Принципиальные схемы обустройства нефтегазовых объектов

Объекты хранения и распределения углеводородов

Классификация нефтебаз

Нефтебазами называются предприятия, состоящие из комплекса сооружений и установок, предназначенных для приема, хранения и отпуска нефтепродуктов потребителям. Основное их назначение - обеспечить бесперебойное снабжение промышленности, транспорта, сельского хозяйства и других потребителей нефтепродуктами в необходимом количестве и ассортименте: сохранение качества и сокращение до минимума их потерь.

Нефтебазы представляют большую опасность в пожарном отношении. За критерий пожароопасности нефтебаз принимают суммарный объем резервуарного парка. По величине этого объема нефтебазы делят на следующие категории:

• первая - объем свыше 100 ;
• вторая - объем в пределах от 20 до 100 ;
• третья - объем от 2 до 20 .

В зависимости от категории строительными нормами устанавливаются минимально допустимые расстояния до соседних объектов. Например, расстояние от нефтебаз первой категории до жилых и общественных зданий должно быть не менее 200 м.

По принципу оперативной деятельности нефтебазы делятся на перевалочные, распределительные и перевалочно-распределительные.

Перевалочные нефтебазы предназначены для перегрузки (перевалки) нефтепродуктов с одного вида транспорта на другой. Размещают их на берегах судоходных рек и морских портов, крупных железнодорожных магистралей, промежуточных перекачивающих станций. Перевалочные нефтебазы обычно играют роль конечного пункта МН.

Распределительные нефтебазы предназначены для непродолжительного хранения нефтепродуктов и снабжения ими потребителей обслуживаемого района. Их разделяют на нефтебазы оперативного и сезонного хранения. Последние предназначены для компенсации неравномерности подачи нефтепродуктов на оперативные нефтебазы.

По номенклатуре хранения различают нефтебазы общего хранения, хранения только светлых нефтепродуктов и только темных нефтепродуктов.

К основным операциям на нефтебазах относятся:

• прием нефтепродуктов;
• хранение нефтепродуктов в резервуарах и тарных хранилищах;
• отпуск нефтепродуктов в железнодорожные и автомобильные цистерны, танкеры и по трубопроводам;
• замер и учет нефтепродуктов.

Объекты нефтебаз и их размещение

Размещение объектов на территории нефтебазы должно обеспечить удобство их взаимодействия, минимальную длину технологических трубопроводов, водопроводных и тепловых сетей при соблюдении всех противопожарных требований. В общем случае территория нефтебазы разделена на семь зон:

• железнодорожных операций;
• водных операций;
• хранения нефтепродуктов;
• оперативная зона;
• очистных сооружений;
• вспомогательных сооружений;
• административно-хозяйственная зона.

В зоне железнодорожных операций размещаются сооружения для приема и отпуска нефтепродуктов по железной дороге. Основные объекты этой зоны: сливо-наливные эстакады для приема и отпуска нефтепродуктов; насосные станции для перекачки нефтепродуктов из вагонов-цистерн в резервуары и обратно; лаборатории для проведения анализов нефтепродуктов. Из возможных схем налива нефтепродуктов в железнодорожные цистерны наиболее предпочтительным является герметичный налив, при котором используется герметизирующая крышка и линия отвода и улавливания паровоздушной смеси.

Слив железнодорожных цистерн производится принудительно или сифоном через их горловину (верхний слив), а также принудительно или самотечно через сливной прибор, расположенный снизу цистерны (нижний слив).

В зоне водных операций сосредоточены сооружения для приема и отпуска нефтепродуктов танкерами и баржами. К ним относятся: нефтегавани; причалы и пирсы для швартовки нефтеналивных судов; стационарные и плавучие насосные. Для предотвращения растекания по воде нефтепродуктов, попавших на поверхность воды, акватория нефтегавани отделяется от остального водного пространства плавучими боновыми ограждениями. Для швартовки нефтеналивных судов служат причалы, расположенные параллельно берегу, и пирсы, расположенные под некоторым углом к берегу.

