Температурные поправки к плотности нефтепродуктов

В. В. Шалай, Ю. П. Макушев

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ НЕФТЕБАЗ И АЗС

Учебное пособие

Омск

Издательство ОмГТУ

УДК 622.692.5+625.748.54+621.645(075)

ББК 65.305.143.22я73

Ш18

Рецензенты:

В. Р. Ведрученко, д-р техн. наук, проф. (ОмГУПС);

В. В. Сыркин, д-р техн. наук, проф. (СибАДИ)

Шалай, В. В.

Ш18 Проектирование и эксплуатация нефтебаз и АЗС: учеб. пособие /
В. В. Шалай, Ю. П. Макушев. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2010. – 296 с.

ISBN 978-5-8149-0825-4

В учебном пособии приведен материал по основным разделам дисциплины «Проектирование и эксплуатация нефтебаз и АЗС». Рассмотрены вопросы от производства нефтепродуктов до их реализации, транспортировка нефтепродуктов трубопроводным, железнодорожным, водным и автомобильным транспортом. Особое внимание уделено снижению потерь нефтепродуктов при эксплуатации нефтебаз и АЗС, их транспортировке, хранению, сливным и наливным операциям. Приведена методика расчета нагревателей нефтепродуктов, даны примеры расчетов.

Проанализировано истечение нефтепродуктов через насадки, сифонные трубопроводы, рассмотрены вопросы перевозки, слива топлив, учета количества и качества. Приведена методика выбора объёма резервуаров для нефтебаз и АЗС, рассмотрены вопросы защиты от коррозии и молний, автоматического тушения пожара. Отражены вопросы влияния нефтепродуктов на человека и окружающую среду.

Каждый раздел завершается перечнем вопросов для самоконтроля, что позволяет читателю проверить степень усвоения изучаемого материала.

Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальности 130501 «Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ», и может быть полезно студентам других родственных специальностей высших учебных заведений, аспирантам, инженерам.

Табл. 81. Ил. 103 Библиогр.: 62 назв.

Печатается по решению редакционно-издательского совета

Омского государственного технического университета

УДК 622.692.5+625.748.54+621.645(075)

ББК 65.305.143.22я73

© ГОУ ВПО «Омский государственный

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ......................................................................................................... 6

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ............................... 8

2. НЕФТЬ И ЕЕ ПЕРЕРАБОТКА..................................................................... 18

3. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ТОПЛИВ.................................................................... 29

3.1. Бензины................................................................................................ 29

3.1.1. Процесс сгорания бензина......................................................... 31

3.1.2. Методика определения октанового числа................................. 34

3.2. Дизельные топлива.............................................................................. 35

3.2.1. Процесс сгорания дизельного топлива..................................... 39

3.2.2. Методика определения цетанового числа................................. 40

3.3. Газообразные топлива........................................................................ 43

3.3.1. Сжиженные и сжатые газы......................................................... 43

4. МАСЛА И СМАЗКИ.................................................................................... 45

4.1. Моторные масла.................................................................................. 45

4.2. Трансмиссионные масла...................................................................... 47

4.3. Пластичные смазки.............................................................................. 49

5. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ...................................................... 52

5.1. Влияние нефтепродуктов на человека и окружающую среду........... 52

5.2. Пожарная и взрывная опасность нефтепродуктов1 Методика определения цетанов............................. 56

6. ТРАНСПОРТ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ......................................... 61

6.1. Общие сведения о транспорте нефтепродуктов................................. 61

6.2. Железнодорожный транспорт............................................................ 61

6.3. Водный транспорт............................................................................... 63

6.4. Автомобильный транспорт................................................................. 66

6.5. Правила перевозки опасных грузов автомобильным транспортом. 70

6.5.1. Общие положения....................................................................... 70

6.5.2. Организация перевозок.............................................................. 71

6.6. Трубопроводный транспорт............................................................... 82

7. ПЕРЕКАЧКА НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ......................................... 89

7.1. Гидравлический расчет трубопроводов............................................. 89

7.2. Расчет на прочность трубопроводов................................................. 94

7.3. Насосная установка............................................................................. 97

