Моделирование каплевидного резервуара для хранения нефтепродуктов

Аннотация: В статье представлены результаты расчета профиля каплевидного резервуара для хранения нефтепродуктов. Расчет профиля основан на зависимостях, применяемых при расчете формы капли, свободно лежащей на горизонтальной поверхности с заданными условиями смачивания. Построение трехмерной модели резервуара позволяет оценить возможности расположения заданного количества подобных резервуаров на ограниченной территории нефтяного терминала.

На территории Джибути наблюдается жаркий климат, температура в течение суток изменяются от 40…50 °С днем до 10…20 °С ночью. В таком температурном режиме максимальные потери нефтепродуктов из резервуаров происходят за счет т. н. малых дыханий резервуара. Днем за счет высокой температуры объем паровоздушной смеси в резервуаре увеличивается, давление в газовом пространстве растет, срабатывает дыхательный клапан и часть паровоздушной смеси выходит из резервуара в атмосферу. Ночью температура снижается, давление в газовом пространстве резервуара уменьшается, при вакууме свыше допустимого срабатывает дыхательный клапан, впуская воздух из атмосферы в резервуар. Днем этот воздух насыщается парами продукта, и описанный процесс повторяется вновь [1].

Нами были оценены потери от малых дыханий в вертикальном резервуаре для хранения легкой нефти (бензина) используемом в нефтяном терминале Доралех. Для резервуара типа РВС-20000 (продукт – легкая нефть (температура кипения 55 °С), номинальная емкость хранения 20 000 м³) ежедневные потери от малых дыханий, рассчитанные по методике [1] составили до 3000 кг продукта/сутки. Как видно из расчета в условиях Джибути применение вертикальных резервуаров приводит к значительным потерям нефтепродуктов. Для минимизации потерь от малых дыханий предложим для моделирования каплевидный резервуар. Основным достоинством является равномерная нагрузка на весь корпус, постоянная толщина корпуса, компенсация тепловых расширений корпусом и, следовательно, минимальные потери от малых дыханий.

Расчет формы каплевидного резервуара ведем по методике [2], применяемой для расчета формы капли лежащей на смачиваемой и несмачиваемой поверхности исходя из следующих зависимостей:

статическое давление в слое:

,          (1)

капиллярное давление по закону Лапласа:

,          (2)

общее давление:

.          (3)

Поскольку при x→∞,  поверхность стремится к плоской горизонтальной, то при этом R ® ¥ , DP_к ® 0. Таким образом, суммарное общее давление в любом сечении x ³ 0 равно одному статическому в бесконечно удаленном сечении:

.          (4)

Решая уравнение (4) численно при заданных граничных условиях получаем профиль каплевидного резервуара. При этом, задаваясь определенным углом смачивания, при заданном объеме резервуара можно добиться заданной высоты или поверхности контакта резервуара с грунтом. На рис. 1 представлен график профиля резервуара, построенный для угла у основания 110 град. Построение осуществлено в программе MathCAD 14.

Рис. 1. Профиль каплевидного резервуара, рассчитанный по методике [2]

Используя табличные данные по профилю резервуара, полученные для заданного объема и угла при основании, нами была разработана трехмерная модель каплевидного резервуара, представленная на рис. 2.

Рис. 2. Трехмерная модель каплевидного резервуара

На верхней части резервуара размещено дополнительное оборудование: дыхательные и предохранительные клапаны. Объем моделируемого резервуара 20000 м³. Данная модель позволяет оценить возможности расположения заданного количества подобных резервуаров на ограниченной территории нефтяного терминала, согласно существующим требованиям пожарной безопасности, эргономики слива/залива нефтепродуктов, планового обслуживания резервуаров и безопасности ликвидации возможных аварийных ситуаций.

 

Список литературы

1. Новоселов В. Ф., Ботыгин В. П., Блинов И. Г. Методика расчета потерь от испарения нефти и нефтепродуктов из наземных резервуаров: Учебное пособие. – Уфа : Изд-во УНИ, 1987. – 73 с.
2. Пахомов А. Н., Гатапова Н. Ц., Пахомова Ю. В. Кинетические особенности сушки капель жидких дисперсных продуктов на подложках // Актуальные проблемы сушки и термовлажностной обработки материалов в различных отраслях промышленности и агропромышленном комплексе. Сборник научных статей Первых Международных Лыковских научных чтений, посвящённых 105-летию академика А. В. Лыкова. – 2015. – С. 81–83.

 

Материал поступил в редакцию 14.06.2017
© Рашид А. М., Колиух Ю. А, 2017