Обзор современных методов очистки резервуаров от нефтяных остатков
Рубрика: 13. Химическая технология и промышленность
Дата публикации: 17.12.2015
Статья просмотрена: 8764 раза
Библиографическое описание:
Чурикова, Л. А. Обзор современных методов очистки резервуаров от нефтяных остатков / Л. А. Чурикова, Е. А. Конашева, А. Т. Утегалиев. — Текст : непосредственный // Технические науки в России и за рубежом : материалы V Междунар. науч. конф. (г. Москва, январь 2016 г.). — Москва : Буки-Веди, 2016. — С. 71-75. — URL: https://moluch.ru/conf/tech/archive/164/9344/ (дата обращения: 22.11.2021).
В статье проанализированы современные методы и способы очистки резервуаров от донных нефтяных отложений. Также авторами предложен наиболее эффективный метод очистки резервуаров от нефтяных остатков.
Ключевые слова: резервуар, очистка, размыв осадка, нефтешлам, разогрев, моющее средство, дегазация, отбор, загрязнение, нефть.
Во всех добываемых нефтях в процессе транспортировки и хранения происходит выпадение осадков. Образование осадков в нефтяных емкостях приводит к снижению полезного объема, возникновению коррозионных разрушений, затруднению обследования состояния емкости. Для эффективной борьбы с отложениями необходимо выяснить сущность, а также установить основные закономерности этого процесса.
Образование осадка в емкостях связано с выделением и последующим осаждением твердой фазы. Выделение твердой фазы зависит от физико-химических характеристик нефти, температуры и ряда других факторов, а интенсивность накопления осадков зависит от конструктивных и технико-эксплуатационных особенностей емкостей.
При длительном хранении нефти различной плотности и вязкости с учетом постоянно меняющегося температурного режима хранения, вызванного переменой климатических условий, на днище и стенках резервуара происходит скапливание отложений. Нефтеосадки внутри резервуара распределяются неравномерно.
Ручная очистка резервуаров от нефтешламов остается наиболее распространенным методом очистки. Однако, применение ручного метода очистки нефтяных резервуаров имеет следующие недостатки:
Значительный риск для здоровья и безопасности людей, производящих очистку резервуаров ручными методами;
Вывод емкости из эксплуатации;
При ручной очистки происходит загрязнение окружающей среды (водного и воздушного бассейнов и почвы земли);
Объем нефтеотходов создает проблемы с их последующей транспортировкой, захоронением, повторной переработкой и обезвреживанием.
Регулярная очистка нефтяного резервуара от нефтешлама является технологически обязательной операцией. Общая схема очистки представлена на рисунке 1.
Рис. 1. Общая схема очистки резервуара
Самым трудоемким и требующим соблюдения повышенных требований по безопасному ведению работ является подготовительный процесс по откачке отложений. Для выполнения этих работ применяют следующие способы [1]:
- Использование струи воды с высоким давлением для размыва отложений.
- Размыв осадка нефтью.
- Разжижение осадка с помощью растворителей.
- Разогрев донных отложений теплоносителями.
Способ размыва водой относится к самым дешевым, более быстрым и относительно безопасным способом подготовки отложений к откачке. Таким способом производят очистку топливных резервуаров. Для этой технологии предусматривается использование автономных размывающих головок, которые устанавливаются в резервуаре и размывают осадок струей воды под давлением. Данный способ имеет ряд существенных недостатков. Для размыва отложений в топливных резервуарах упрощенно используют ручные брандспойты или гидромониторы. В воду добавляют различные химические вещества с целью лучшего отделения осадка от стенок и днища топливного резервуара. Размытые отложения откачивают шнековым насосом для последующей фильтрации и переработки в емкость для отстоя.
При втором способе очистка резервуаров от нефтешламов производится нефтяными гидромониторами в закрытом резервуаре. Для этого разогретую струю нефти под давлением направляют на отложения, размывают и перемешивают их с последующей откачкой для отделения твердых фракций. После удаления механических примесей нефть опять разогревают и подают на монитор.
Третий способ предусматривает применение растворителей для разжижения донных отложений при помощи химических веществ. Эти вещества вводятся в осадок и вследствие химических реакций разжижают его до текучего состояния. Полученная суспензия откачивается в отстойник для специальной переработки.