7.3.1. Совмещенная характеристика насоса и трубопровода.......... 101

7.3.2. Регулирование режимов работы насоса.................................. 102

7.3.3. Выбор основных параметров центробежного насоса............ 104

7.3.4. Пример расчета колеса центробежного насоса...................... 108

7.4. Насосные станции для перекачки нефтепродуктов.......................... 112

8. СЛИВ НЕФТЕПРОДУКТОВ...................................................................... 116

8.1. Истечение жидкости через отверстия.................................................. 116

8.2. Истечение жидкости через насадки..................................................... 118

8.3. Истечение жидкости при переменном напоре..................................... 120

8.4. Истечение жидкости через сифонные трубопроводы......................... 123

9. ПОДОГРЕВ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ.......................................... 127

9.1. Назначение, способы подогрева и теплоносители............................. 127

9.2. Конструкции подогревателей.............................................................. 128

Основы расчета и выбора теплообменных аппаратов....................... 133

9.3.1. Расчет подогревателей для неподвижных нефтепродуктов..... 137

9.3.2. Выбор основных параметров теплообменника типа
«труба в трубе»........................................................................... 141

9.3.3. Пример расчета теплообменного аппарата типа
«труба в трубе»........................................................................... 143

10. НЕФТЕБАЗЫ............................................................................................ 148

10.1. Классификация нефтебаз и их размещение..................................... 148

10.2. Выбор района для строительства нефтебазы.................................. 149

10.3. Выбор площадки под строительство нефтебазы............................ 151

10.4. Генеральный план нефтебазы.......................................................... 152

10.5. Резервуарные парки......................................................................... 157

10.5.1. Общие требования к резервуарным паркам........................ 157

10.5.2. Определение основных размеров вертикальных
цилиндрических резервуаров................................................ 163

10.5.3. Расчёт на прочность стенок резервуара.............................. 165

10.5.4. Дыхательные клапаны резервуаров..................................... 170

10.5.5. Вместимость резервуарного парка нефтебазы.................... 176

10.5.6. Расчет количества сливных и наливных устройств............. 180

10.5.7. Контроль качества нефтепродуктов..................................... 187

10.5.8. Молниезащита и автоматическое пожаротушение
резервуарных парков............................................................ 189

11. НОРМИРОВАНИЕ РАСХОДА ТОПЛИВ И СМАЗОЧНЫХ
МАТЕРИАЛОВ............................................................................................... 193

12. СТАНЦИИ ПО ЗАПРАВКЕ АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ
ЖИДКИМИ НЕФТЕПРОДУКТАМИ............................................................ 196

12.1. Назначение и типы АЗС................................................................... 196

12.2. Состав сооружений типовых АЗС................................................... 199

12.3. Устройство автозаправочных станций............................................ 200

12.4. Основные системы АЗС.................................................................... 205

12.5. Топливораздаточные колонки......................................................... 208

12.5.1. Выбор основных параметров пластинчатого и шестерённого
насосов.................................................................................... 217

12.5.2. Определение основных размеров раздаточного крана....... 221

12.6. Генеральный план и технологическая схема АЗС.......................... 222

12.7. Планировка АЗС.............................................................................. 228

12.8. Приём и выдача нефтепродуктов.................................................... 240

12.9. Учёт количества и качества нефтепродуктов на АЗС..................... 245

12.10. Меры пожарной безопасности на АЗС.......................................... 251

12.11. Охрана окружающей природной среды....................................... 252

12.12. Информация и документация АЗС................................................ 254

13. АВТОМОБИЛЬНЫЕ ГАЗОНАПОЛНИТЕЛЬНЫЕ СТАНЦИИ............ 257

13.1. Планировка и характеристика газонаполнительных станций........ 257

13.2. Требования по технике безопасности при заправке газовым
топливом............................................................................................ 266

14. ХРАНЕНИЕ НЕФТЕПРОДУКТОВ И ИХ ПОТЕРИ.............................. 270

14.1. Потери нефтепродуктов от испарения............................................. 270

14.2. Уменьшение утечек топлива из резервуаров путем применения
хлопушек............................................................................................ 282

ЗАКЛЮЧЕНИЕ............................................................................................... 286

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК............................................................ 290

Введение

Развитие транспорта связано со значительным ростом потребления нефти, нефтепродуктов и газа. Промышленность, транспорт и сельское хозяйство потребляют около 200 сортов нефтепродуктов в виде топлив и масел. Газ используют в металлургии, на электростанциях, в двигателях внутреннего сгорания как наиболее дешевый вид топлива. Бесперебойная работа всех отраслей народного хозяйства зависит от своевременной по­ставки нефтепродуктов.