Соединение трубопроводов нефтебаз с нефтеналивными судами осуществляется либо с помощью гибких прорезиненных рукавов (шлангов), либо с помощью шарнирно-сочлененных трубопроводов (стендеров). Диаметр стендеров достигает 500 мм, а рабочее давление в них - 1,6 МПа. Стендеры более надежны, чем шланги, и обеспечивают более высокую производительность операций слива-налива.

В зоне хранения нефтепродуктов размещаются: резервуарные парки для светлых и темных нефтепродуктов: резервуары малой вместимости для отпуска небольших партий нефтепродуктов (мерники); обвалование - ограждения вокруг резервуарных парков, препятствующие розливу нефтепродуктов при повреждении резервуаров.

В зоне очистных сооружений сосредоточены объекты, предназначенные для очистки нефтесодержащих вод от нефтепродуктов: нефтеловушки; флотаторы; пруды-отстойники; иловые площадки; шламонакопители; береговые станции по очистке балластных вод; насосные.

Набор перечисленных зон и объектов зависит от категории нефтебазы, назначения и характера проводимых операций.

Довольно широкое распространение получил способ подземного хранения нефти и нефтепродуктов. Различают следующие типы подземных хранилищ:

• в отработанных залежах углеводородов;
• хранилища, сооружаемые в отложениях каменной соли (галите);
• хранилища в пластичных породах, сооружаемые методом глубинных взрывов;
• шахтные и льдогрунтовые хранилища.

Резервуары и их оборудование

Резервуары являются основными сооружениями нефтебаз. По материалу, из которого они изготовлены, различают металлические, железобетонные, резинотканевые и сооружаемые в горных выработках. Для обеспечения сохранности качества и количества нефтепродуктов разработано большое количество различных конструкций. Современные стальные резервуары подразделяются на вертикальные цилиндрические, горизонтальные (цистерны), каплевидные, сферические и др.

Для хранения больших объемов нефти наиболее распространенными являются вертикальные резервуары (типа РВС). Их цилиндрический корпус сварен из стальных листов толщиной от 4 до 25 мм, а кровля имеет коническую форму. Один горизонтальный ряд сваренных между собой листов называется поясом резервуара. Нижние пояса испытывают большую гидростатическую нагрузку, чем верхние пояса, поэтому они выполняются из более толстых стальных листов.

Щитовая кровля больших резервуаров опирается на фермы и на центральную стойку. Сварное днище располагается на песчаной подушке, обработанной битумом, и имеет уклон от центра к периферии. Этим обеспечивается более полное удаление подтоварной воды.

Резервуары типа РВС сооружаются объемом от 100 до 50000 и рассчитаны на избыточное давление 2 кПа и вакуум 0,2 кПа. Для сокращения потерь нефти от испарения вертикальные резервуары оснащают понтонами или плавающими крышами.

Резервуары с плавающей крышей (РВСПК) не имеют стационарной кровли. Роль крыши у них выполняет плавающий на поверхности нефти стальной диск. Дисковые однослойные крыши менее металлоемки, но при появлении течи такие крыши тонут. Двухслойные крыши - это пустотелые короба, разделенные перегородками на отсеки, обеспечивающие плавучесть. Диаметр крыш на 100-400 мм меньше диаметра резервуара. Кольцевое пространство герметизируется с помощью уплотняющих затворов. В крайнем нижнем положении плавающая крыша опирается на опорные стойки высотой 1,8 м, что позволяет рабочим проникать внутрь резервуара и выполнять необходимые работы.

Эксплуатируются также резервуары, имеющие стационарную крышу, снабженные плавающим на поверхности понтоном. Металлические понтоны мало отличаются от плавающих крыш. Синтетические понтоны покрыты ковром из полиамидной пленки и практически непотопляемы.