В условиях нефтяного месторождения, предусматривающее технологические процессы сбора, накопления, хранения и транспортировки нефти в резервуарах различного назначения и конструктивного исполнения, может быть использован способ разогрева резервуара теплоносителем. Применение такого способа возможно для круглогодичной очистки нефтяных резервуаров от отложений, преимущественно в зимний период при отрицательных температурах окружающей среды. Процесс очистки включает разогрев резервуара теплоносителем, подачу размывающего агента, разжижение и перемешивание донных отложений, отвод и транспортировку разжиженных отложений на стадию переработки. При этом разогрев внутреннего объема резервуара и донных отложений до плюсовой температуры и поддержание положительной температуры в течение всего технологического процесса очистки осуществляют посредством подачи под давлением водяного пара с использованием парогенератора, а размыв, разжижение и перемешивание отложений осуществляют с использованием дистанционно управляемых роботизированных пушек, снабженных системой видеонаблюдения и освещения, помещаемых внутрь резервуара через нижние технологические люки. Отвод разжиженных отложений осуществляют насосами, установленными на самопередвижные установки с дистанционным управлением, также помещаемыми внутрь резервуара через нижние технологические люки. Размыв и перемещение осуществляют размывающим агентом в зависимости от температуры окружающей среды до 310о C под давлением от 1,0–10,0 МПа [2].
Существуют и другие методы очистки резервуаров: механизированный и химико-механизированный способ очистки с применением моющих средств.
Механизированный способ очистки осуществляется подачей горячей воды под давлением через специальные моечные машинки (гидромониторы), пропаркой поверхности резервуаров в течение нескольких суток перегретым паром и последующей механической очисткой, или же с помощью аппаратов струйной абразивной очистки. Такой способ очистки значительно сокращает время очистки, уменьшает простой резервуара, уменьшает объём тяжелых операций, вредных для здоровья человека, и снижает стоимость процесса очистки резервуара. К недостаткам механизированного способа очистки резервуаров следует отнести большой расход тепловой энергии на подогрев холодной воды, необходимость откачки загрязнённой воды на очистные сооружений, сравнительно большие потери легких фракций из нефтеостатков.
Суть химико-механизированного способа в том, что очистка резервуаров производиться с помощью растворов моющих средств, улучшающих отделение осадка от стенок, днища и внутренних конструкций резервуаров. Применение данных растворов способствует повышению качества очистки, интенсивности процесса очистки, характеризуется незначительной степенью применения ручного труда. Основными недостатками способа, которые ограничивают возможности его практического применения, являются дороговизна используемого специального реагента, необходимость дальнейшей очистки растворов моющих средств и утилизации реагента [3].
Кроме того, существуют комбинированные способы очистки емкостей и резервуаров. Комбинированный способ очистки предусматривает:
размыв моющим раствором нефтешламовых отложений, накопленных на днище резервуара;
смыв моющим раствором остатков нефтепродукта (нефти) со стенок резервуара;
отбор (откачка) нефтешлама, получаемого в процессе размыва отложений со дна резервуара, в емкость временного хранения;
отделение нефтепродукта (нефти) от моющего раствора и механических примесей;
закачка выделенного нефтепродукта (нефти) в автоцистерны, трубопровод или емкости;
дегазация резервуаров и емкостей с применением принудительной напорной вентиляции;
механизированная зачистка внутренних поверхностей резервуаров и емкостей;
ручная доочистка внутренних поверхностей резервуаров и емкостей;
сбор отходов в накопительных быстросборных емкостях.
К одному из перспективных методов удаления нефтеотложений относится универсальная передвижная автоматизированная система SUPERMACS (СуперМакс). Система предназначена для очистки резервуаров технологического оборудования с утилизацией нефтешламов.
Вариант решения проблемы очистки нефтяных резервуаров является предотвращение накопления осадков.
Наиболее рациональным методом из существующих по борьбе с накоплением донных осадков в нефтяных резервуарах, являются гидравлические системы размыва. В целях предотвращения накопления на днище резервуара осадков, а также для их удаления должны устанавливаются размывающие системы или винтовые мешалки [4].
Одним из типов размывающей системы является система размыва и предотвращения накопления осадка, состоящая из группы пригруженных веерных кольцевых сопел, обвязывающих их трубопроводов, насосного агрегата. Осадок размывается распространяющейся по днищу резервуара нефтью в виде веерной струи.
