Зависимость коэффициента объемного расширения от плотности

Плотность		Плотность
0,70 – 0,72	0,001255	0,84 – 0,86	0,000831
0,72 – 0,74	0,001183	0,86 – 0,88	0,000782
0,74 – 0, 76	0,001118	0,88 – 0,90	0,000734
0,76 – 0,78	0,001054	0,90 – 0,92	0,000688
0,78 – 0,80	0,000995	0,92 – 0,94	0,000645
0,80 – 0,82	0,000937	0,94 – 0,96	0,000604
0,82 – 0,84	0,000882	0,96 – 0,98	0,000564

 

Снижение потерь от малых дыханий достигается уменьшением колебания температуры газового пространства. В результате исследований установлено, что средняя температура парового пространства в резервуаре выше средней температуры наружного воздуха на 2 – 8 °С для вертикальных и на 1 – 10 °С для горизонтальных резервуаров.

Потери топлива от «больших дыханий» (при заполнении резервуара топливом) с 1 м³ вытесняемой паровоздушной смеси составляют летом до 0,6 кг, зимой – 0,4 кг.

Уменьшить потери от испарения при больших «дыханиях» резервуара можно проведением следующих мероприятий:

1) уменьшением различных перекачек нефти внутри нефтебазы;

2) заполнением резервуара снизу под уровень находящегося в резервуаре продукта, что снижает на 30 – 40 % потери по сравнению с наливом открытой струёй сверху;

3) установкой на крыше резервуаров возвращающих адсорберов, в которые улавливается нефтепродукт, находящийся в паровоздушной смеси;

4) применением газгольдера, компрессора, насоса, возвращающего пары топлива обратно в резервуар;

5) установкой газовых труб, с помощью которых соединяют между собой резервуары, предназначенные для хранения одного сорта нефтепродуктов
(при заполнении одного резервуара паровоздушная смесь будет вытесняться в другой, а не теряться в атмосфере);

6) запрещением проветривать резервуар перед заполнением.

В качестве примера рассмотрим расчет потерь автомобильного бензина при различных способах налива автомобильной цистерны АЦ–8,5–255Б [53]. Эксплуатационный закачиваемый объём цистерны V_ЗАК составляет 8,5 м³ при диаметре D = 1, 22 м.

Давление насыщенных паров бензина P_s = 32857 Па (33 кПа), температура бензина 295 К, его температура начала кипения 319 К, расход налива
Q = 40 м³/ч. Налив ведется при атмосферном давлении, равном давлению в газовом пространстве Р_а = Р_Г = 101320 Па.

Решение.

1. Продолжительность налива цистерны равна V_ЗАК / Q

ч. (14.5)

Легкие фракции бензина из жидкого состояния переходят в газообразное, повышая его потери при хранении, сливе, наливе. При 25 °С в объеме 1 м³ может находиться до 0,8 кг испарившегося бензина.

Для определения плотности паров бензина воспользуемся формулой Клапейрона–Менделеева:

P·V = m·R·T, (14.6)

где Р – абсолютное давление, Н/м² (Па); Т – абсолютная температура, К;
V – объем, м³; m – масса газа, кг; R – газовая постоянная, Дж/ (кг ·К).

Один кмоль паров бензина занимает объем, равный м³. Для кмоля объемом 22,4 м³ уравнение состояния газа примет вид

. Откуда , (14.7)

где – молекулярная масса легких фракций бензина (72 кг/кмоль);

8314 Дж/(кмоль∙К) – универсальная газовая постоянная.

К легким фракциям бензина можно отнести пентан (С₅Н₁₂) с молекулярной массой 72 кг/кмоль и температурой начала кипения 36 °С.

2. Плотность паров бензина, находящихся в воздухе, при температуре налива определим по формуле

кг/м³.

3. Потери нефтепродукта (бензина) при заполнении транспортной ёмкости определим по формуле

(14.8)

Величина коэффициента , при заполнении цистерны сверху открытой струёй, зависит от времени заполнения, способа налива и определяется из выражения

(14.9)

кг.

