гораздо реже используются другие методы очистки, например центрифугирование (при регенерации отработанных нефтяных масел). Может также применяться исправление отдельных показателей качества методом смешения некондиционного нефтепродукта с продуктом, имеющим запас качества [4, 5].

Выбор того или иного метода очистки нефтепродукта зависит от требований к его чистоте, от физико-химических свойств нефтепродукта и содержащихся в нем загрязнений, а также от места установки и условий эксплуатации, применяемых для очистки устройств.

Отстаивание – наиболее простой метод очистки и обезвоживания нефтепродуктов. Операцию можно осуществлять в обычных резервуарах для хранения нефтепродуктов, оборудованных приспособлениями для удаления отстоя. Однако при этом удаляются только те твердые или жидкие загрязнения, плотность которых значительно отличается от плотности очищаемого нефтепродукта. Недостатки этого способа – длительность процесса и снижение эффективности при увеличении вязкости нефтепродукта, возможность возникновения конвекционных токов из-за неравномерного нагревания или охлаждения резервуаров (эти токи препятствуют осаждению загрязнений, особенно при малых размерах частиц). В заглубленных резервуарах перепады температуры незначительны, так как эти резервуары не испытывают воздействия солнечной радиации и практически не подвержены суточным колебаниям температуры, поэтому условия отстаивания в них более благоприятны (рис. 2).

Рис. 2. Конвекционные токи в резервуарах, препятствующие отстаиванию нефтепродукта: а – односторонний нагрев, б – равномерный нагрев, в – равномерное охлаждение, г – нагрев и охлаждение отсутствуют

 

Фильтрование – это отделение твердых частиц, взвешенных в нефтепродукте, при его прохождении через пористую перегородку.

Эффективность очистки нефтепродукта фильтрованием зависит от свойств используемых в конструкций фильтра пористых перегородок. Основным техническим показателем пористой перегородки является тонкость фильтрования, которая оценивается по размерам частиц, пропускаемых фильтром. Обычно фильтры характеризуются номинальной тонкостью фильтрования, которая выражается в микрометрах (мкм) и соответствует минимальному размеру частиц, не менее 97 % которых задерживается фильтром.

Пористая перегородка является гидравлическим сопротивлением для потока нефтепродукта, проходящего через фильтр, которое характеризуется перепадом давления на фильтре. По мере осаждения частиц загрязнений на поверхности пористой перегородки и в ее порах перепад давления на фильтре возрастает (рис. 3). При достижении предельно допустимого перепада давления, которое задается исходя из условий прочности фильтрующего материала, фильтрующие элементы следует заменить, так как при дальнейшем возрастании перепада давления возможно их разрушение.

Рис. 3. Изменение перепада давления на фильтре при очистке нефтепродукта

 

Обезвоживание нефтепродуктов методом фильтрования с помощью фильтров-сепараторов заключается в укрупнении (коагуляции) микрокапель воды при их прохождении через слой специально подобранных волокнистых материалов с последующим выпадением (сепарацией) укрупненных капель из потока нефтепродукта под действием силы тяжести (рис. 4). Эффективность водоотделения оценивается отношением содержания свободной воды в нефтепродукте после фильтра-сепаратора к ее начальному содержанию в нефтепродукте до фильтра-сепаратора. При большом начальном содержании воды в нефтепродукте эффективность водоотделения резко падает, так как микрокапли воды не успевают укрупняться и уносятся потоком нефтепродукта из фильтра-сепаратора.

Рис. 4. Схема работы коагулирующей перегородки фильтра-сепаратора

 

Наряду с коагулирующей перегородкой, в которой происходит укрупнение капель, фильтры-сепараторы имеют фильтрующую перегородку для удаления из нефтепродукта твердых частиц и водоотталкивающую – для задержки проскочивших капель воды.

Вымораживание нефтепродуктов с целью их обезвоживания осуществляется в зимнее время года в наземных резервуарах. Образующиеся при замерзании капель воды кристаллы льда отстаиваются в резервуарах или задерживаются фильтрами. Процесс вымораживания протекает более интенсивно при температуре окружающего воздуха ниже минус 15 °С, поэтому применение этого метода ограничено климатическими и погодными условиями.