Горизонтальные стальные цилиндрические резервуары (тип РГС) в отличие от вертикальных изготавливают на заводе и поставляют в готовом виде. Их объем составляет от 3 до 100 . В системе МН такие резервуары используют для сбора утечек.

Каплевидные резервуары применяют для хранения легко-испаряющихся нефтепродуктов с высокой упругостью паров. Оболочке резервуара придают очертания капли жидкости, свободно лежащей на несмачиваемой плоскости и находящейся под действием сил поверхностного натяжения. Благодаря такой форме все элементы корпуса испытывают примерно одинаковые напряжения. Эта особенность обеспечивает минимальный расход стали на изготовление резервуара.

На резервуарах устанавливается следующее оборудование ( рис. 5.6):

• обеспечивающее надежную работу и снижение потерь нефтепродуктов;
• для обслуживания и ремонта;
• противопожарное, для контроля и сигнализации.

К оборудованию первой группы относится:

• дыхательная арматура;
• приемо-раздаточные патрубки с хлопушками;
• средства защиты от внутренней коррозии;
• оборудование для подогрева нефти.

Назначение дыхательной арматуры состоит в следующем. При заполнении резервуаров или повышении температуры в газовом пространстве давление в них возрастает. Во избежание разрыва резервуаров на них устанавливаются дыхательные и предохранительные клапаны. Первые открываются, как только избыточное давление в газовом пространстве достигнет 2000 Па, предел срабатывания вторых - на 5% выше, они страхуют дыхательные клапаны.

Рис. 5.6. Схема расположения оборудования вертикального резервуара

Дыхательная арматура защищает резервуары и от смятия при снижении давления в период опорожнения или при уменьшении температуры в газовом пространстве. При достижении определенной величины вакуума дыхательные клапаны открываются, и в газовое пространство резервуаров поступает атмосферный воздух.

Приемо-раздаточные патрубки служат для приема и откачки нефти из резервуаров. Их количество зависит от производительности закачки-выкачки нефтепродуктов.

Сифонный кран устанавливается в первом поясе резервуара на высоте 350 мм от дна и служит для удаления воды из резервуара.

Протекторная защита предотвращает внутреннюю коррозию днища и первого пояса резервуаров. Ее сущность заключается в создании коррозионной пары "сталь-протектор", в которой разрушается протектор, а не сталь днища или стенки.

Люки-лазы размещаются в первом поясе и служат для проникновения рабочих внутрь резервуара. Кроме того, на крыше резервуара монтируются люк замерный и люки световые.

Система размыва и предотвращения накопления донных отложений представляет собой группу веерных сопел. Скорость истечения нефти из сопла такова, что обеспечивает срыв частиц осадка и их взвешивание.

Хранение и распределение газа

Расходование газа промышленными и коммунально-бытовыми потребителями является неравномерным и колеблется в течение суток, месяца и года. Газ по магистральному газопроводу подается равномерно, исходя из среднечасового расхода, поэтому в одни периоды времени возникает его нехватка, а в другие появляется избыток газа.

Для надежного газоснабжения потребителей избыток газа аккумулируют для того, чтобы выдавать его в газовую сеть в периоды пикового газопотребления.

Для компенсации неравномерности потребления газа в течение суток используют его аккумулирование на последнем участке магистрального газопровода. Увеличивая противодавление в конце газопровода в периоды пониженного газопотребления, газ накапливают в трубопроводе, не прекращая его перекачки.

Для компенсации суточной неравномерности потребления газа используют газгольдеры высокого и низкого давления. Газгольдеры - это сосуды большого объема, предназначенные для хранения газа под давлением.