В процессе длительного накопления структура осадка изменяется. Он переходит из рыхлого состояния в уплотненное. Следует не допускать образования уплотненного осадка на днище резервуара.
Предотвращение накопления осадка следует осуществлять включением системы размыва по графику при высоте рыхлого осадка не более 10 см. Наиболее эффективный размыв рыхлого осадка происходит при расходе нефти (150–250) м3/ч на одно сопло.
При образовании в резервуаре уплотненного осадка его следует размывать прокачиванием нефти через систему в течение нескольких последовательных циклов заполнения и опорожнения. Наиболее эффективный размыв уплотненного осадка происходит при расходе нефти (200–300) м3/ч на одно сопло.
Однако накопление осадков не всегда удается предотвратить. В этом случае применяют различные способы очистки. И наиболее эффективным методом очистки является химико-механизированный, заключающийся в использовании растворителя парафина в сочетании с перемешиванием и подогревом осадков. Подобная технология сокращает затраты времени и труда и позволяет извлекать из осадков углеводородную часть.
- Кононов, О.В. Анализ и классификация существующих способов борьбы с отложениями в нефтяных емкостях / О. В. Кононов, Б. Н. Мастобаев // История науки и техники. — 2010. — № 6. — С.60–68.
- Способ очистки резервуаров, предназначенных для хранения и транспортировки нефти и нефтепродуктов при отрицательных температурах окружающей среды: пат. 2548077 Рос. Федерация: МПК7: B08B9 / 093 / Р. Р. Рамазанов, И. А. Малыхин [и др.]; заявитель и патентообладатель Миррико Холдинг ЛТД (VG). — № 2013110766/13; заявл. 12.03.2013; опубл. 18.03.2015
- Лерке, Г. Э. Исследование и разработка системы размыва и предотвращения накопления парафинистого осадка в нефтяных резервуарах большой емкости: автореф. дис. канд. техн. наук. — Уфа: ВНИИСПТнефть, 1981.-25 с.
- Совершенствование систем предотвращения накопления донных нефтяных отложений в резервуарах большой вместимости / В. Н. Александров, В. А. Галканов, Б. Н. Мастобаев [и др.] // Нефтяное хозяйство. 2001. — № 2. -С. 70–72.
Источник
Очистка резервуаров от нефтешлама
Ручной метод
Это первый способ, который стали применять для очистки резервуаров от нефтешламов. С помощью ручных инструментов, например, лопат и скребков, собирают донные отложения в емкости и удаляют, используя простейшие грузоподъемные механизмы.
После очищения от твердых отложений, хранилище промывают водой с температурой 30—50° C с давлением 0,2—0,3 МПа. После промывки разжиженный остаток откачивают насосом и протирают емкость ветошью до требуемой чистоты.
Ручной метод очистки самый недорогой — не требует вложений на оборудование. Но есть существенный недостаток — опасность для жизни и здоровья работников. Также из-за трудоемкости работ хранилища углеводородов долго простаивают.
Механизированный метод
Донные отложения пропаривают с помощью машинок–гидромониторов, подающих горячую воду. Затем аппаратами абразивной обработки, управляемыми механическими скребками или жидкостью под давлением днище хранилищ очищают. Полученные отходы удаляют из резервуаров с помощью подъемных механизмов или насосами.
Достоинства:
- снижается время очистки;
- уменьшается простой нефтехранилищ;
- уменьшается объем тяжелых операций.
Недостатки:
- при зачистке водой с давлением выше 2,0 МПа образуется «режущая» струя, которая снижает качество мойки и повреждает резервуар;
- при чистке механизированными скребками шлам не удаляется полностью. Также скребки могут нарушить герметичность хранилища углеводородов;
- удаление осадка абразивами пагубно влияет на конструкцию емкости;
- потери легких нефтяных фракций;
- расход тепловой энергии на подогрев воды.
Также, механизированный способ применяют, чтобы предотвратить образование осадка. Для этого используют механические устройства — миксеры, которые постоянно перемешивают нефтепродукт. Их устанавливают в нижней части нефтехранилищ.