Смешение нефтепродуктов с целью восстановления отдельных показателей качества применяется в основном для исправления показателей качества автомобильного бензина и дизельного топлива. Качество этих нефтепродуктов может восстанавливаться по таким показателям, как фракционный состав, содержание фактических смол, плотность, кислотность, а также октановое число – для бензина; коксуемость, содержание серы, температура вспышки в закрытом тигле и зольность – для дизельного топлива. Перед восстановлением необходимо провести лабораторный анализ некондиционного топлива и топлива, имеющего запас качества, после чего установить расчетным путем количество смешиваемых продуктов, проверить правильность расчетных данных путем анализа приготовленного на основании расчета образца смеси, подготовить необходимые для операции смешения резервуары, средства перекачки и другое оборудование.

При смешении разных видов топлива в резервуары заливают сначала топливо с большей плотностью, а затем в нижнюю часть резервуара подают необходимое количество топлива с меньшей плотностью, после чего полученную смесь перемешивают путем циркуляционной перекачки по замкнутому контуру до тех пор, пока не будет получена однородная смесь. Смешение заканчивается, когда после отстаивания в течение 3 часов плотность смеси в разных слоях будет одинаковой, а исправляемый показатель качества войдет в соответствие с требованиями нормативной технической документации.

При исправлении качества топлива по плотности, октановому числу, содержанию серы, фактических смол, коксуемости, кислотности, зольности их значения для получаемой смеси равны среднеарифметической величине этих показателей у взятых для смешения нефтепродуктов. Для восстановления этих показателей соотношения видов топлива, взятых для смешения, определяют по формуле [1]

            ,   (1.1)

где    G_a и G_b – соответственно количество топлива, имеющего запас качества по восстанавливаемому показателю и некондиционного, кг;

         х ‑ значение показателя, который нужно получить после смешения;

         х_а и х_b ‑ соответственно значение показателя топлива, имеющего запас качества и у некондиционного.

При необходимости получить искомое соотношение в процентах (по массе) применяется формула

,   (1.2)

где    А – содержание в смеси топлива, имеющего запас качества по восстанавливаемому показателю, %.

При восстановлении качества нефтепродуктов по вязкости и температуре вспышки в закрытом тигле формулы (1.1) и (1.2) использовать нельзя, так как эти свойства нефтепродуктов не являются аддитивными. С достаточной для практических целей точностью соотношение продуктов, взятых для смешения при исправлении вязкости, можно определить по формуле

,   (1.3)

где    n_см ‑ вязкость смеси, мм²/с; n_a и n_b ‑ вязкость компонентов смеси (причем n_a ‑ большая из величин), мм²/с; Р_а и Р_b ‑ доля каждого из компонентов смеси, % масс; k_n ‑ коэффициент, определяемый по графику 1 (рис. 5).

Рис. 5. Значения коэффициентов для определения состава смеси нефтепродуктов при восстановлении их вязкости и температуры вспышки в закрытом тигле: 1 – коэффициент k_n в формуле (1.3); 2 – коэффициент k_t в формуле (1.4).

 

Температуру вспышки в закрытом тигле при восстановлении этого показателя можно определить по формуле

,   (1.4)

где    t_см ‑ температура вспышки смеси, град; t_а и t_b ‑ температура вспышки компонентов смеси (причем t_a ‑ большая величина), град; k_t ‑ коэффициент, определяемый по графику 2 (рис. 5).

Использование различных методов очистки нефтепродуктов и восстановления их качества в комплексе позволит обеспечить надежность сельскохозяйственной техники и сохранность показателей качества топлив и смазочных материалов в требуемых пределах, что, несомненно, скажется на экономических показателях предприятий в АПК.

Список литературы 

1. Карелина А. С., Виноградов О. В. Способы защиты нефтепродуктов от остаточных загрязнений // Наука без границ. ‑ 2016. ‑ № 2. ‑ С. 26‑33.
2. Коваленко В. П., Пуляев Н. Н. Нефтепродуктообеспечение в АПК. ‑ М. ООО «УМЦ «Триада». ‑ 2013. ‑ 100 с.
3. Богданов В. С., Пуляев Н. Н., Коротких Ю. С. Технологии и средства обеспечения качества топливно-смазочных материалов в АПК. ‑ М.: ООО «УМЦ «Триада», 2016. ‑ 116 с.
4. Уразгалеев Т. К., Пуляев Н. Н., Приваленко А. Н., Коротких Ю. С. Основы ресурсосбережения при эксплуатации полевых нефтебаз и нефтескладов. ‑ М. : ООО «УМЦ «Триада», 2015. ‑ 174 с.
5. Коротких Ю. С. Применение транспортно-технологических средств для нефтепродуктов в АПК // Наука без границ. ‑ 2016. ‑ № 2. ‑ С. 23‑25.

   

Материал поступил в редакцию 15.11.2016

© Карелина А. С., Виноградов О. В., 2016