Газгольдеры низкого давления (4000 Па) бывают мокрыми и сухими. Мокрые газгольдеры состоят из двух частей - вертикального цилиндрического резервуара, заполненного водой (неподвижная часть), и колокола, помещенного внутри резервуара, и представляющего собой цилиндр, открытый снизу (подвижная часть). При закачке газа давление под колоколом возрастает, и вода частично вытесняется в кольцевое пространство между резервуаром и колоколом. При дальнейшем возрастании давления колокол перемещается вверх, освобождая объем для новых количеств газа. При опорожнении газгольдера колокол опускается. На газгольдерах большого объема (свыше 6000 м3) подвижную часть разбивают на несколько секций, которые телескопически вкладываются друт в друга.

Газгольдеры низкого давления обладают низкой аккумулирующей способностью.

Газгольдеры высокого давления имеют неизменный геометрический объем, в котором помещается большое количество газа благодаря высокому рабочему давлению. Газгольдеры высокого давления бывают цилиндрическими и сферическими. Цилиндрические газгольдеры имеют объем до 270 и рассчитаны на давление до 2 МПа. Толщина их стенки может достигать 30 мм.

Сферические газгольдеры имеют объем до 4000 и толщину стенки до 34 мм. Монтируют их из отдельных лепестков, а также из верхнего и нижнего днищ, имеющих форму шарового сегмента. Опоры выполняют в виде цилиндрического стакана из железобетона.

С ростом объема потребления нефти и газа потребовались хранилища вместимостью в миллионы кубических метров. Обеспечить хранение таких количеств нефти и газа могут только подземные хранилища, создаваемые в горных породах. Держать топливо глубоко под землей позволяет продлить срок годности нефтепродуктов и практически свести к нулю выбросы в атмосферу летучих углеводородов.

Существуют два типа подземных хранилищ газа (ПХГ): в искусственных выработках и в пористых пластах. Первый тип хранилищ в отложениях каменной соли получает все более широкое распространение. Прежде бурится скважина, в которую закачивается вода, обеспечивающая растворение соли и вынос ее на поверхность. Таким образом получается искусственно созданный подземный резервуар высотой до 300 м и диаметром до 100 м. ПХГ в отложениях каменной соли обладают рядом преимуществ: абсолютно герметичны; в любой момент готовы к закачке и отбору голубого топлива. Последнее обстоятельство важно для регулирования газопотребления в пиковый период. К тому же впечатляет их производительность: одна скважина ПХГ в каменной соли заменяет 20 скважин ПХГ в пористых пластах.

Широко используется второй тип хранилищ: в водоносных пластах и в истощенных нефтегазовых месторождениях.

Оптимальная глубина, на которой создаются ПХГ, составляет от 500 до 800 м. Подземное хранилище заполняют газом несколько лет, закачивая в каждом сезоне больший объем газа, чем тот. который отбирается.

Для распределения газа в населенных пунктах служат газораспределительные сети, в которые газ поступает через газораспределительные станции. Газопроводы систем газоснабжения бывают высокого давления (0,3—1,2 МПа), среднего и низкого (менее 0,005 МПа) давления.

В зависимости от числа ступеней понижения давления в газопроводах системы газоснабжения бывают одно-, двух- и трехступенчатые.

Газопроводы низкого давления используются для газоснабжения жилых домов и коммунально-бытовых предприятий. Газопроводы среднего и высокого давления предназначены для подачи газа в газопроводы низкого давления и для газоснабжения промышленных предприятий.

Автозаправочные и газонаполнительные станции

В XX в. планета покрылась инфраструктурой автозаправочных станций (АЗС), бензовозов и дорог. В настоящее время нефтяное моторное топливо является наиболее массовым видом нефтепродуктов.

В России и странах СНГ первоклассные заправки появились только на пороге XXI в. Это было торжество недавно разрешенного частного предпринимательства и частной собственности. Сегодня автозаправочные комплексы - это визитные карточки компаний, где можно не только заправить машину, но и произвести мелкий ремонт. Заправки венчают труд тысяч людей: геологов, бурильщиков, операторов по добыче и переработке нефти.

