ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ НЕФТЕБАЗ И АЗС В. В. Шалай, Ю. П. Макушев
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 /
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 9.3.3. Пример расчета теплообменного аппарата типа 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 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 11. НОРМИРОВАНИЕ РАСХОДА ТОПЛИВ И СМАЗОЧНЫХ 12. СТАНЦИИ ПО ЗАПРАВКЕ АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ 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 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 14. ХРАНЕНИЕ НЕФТЕПРОДУКТОВ И ИХ ПОТЕРИ.............................. 270 14.1. Потери нефтепродуктов от испарения............................................. 270 14.2. Уменьшение утечек топлива из резервуаров путем применения 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:
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.
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
где Средняя величина температурных поправок на плотность нефтепродуктов приведена в таблице 1.1. Таблица 1.1
|
(1.1)
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].
(1.2)
и 
- плотность нефтепродукта при 20 °С и при температуре измерения; k – температурная поправка; t – температура испытаний, °С.
