Сравнительный анализ методик учета потерь нефти и нефтепродуктов в резервуарах от испарения

А.Ф. Максименко, С.С. Лоповок

В статье проведен сравнительный анализ методик учета потерь нефти и нефтепродуктов в резервуарах от испарения. В частности, рассмотрена методика министерства энергетики РФ и методика, предложенная Уфимским государственным нефтяным техническим университетом. Рассчитаны суммарные годовые потери от испарения в резервуаре РВС-10 000 по различным методикам и сделан вывод об их точности. Показано, что методика Минэнерго РФ приводит к значительным погрешностям в расчетах в результате принятых допущений. Предложены способы совершенствования методики, учитывая которые можно избавиться от неточности в расчетах.

Известно, что не все первоначальное количество произведенных нефтепродуктов доходит до потребителя. Это обуславливается потерями нефтепродуктов при перекачке, хранении, опорожнении или заполнении резервуаров, сливо-наливных операциях в цистернах и т.д. Потери наносят огромный ущерб не только экологии, но и экономике страны. Поэтому очень важно вести их правильный учет. В настоящий момент не существует общего подхода к решению данной задачи. Для расчета потерь существует методика министерства энергетики РФ. Но некоторые компании остаются недовольными этой методикой. В частности, в газете «Ведомости» 19.02.2014 г. была опубликована статья, в которой компания «Роснефть» в лице Сечина И.И. выражала свое недовольство по поводу учета потерь: «Он (Сечин) также недоволен учетом «Транснефтью» потерь нефти при транспортировке по методике Минэнерго, а не с учетом фактических величин. В итоге у монополии они составляют 0,3%, тогда как потери «Роснефти» в I квартале 2013 г. при транспортировке по межпромысловым нефтепроводам составили 0,185%. В год в системе «Транснефти» потери могут достигать 2 млн т, из которых 0,7 млн приходится на «Роснефть», продолжает Сечин». В данной работе произведен сравнительный анализ методики министерства энергетики РФ и методики, разработанной в Уфимском государственном нефтяном техническом университете, и сделан вывод о точности расчетов потерь нефти и нефтепродуктов в резервуарах вертикальных стальных (РВС) от испарения.

Методика министерства энергетики РФ не лишена недостатков. Расчет производится по следующей формуле:

Формула расчета 1, где:

Vïâñ — объем паровоздушной смеси, вытесняемой из резервуара при его заполнении (освобождении), м3;

Pðåç – давление насыщенных паров в паровоздушном пространстве при средней температуре паровоздушного пространства, мм. рт. ст.;

Kîá – плотность паров нефти в паровоздушном пространстве при средней температуре паровоздушного пространства, кг/м3;

Kîá – коэффициент, зависящий от оборачиваемости резервуара;

K1 – коэффициент, учитывающий наличие технических средств сокращения потерь;

Kðåæ – коэффициент, учитывающий влияние климатических условий;

Kðåæ – коэффициент режима перекачки;

В данной методике принимаются следующие допущения:

  • — объем вытесняемой паровоздушной смеси равен объему закачиваемого продукта;
  • — основной объем технологических потерь нефтепродуктов в резервуарах происходит вследствие испарения нефтепродуктов за счет вытеснения паровоздушной смеси из резервуара в процессе его закачки (откачки), т.е. принимаются во внимание только потери от «больших дыханий».

На самом же деле при закачке нефтепродукта в резервуар паровоздушная смесь сначала сжимается, и только потом, при достижении давления срабатывания дыхательной арматуры, вытесняется в атмосферу.

Также существуют потери от «малых дыханий» резервуара, которые происходят при неподвижном хранении из-за колебаний температуры. Не учитывая данные потери погрешность расчетов возрастает.

Проанализировав формулу, можно выявить следующие недостатки:

  • — при расчете принимается, что парциальное давление равно давлению насыщенных паров нефтепродукта в паровоздушном пространстве;
  • — введенные коэффициенты приводят к большой погрешности в расчетах.

На самом деле не всегда парциальное давление паров достигает давления насыщенных паров нефтепродукта в паровоздушной смеси. И в каждом конкретном случае его следует рассчитать.

Таким образом, из-за некоторых принятых допущений, возможно отклонение между фактическими значениями потерь и значениями, полученными с помощью этой методики.

Рассмотрим методику, предложенную Уфимским государственным нефтяным техническим университетом. Здесь потери считаются как сумма потерь от «больших дыханий» и «малых дыханий».

Потери от «больших дыханий» рассчитываются по формуле В.И. Черникина:

Формула расчета 2, где:

Vçàê – объем закачиваемого в резервуар нефтепродукта;

P2 – объем газового пространства резервуара перед закачкой нефтепродукта;

P2, P1 – абсолютное давление в газовом пространстве в конце закачки и в начале закачки соответственно;

ρí — среднее парциальное давление паров в процессе закачки (откачки);

ρí – плотность паров нефтепродукта.

В этой формуле учтено то, что паровоздушная смесь сначала сжимается и только потом вытесняется в атмосферу. Также парциальное давление не принимается равным давлению насыщенных паров нефтепродукта в паровоздушной смеси. Таким образом, мы можем более точно рассчитать потери от «больших дыханий».