Доставка и распределение нефтепродуктов осуществляется трубопроводным, водным, железнодорожным и автомобильным транспортом, а также сетью нефтебаз, газохранилищ, раздаточных станций.

Каждый вид транспорта используется в зависимости от развития соответствующих транспортных путей, объема перевозок, характера нефтегрузов, расположения нефтепромыслов, нефтеперерабатывающих заводов, нефтебаз и основных потребителей. При этом во всех случаях выбора вида транспорта преследуется цель – при минимальных затратах сократить сроки доставки нефти и нефтепродуктов.

При выборе вида транспорта во внимание принимаются как его недостатки, так и преимущества. Нельзя пренебрегать и такими факторами, как сезонность работы и расстояние перевозки. Например, водным транспортом, который дешевле железнодорожного, можно перевозить только в навигационный период, автомобильным (в некоторых районах) – до наступления распутицы, а железнодорожным и трубопроводным практически круглый год. При перевозках нефтепродуктов на короткие расстояния целесообразно использовать автомобильный транспорт.

Современная нефтебаза – это сложное и многообразное хозяйство. Оно включает резервуарные парки, разветвленную сеть трубопроводов, насосное оборудование, наливное и сливное оборудование, лаборатории анализа качества нефтепродуктов. От правильного проектирования и эксплуатации нефтебазы зависит её эффективность.

Автозаправочные станции (АЗС) представляют собой комплекс зданий, сооружений, оборудования и предназначены в основном для заправки транспортных средств моторным топливом и маслами.

Красиво оформленные и оборудованные АЗС являются украшением города или автомобильной магистрали. Они проектируются с учетом требований СНиПов, ГОСТов, РД, обеспечивая пожарную безопасность и безопасность жизнедеятельности.

Основными строительными нормами и правилами при проектировании и эксплуатации нефтебаз и АЗС, руководящими документами, государственными стандартами являются: СНиП 2.11.03 – 93 «Склады нефти и нефтепродуктов. Противопожарные нормы», РД 153 – 39.2 – 080 – 01 «Правила технической эксплуатации автозаправочных станций», РД153 – 39.4 – 078 – 01 «Правила технической эксплуатации резервуаров магистральных нефтепроводов и нефтебаз», ГОСТ 1510-84 «Нефть и нефтепродукты. Маркировка, упаковка, транспортирование и хранение».

Современные заправочные станции располагаются на автомагистралях, в городах, населенных пунктах и могут производить заправку автотранспорта газом, бензином и дизельными топливами. На заправках можно приобрести расфасованные масла, смазки, специальные жидкости, запасные части. На некоторых АЗС располагаются мойки, станции технического обслуживания, столовые.

В России эксплуатируется более 40 млн. мобильных транспортных машин c двигателями внутреннего сгорания, среди которых около 30 млн. автомобилей. На автомобильный транспорт приходится более 50 % грузовых и пассажирских перевозок. Для обеспечения движения автомобилей и другой техники используют двигатели внутреннего сгорания, которые в качестве топлива используют, в основном, нефтепродукты.

В учебном пособии рассмотрены вопросы от производства нефтепродуктов до их реализации. На пути к потребителю нефтепродукты транспортируются до нефтебаз, сливаются, хранятся, подвозятся к станциям по заправке техники жидким и газообразным топливом.

Современный инженер должен знать новейшие технологии получения качественных топлив, смазочных материалов, отечественную и зарубежную маркировку, эксплуатационные, экологические свойства нефтепродуктов, требования к ним и их анализ; перевозку нефти и нефтепродуктов водным, железнодорожным и автомобильным транспортом; передовой опыт, нормативные документы, способы экономии, правила хранения, учет нефтепродуктов, технику безопасности.

Технически правильная и рациональная эксплуатация нефтебаз и АЗС возможна только хорошо подготовленными специалистами.