Стационарные АЗС ( рис. 5.7) сооружаются по типовым проектам на 300, 500, 750 и 1ООО заправок в сутки из расчета одна заправка - это 50 л топлива. В состав АЗС входят:

• подземные резервуары для хранения нефтепродуктов;
• топливо- и маслораздаточные колонки;
• помещения для обслуживающего персонала.

Рис. 5.7. Принципиальная схема АЗС

Нефтепродукты доставляются на АЗС с помощью автоцистерн и сливаются через сливное устройство в резервуар для топлива. Отпуск нефтепродукта потребителям производится с помощью топливораздаточной колонки, связанной с резервуаром трубопроводом, на котором смонтирован угловой предохранитель. "Дыхание резервуаров" осуществляется через специальный клапан.

Сливное устройство предназначено для слива нефтепродуктов в резервуар под уровень находящейся в нем жидкости и состоит из ниппеля, фильтра и сливного трубопровода. Ниппель с рукавом автоцистерны соединяется с помощью специальной быстроразъемной муфты. На АЗС используются горизонтальные и вертикальные резервуары емкостью до 50 с толщиной стенки до 4 мм. Резервуары рассчитаны на избыточное давление 0,7 МПа и вакуум - 1000 Па.

Для соединения раздаточных колонок с резервуаром предназначено всасывающее устройство, состоящее из приемного клапана, предотвращающего слив жидкости в резервуар после отключения раздаточной колонки, и углового предохранителя, предотвращающего с помощью латунной сетки распространение пламени по всасывающему трубопроводу.

Топливо-раздаточные колонки предназначены для заправки машин с одновременным замером количества выданного горючего или масла. Все колонки имеют в своем составе насос, счетчик, фильтр, раздаточный рукав и раздаточный кран. Производительность насосов колонок может достигать 70 л/мин. Раздаточный кран служит для быстрого отсечения струи горючего при достижении его предельного уровня в баке автомобиля, чтобы предотвратить перелив.

В качестве моторного топлива все шире начинает применяться компримированный природный газ (КПГ), что обусловлено экологической безопасностью и относительно небольшой ценой газа. При этом один кубометр газа заменяет один литр бензина, а содержание вредных веществ в выхлопах автомобилей в пять раз меньше.

Для заправки автомобилей КПГ служат автомобильные газонаполнительные компрессорные станции (АГНКС). Поступающий от газопровода газ очищается от механических примесей в блоке сетчатых фильтров, которые задерживают частицы размером более 15 мкм. Затем через расходомер газ поступает в блок компрессорных установок, где он сжимается до 25 МПа.

Газомоторное топливо должно быть сухим, поскольку пары воды уменьшают его теплотворную способность. Блок осушки КПГ включает в себя два адсорбера, заполненных цеолитом.

Осушенный газ направляется в блок аккумуляторов, объем каждого из которых составляет 9 . Аккумуляторы позволяют не менять режим работы компрессоров при изменении числа заправляемых автомобилей. Из аккумуляторов газ подается в блок раздачи. Шланг раздаточной колонки присоединяют к газобаллонной установке автомобиля и плотно затягивают гайку на наконечнике шланга. Манометр на колонке показывает давление газа в баллонах автомобиля — по достижении 20 МПа выдача газа прекращается.

В 2008 г. мировой парк автомобилей, работающих на природном газе, превысил 8 млн единиц, что составляет примерно 1% от общего количества эксплуатируемых на глобальном рынке транспортных средств. При этом число ЛГИ КС превысило 12 тыс., а учтенное потребление компримированного метана - 15 млрд . В целом ряде стран перевод автомобилей на метан сопровождается снижением налогов и акцизов, льготным кредитованием. В 2007 году Европейский деловой конгресс принял решение о подготовке проекта "Голубой коридор", который предусматривает организацию международных перевозок с преимущественным использованием КПГ в качестве моторного топлива.