Потери от малых дыханий рассчитываются по формуле Н.Н. Константинова:

Формула расчета 3, где:

Pàòì – среднее массовое содержание паров нефтепродукта в паровоздушной смеси, вытесняемой из резервуара;

Pòì – объем газового пространства резервуара;

Pàòì – атмосферное давление;

Pêâ, Pmin – установки клапанов вакуума и давления соответственно;

Pmin, Pmax – соответственно минимальное и максимальное парциальное давление паров нефтепродукта в газовом пространстве резервуара;

Tmin, Tmax – соответственно минимальная и максимальная температуры газового пространства резервуара.

В отличие от методики министерства энергетики здесь учитываются потери от «малых дыханий». Таким образом, расчеты должны получиться более точными.

Чтобы применить обе формулы необходимо знать концентрации паров нефтепродукта в начале и в конце процесса. В методике, предложенной Уфимским государственным нефтяным техническим университетом, концентрации в конце процесса рассчитываются с помощью критериальных уравнений массоотдачи:

Формула расчета 4, где все величины – безразмерные критерии подобия.

Таким образом, используя данную методику, мы избавляемся от недостатков, которые были присущи методике Минэнерго РФ. В частности:

  • — учитываем «малые дыхания» резервуара;
  • — учитываем, что паровоздушная смесь, перед ее вытеснением из резервуара, сжимается;
  • — учитываем, что парциальное давление паров нефтепродукта не всегда равно давлению насыщенных паров;
  • — рассматриваем каждый конкретный случай, и таким образом избавляемся от коэффициентов.

Определяющим параметром при вычислении потерь нефтепродуктов является концентрация паров в паровоздушной смеси. Используя экспериментальные данные о насыщении газового пространства резервуара РВС-1 000 при закачке бензина А-76, взятые из диссертации С.А. Коршака, было произведено сравнение этих значений со значениями, полученными с помощью критериальных уравнений массоотдачи. При заданной начальной концентрации были рассчитаны концентрации в процессе налива бензина.

В результате были получены значения, представленные в табл. 1.

Таблица 1. Рассчитанные и фактические концентрации при наливе бензина

Таблица значений

Максимальная погрешность равна 5,63%, а средняя – 1,82%, что доказывает точность данной методики. Таким образом, можно сравнить результаты расчетов по данной методике с результатами расчетов по методике Минэнерго.

Сравнение будем производить на примере резервуара РВС-10 000, расположенного в городе Москва. Будем рассматривать резервуар без средств сокращения потерь, так как в России еще остались резервуары, где хранятся бензины и другие легкоиспаряющиеся нефтепродукты таким методом. В резервуаре хранится бензин с давлением насыщенных паров по Рейду 44000 Па. Температуры для каждого месяца взяты из СНиП 23–01–99* «Строительная климатология». Резервуар окрашен в новую алюминиевую краску. Высоты взлива при расчете потерь от «большого дыхания»: 3 м; 11,2 м. Высота взлива при расчете потерь от «малого дыхания» – 11,2 м. Резервуар оборудован двумя дыхательными клапанами НДКМ-250.

Расчеты были произведены для различных коэффициентов оборачиваемости резервуара (от 1 до 70), так как величина потерь напрямую зависит от этого значения. Результаты расчетов потерь нефтепродукта за год представлены на рис. 1.

Рис. 1. Суммарные годовые потери нефтепродукта

Суммарные годовые потери нефтепродукта

Такой вид зависимости суммарных годовых потерь от коэффициента оборачиваемости, рассчитанных по методике Минэнерго, можно объяснить чувствительностью методики к значениям данного коэффициента. При коэффициенте оборачиваемости n <5 значение годовых потерь, рассчитанное по методике УГНТУ, больше, потому что методика учитывает потери от «малых дыханий».

Также были посчитаны погрешности расчетов по методике Минэнерго относительно предложенной УГНТУ. График представлен на рис. 2.

Рис. 2. Погрешность расчетов по методике Минэнерго относительно методики, предложенной УГНТУ

Погрешность расчетов по методике Минэнерго

Как уже было отмечено ранее, такой вид зависимости объясняется чувствительностью методики к значениям коэффициента оборачиваемости. Максимальная погрешность достигает 61,63% при коэффициенте оборачиваемости равном 1. Средняя погрешность равна 27,15%. Необходимо отметить, что значение достаточно большое. Но наибольший интерес представляет значение в денежном эквиваленте.

Сделав предположение о том, что стоимость 1 тонны бензина равна 30 тыс. руб., была посчитана погрешность в денежном эквиваленте. Максимальное значение составляет 2,12 млн. руб. при коэффициенте оборачиваемости равном 39. Среднее значение составляет 1,21 млн руб.

Если же предположить, что в резервуарном парке сооружено 10 резервуаров РВС-10 000, то эти значения возрастают в 10 раз. То есть средние возможные экономические потери с одного резервуарного парка, состоящего из десяти РВС-10 000, составляют 12,1 млн руб./год.

Таким образом, можно предложить следующие шаги для совершенствования методики:

  • — учитывать отдельно потери от «больших дыханий» и от «малых дыханий»;
  • — потери от «больших дыханий» рассчитывать по формуле В.И. Черникина (учитывая, что паровоздушная смесь сжимается перед вытеснением);
  • — концентрацию паров нефтепродукта рассчитывать при помощи модели, предложенной УГНТУ;
  • — рассчитывать суммарные потери как сумму потерь в каждом конкретном случае.

Учитывая данные предложения, можно избавиться от неточности в расчетах, которые в денежном выражении являются значительной суммой.