В учебном пособии приведены материалы, охватывающие основные разделы курса «Проектирование и эксплуатация нефтебаз и АЗС». Целью учебного пособия является формирование знаний у студентов специальности 130501 «Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ» в области проектирования и эксплуатации нефтебаз и АЗС, перевозок нефтепродуктов и их хранения, снижения потерь от испарения, отпуска и их учета, влияния нефтепродуктов на человека и окружающую среду, взрывной и противопожарной безопасности.

1. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ

Плотность – это физическая величина, характеризующая содержание массы вещества в единице объёма. Плотность (кг/м³) определяется как отношение массы вещества к единице объема:

(1.1)

Для воды при 20 °С плотность равна 1000 кг/м³, плотность моторного масла – примерно 900 кг/м³, дизельного топлива – 850 кг/м³, бензина – 750 кг/м³. По плотности, приведенной к 20 °С, определяют массу вещества.

Плотность жидких нефтепродуктов (бензина, дизельного топлива, масла) определяют при 20 °С ареометрами с различной шкалой. По плотности определяют вид нефтепродукта и его массу, что очень важно при получении нефтепродукта большого объема. Методика определения плотности следующая [3, 23].

В стеклянный цилиндр, установленный на прочный горизонтальный стол, осторожно наливают испытуемый нефтепродукт, температура которого не должна отличаться от температуры окружающей среды более чем на ± 5 °С. В нефтепродукт медленно и осторожно опускают чистый и сухой ареометр, держа его за верхний конец, до момента его свободной плавучести (рис. 1.1). Отсчет показаний производится по верхнему краю мениска, глаза должны находиться на уровне мениска.

Температуру нефтепродукта определяют по термометру нефтеденсиметра или измеряют дополнительным термометром.

Обработка результатов. Если температура нефтепродукта в момент определения плотности отличалась от 20 °С, необходимо ввести температурную поправку. Тогда плотность, приведенная к 20 °С, будет равна

(1.2)

где и - плотность нефтепродукта при 20 °С и при температуре измерения; k – температурная поправка; t – температура испытаний, °С.

Средняя величина температурных поправок на плотность нефтепродуктов приведена в таблице 1.1.

Таблица 1.1

Температурные поправки к плотности нефтепродуктов

Плотность бензинов стандартами не нормируется. Она используется для ориентировочной оценки вида топлива, при пересчете нефтепродуктов из массовых в объёмные единицы, для обеспечения их учета при транспортировках и отпуске при заправке в бак. Плотность основных нефтепродуктов при 20 °С может лежать в следующих пределах:

1. Бензины 726 - 785 кг/м³.

2. Дизельные топлива 830 - 860 кг/м³.

3. Моторные масла 880 - 915 кг/м³.

4. Мазуты 940 – 970 кг/м³.

5. Реактивные топлива 755 – 840 кг/м³.

6. Котельные топлива 870 – 900 кг/м³.

Удельным объемом называют величину, обратную плотности (м³/кг):

(1.3)

Удельным весом называют вес жидкости (газа), приходящийся на единицу объема (Н/м³):

(1.4)

Между удельным весом и плотностью существует следующая связь
(g = 9, 81 м/с²– ускорение свободного падения):

(1.5)

Давление – это физическая величина, характеризующая интенсивность сил, действующих на поверхность тела. Давление (Н/м², Па) определяется отношением нормальной силы к единице площади:

(1.6)

1 техническая атмосфера = 1 кгс/см² = 0, 98·10 ⁵ Па = 0, 1 МПа = 736 мм рт. ст. =
= 10 м водяного столба. На рис. 1.2 показаны виды давлений.

Давление различают как атмосферное, избыточное, абсолютное, вакуумметрическое. Недостаток давления до атмосферного называют вакуумметрическим. Давление больше атмосферного является избыточным.

Давление насыщенных паров – давление, при котором жидкость и газ находятся в термодинамическом равновесии, жидкость не испаряется, газ не конденсируется. Его можно определить как давление, при котором при данной температуре жидкость вскипает.

Р_изб.

Р_{вакуум.}

Р_атм.

Р_абс.

Рис. 1.2. Виды давлений

Для бензинов при температуре t = 38 °С давление насыщенных паров должно быть не более 0, 067 МПа (летний бензин) и не более 0, 093 МПа (зимний). ГОСТ Р 51105 – 97 разделяет бензины на 5 групп по величине давления насыщенных паров (табл. 1.2).

Таблица 1.2