5 способов сокращения выбросов загрязняющих веществ из резервуаров хранения нефти и нефтепродуктов

При хранении жидкостей в резервуарах выбросы паров и газов в атмосферу происходит периодически в определенные промежутки времени, связанные с закачкой и откачкой жидкости и суточными колебаниями температуры окружающего воздуха.

Когда резервуары соединены с атмосферой, например, посредствам дыхательных клапанов или вентиляционных патрубков, то выбросы происходят при вытеснении паровоздушной смеси из газового пространства. При поступлении жидкости в резервуар объем газового пространства уменьшается, и смесь паров с воздухом постепенно вытесняется через дыхательный клапан или вентиляционный патрубок. Процесс вытеснения паровоздушной смеси жидкостью называется «большим дыханием».

Выбросы в атмосферу происходят также и при откачке жидкости из резервуара, когда в освободившийся объем через дыхательные клапаны всасывается атмосферный воздух. При этом парциальное давление органических паров снижается, что вызывает усиленное испарение жидкости. Избыток паровоздушной смеси стравливается в атмосферу через дыхательные клапаны и происходит дополнительный выдох или «обратный выдох». Выбросы от «обратных выдохов» незначительны и составляют 7-12% от «больших дыханий».

Выбросы паров в атмосферу возникают также при длительном хранении жидкостей в результате суточных изменений температуры воздуха в резервуаре. Ночью, когда атмосферный воздух холоднее, в резервуаре происходит охлаждение паровоздушной смеси и конденсация паров, в результате чего образуется вакуум и наружный воздух всасывается в резервуар. Днем паровоздушная смесь в резервуаре нагревается за счёт тепла окружающего воздуха и солнечной радиации. При этом происходит интенсификация процесса испарения жидкости и увеличивается объем паров, избыток которых стравливается через дыхательный клапан или вентиляционный патрубок в атмосферу. Такие выбросы называются «малым дыханием». «Малые дыхания» происходят при неподвижном уровне жидкости, когда уровень жидкости в резервуаре постоянен. Давление в резервуаре остается также постоянным, т.к. суточные колебания атмосферного давления не превышают 20-30 мм.рт.ст.

Резервуары, изолированные от атмосферы, находятся под давлением паров жидкости, или инертного газа, введенного внутрь резервуара.
Выбросы паров из таких резервуаров происходит через неплотности фланцевых соединений люков, арматуры и газовых трубопроводов.
С уменьшением объема газового пространства в резервуаре снижаются выбросы в атмосферу.

Далее мы рассмотрим различные способы сокращения выбросов загрязняющих веществ из резервуаров хранения нефтепродуктов как при "малых" так и "больших" дыханиях.

По данным исследований, окраска резервуаров белыми эмалями позволяет сократить амплитуду колебаний температуры газового пространства резервуара, в следствие чего сокращаются выбросы загрязняющих веществ при "малых дыханиях"

В среднем сокращение выбросов от "малых дыханий" для вертикальных цилиндрических резервуаров составляет 5-19% в зависимости от климатической зоны расположения резервуара. Наибольшей эффективности это мероприятие достигает в южных шротах.

Понтон – средство сокращения потерь нефтепродуктов с эффективностью от 70 до 98% в зависимости как от материалов самого понтона, так и от уплотняющего затвора.

Установка плавающих крыш позволяет сократить потери нефтепродуктов до 99%

Установка понтонов и плавающих крыш позволяет, благодаря перекрытию поверхности испарения, позволяет сокращать как большие, так и малые дыхания. Этот способ сокращения выбросов из резервуаров считается одним из наиболее эффективных.

Большую популярность в настоящее время приобретают газоуравнительные системы с резервуарами газгольдерами и системой автоматического отвода конденсата.

В начале вытесняемая из резервуаров газовоздушная смесь поступает в мягкие резервуары газгольдеры. При достижении общего давления в газоуравнительной системе до заданной величины, включается компрессорная установка улавливания легких фракций. Принцип действия основан на ступенчатом сжатии паровоздушной смеси с последующим охлаждением, в результате чего происходит конденсация паров нефтепродукта. Конденсированный нефтепродукт из сборника конденсата перекачивается обратно в резервуар.

Несмотря на высокую эффективность таких систем (практически 100% улавливание паров), у газоуравнительных систем имеется очень серьезный недостаток, а именно - высокая пожаро- и взрывоопасность. Пожар на одном резервуаре в системе может спровоцировать пожар во всей системе.

Более дорогим и эффективным мероприятием по снижению потерь нефтепродуктов является организация системы улавливания легких фракций углеводородов. На рисунке представлена принципиальная схема установки рекуперации паров углеводородов системы «Углеродной вакуумно-регенерированной адсорбции»

Установка УРП состоит из двух активированных углеродных фильтров, один из которых соединен с газоуровнительной системой – «режим адсорбции», а другой находится в процессе вакуумной регенерации.Активированный углерод обладает чрезвычайно большой площадью поверхности по отношению к объему, и углеводороды адсорбируется в очень тонком поверхностном слое углерода. Углерод может адсорбировать лишь определенное количество углеводородов до наступления насыщения. Если насыщение происходит в фильтре, то пары проходят через него необработанными. Следовательно, для восстановления производительности углерода требуется его регенерация, что обеспечит эффективную адсорбцию углеводородов в последующем цикле.
Процесс регенерации паров включает две стадии.Сначала в фильтре создается вакуум для обеспечения такого уровня давления, при котором углеводороды начинает десорбировать из угля. На этой стадии извлекается основная часть углеводородов. Извлечение оставшейся части углеводородов из фильтра обеспечивается продувкой воздухом, завершающей процесс регенерации.  Использующейся для регенерации вакуумный насос представляет собой насос сухого типа с очень низким энергопотреблением. Из сепаратора высоко обогащенные углеводородами пары поступает в абсорбционную колонку, где большая часть углеводородов абсорбируется встречным потоком абсорбента.Присутствующий при этом незначительный объем воздуха, попавший во время воздушной продувки на стадии регенерации, выходит через верхнюю часть абсорбционной колонки, что приводит к выносу незначительной части углеводородов, подлежащих в дальнейшем возврату в углеродный фильтр в режиме адсорбции.
Эффективность такой установки составляет 99,98%

Так же, к мероприятиям, направленным на снижение потерь нефтепродуктов, относится герметизация. Недостаточная герметизация оборудования резервуаров приводит к утечкам паров нефтепродукта через неплотности фланцевых соединений.
Эксплуатация резервуара при проектном давлении до 2 кПа также позволяет сократить потери нефтепродуктов (до 30%) по сравнению с резервуарами с нарушенной герметичностью. Использование самоцентрирующихся уплотнений, гибких ленты и металлических профилей способно сократить на 50–90% утечки нефтепродукта и, как следствие, сократить выброс загрязняющих веществ в атмосферу.

Сочетание конструктивных решений (плавающие крыши, уплотнители), систем улавливания паров нефтепродуктов, а также соблюдение технических регламентов даёт наиболее устойчивый эффект по снижению выбросов. Однако, выбор того или иного решения по снижению выбросов паров нефтепродуктов из резервуаров должно основываться в первую очередь на особенностях резервуарных парков - их емкости, оборачиваемости, возможности установки того или иного оборудования и так далее.