Плотность паровой смеси будет равна 6,3 / 8,5 = 0,74 кг/м³.

При наливе бензина сверху или снизу закрытой струёй:

,

где – коэффициент, учитывающий высоту Н_Е (равную диаметру) наливаемой ёмкости [53]:

;

кг. (14.10)

Плотность паровой смеси будет равна 2,6 / 8,5 = 0,3 кг/м³.

Из результатов расчёта видно, что по сравнению с наливом открытой струёй налив бензина под уровень (закрытой струёй) в рассматриваемом случае позволяет сократить потери в 2,4 раза (6,3 / 2,6).

Рекомендуется также проводить ряд других мероприятий для уменьшения потерь нефтепродуктов от испарения: хранение легкоиспаряющихся жидкостей в подземных резервуарах, в вертикальных наземных резервуарах, окрашенных в светлые цвета, отражающие солнечные лучи и обеспечивающие меньшее нагревание нефтепродукта.

Потери увеличиваются при большой поверхности испарения, поэтому для уменьшения потерь выгоднее хранить нефтепродукт в большей ёмкости, чем в нескольких малых ёмкостях.

Качественные потери происходят при длительном хранении топлива, от загрязнения и обводнения нефтепродуктов в результате внутренних химических превращений.

Для устранения потерь необходимо следить за правильным оснащением автоцистерн, своевременным проведением сервиса, нельзя допускать переполнения цистерн, разлива нефтепродуктов.

При хранении топлив при высокой температуре происходит интенсивное окисление с образованием смол. Окисление происходит под действием кислорода, которого в воздухе 21 % по объему. При повышении температуры на
10 °C скорость окисления увеличивается в 3 раза.

В результате окисления октановые числа бензинов снижаются, уменьшается и теплотворная способность. Например, бензол С₆Н₆ до окисления имел теплотворную способность 42 МДж/кг, а после окисления кислородом (20 %) превратился в фенол С₆Н₆О с теплотворной способностью 32 МДж/кг. Чем больше окислено топливо, тем меньше в нем запаса теплоты.

На рис. 14.1 показано изменение теплотворной способности (Н) бензола в результате его окисления. Теплотворная способность – это количество теплоты, Дж, выделяющейся при полном сгорании одного кг топлива.

 

 

Рис. 14.1. Изменение теплотворной способности бензола С₆Н₆ (точка 1)

в зависимости от степени окисления:

2 – фенол С₆Н₆О; 3 – гидрохинон С₆Н₆О₂; 4 – пирогаллол – С₆Н₆О₃

 

Если бензин хранится в наземных резервуарах, то их необходимо окрашивать в белый цвет. Он отражает солнечные лучи от поверхности резервуара, и нагрев уменьшается. Черный цвет «притягивает» солнечные лучи, увеличивая нагрев топлива.

В таблице 14.3 показано влияние цвета, применяемого при окраске резервуаров, на образование смолистых веществ при хранении нефтепродуктов.

 

Таблица 14.3

Влияние цвета окраски резервуаров на образование смолистых веществ
в топливе при его хранении, мг на 100 см³

Срок хранения нефтепродукта	Белый цвет	Черный цвет
Начало эксперимента
Срок хранения 2 месяца
Срок хранения 6 месяцев
Срок хранения 12 месяцев

 

От степени заполнения резервуара топливом зависит содержание смол в топливе. Например, при полном заполнении резервуара и 25 % заполнении содержание смол за 10 месяцев хранения увеличилось, соответственно, в 4 и
20 раз. Увеличение содержания смол приводит к образованию нагара в цилиндрах двигателя, снижает его мощность.

Цвет резервуара влияет на потери бензина от нагрева лучами солнечного света и испарения. В таблице 14.4 указаны потери бензина за год хранения в зависимости от цвета резервуара.

 

Таблица 14.4