Тепловой метод
Очищать резервуар от нефтешлама этим способом можно круглогодично, но чаще всего его применяют при отрицательных температурах. Используют два способа подогрева и разжижения шламов:
Разогрев горячей водой
В нефтепродукт наливают жидкость температурой 80—85° C высотой, равной донному остатку. Для ускорения разогрева в нефтепродукт подают острый пар и перемешивают по схеме «хранилище—насос—хранилище». Процедура длится от 18 до 32 часов, в зависимости от температуры воздуха. Разжиженный нефтешлам откачивают и отправляют не регенерацию.
Донный остаток заливают горячим нефтепродуктом, идентичным хранимому. Затем производят циркуляцию смеси по схеме «резервуар—теплообменник—резервуар». Температура смеси, возвращающейся в емкость, — минимум 45° C. Циркуляция длится 16—24 часа и зависит от свойств и количества нефтешлама. Полученную эмульсию откачивают в емкость для регенерации.
Химико-механизированный метод
Воздействует на нефтеостатки сразу тремя способами:
- химическим — добавляют в рабочее вещество реагенты;
- механическим — с помощью моющих машинок раствор обладает ударным воздействием;
- термическим — чистящее вещество разогревает нефтешлам.
Для совмещения способов очистки используют специальный комплекс: 
Добавление реагентов повышает эффективность удаления донных отложений при относительно низких температурах от 45 до 55° C. При этом выделяется жидкий углеводород с низким содержанием воды — до 5 %.
Недостатки: использование дорогого реагента, необходимость очистки моющего раствора от нефтеостатков с последующей утилизацией. Также взаимодействие химических веществ с углеводородами может привести к образованию взрывоопасных паров.
Биологический метод
В основе метода лежит использование углеводородокисляющих микроорганизмов, которые разлагают нефтепродукты до экологически безвредных продуктов: воды, биомассы, углекислого газа.
Общая схема удаления донных отложений биологическим способом:
- Обработка нефтешлама водным раствором биопрепарата.
- Разжижение остатков углеводорода в течение 4-х суток до жидкой консистенции.
- Удаление продуктов разложения из резервуара.
- Утилизация разжиженных нефтепродуктов.
Также этот метод применяется для очистки стоков в нефтеуловителях.
Основное преимущество биологического способа зачистки — экологичность.
Недостаток — необходимость в специализированном производстве биопрепарата, которое является сложным и дорогим.
Акустический метод
Основа метода — воздействие мощным акустическим облучением на донные загрязнения. Облучение создается с помощью электромагнитного активационного вибратора, который погружают в нефтепродукт. Благодаря акустическому воздействию происходит тонкое измельчение твердых фракций (диспергирование), а также снижается вязкость нефтешламов. Обработанный осадок удаляется насосами для дальнейшей очистки от механических частиц в двухфазной центрифуге. Далее поступает в трехфазный центробежный сепаратор для разделения воды и углеводородов.
Роботизированный метод
Его преимущество — безопасность выполнения работ. Работники находятся в резервуаре короткое время — только для установки и перемещения оборудования внутри хранилища.
Процесс очистки состоит из четырех этапов:
- Робот с дистанционным управлением размывает водяной пушкой донные отложения и одновременно удаляет их встроенным насосом.
Вариант устройства робота-очистителя. 1 — самовращающееся сопло; 2 — держатель форсунки; 3, 16 — защитная крышка; 4 —светодиодный фонарь; 5 — гусеницы; 6, 13 — колеса шасси; 7 — переходное устройство; 8 — трубопровод; 9 — балка шасси; 10 — трубопровод форсунки; 11 — электродвигатель; 12 — крепление для камеры; 14 — камера; 15 — устройство для очистки камеры; 17 — гидроцилиндр.
- Размытые отложения попадают в буферную емкость, в которой тяжелые загрязнения оседают и убираются шнеками, а скиммерами собирается нефтяная пленка.
- Оставшаяся жидкость и нефтешлам из буферной емкости подается на трехфазную центрифугу, где под действием центробежных сил происходит окончательное разделение воды, нефти и механических примесей
- Заключительный этап — утилизация обезвоженного осадка (кека) и возвращение воды для дальнейшего разжижения донных загрязнений.
Благодаря такой зачистке уменьшается количество отходов, подлежащих утилизации, снижается время простоя нефтехранилищ. Также от отделенной из нефтешлама нефти получают дополнительную выгоду. Основной недостаток — высокая стоимость оборудования.
Чтобы улучшить качество очистки нефтяных резервуаров, применяют различные комбинации вышеперечисленных способов.
Источник
