Совершенствование процессов обеспечения сохранения качества нефтепродуктов Росрезерва (Российская Федерация)

С.Е. Уланин, начальник Управления, О.А. Лазарев, заместитель начальника Управления, А.О. Струтынский, главный специалист-эксперт Управления нефтепродуктов, спецпродукции и товаров для чрезвычайных ситуаций Росрезерва, К.В. Бакланов, к.т.н., заведующий лабораторией ФГБУ НИИПХ Росрезерва

 

Совершенствование процессов обеспечения

сохранения качества нефтепродуктов

Росрезерва

 

Ключевые слова: хранение нефтепродуктов, обеспечение сохранения качества, восстановление качества

 

В статье представлены результаты внедрения в Росрезерве передовых технологий, обеспечивающих сохранение качества путем хранения нефтепродуктов в подземных хранилищах в отложениях каменной соли и восстановления качества минеральных масел на стадии хранения, продляя гарантийный срок хранения и не допуская их перехода в некондицию. Перспективность указанных методов подтвердила практика их применения на комбинатах в объемах соответствующих потребностям Росрезерва. Успешное внедрение современных технологий в Росрезерве продолжает расширяться, охватывая новые комбинаты и марки нефтепродуктов.

Эксплуатационная надежность транспортно-распределительной системы, обеспечивающей отрасли экономики страны нефтепродуктами, находится в прямой зависимости от развития региональной сети комбинатов для оперативного и долговременного хранения нефтепродуктов. И здесь главной задачей является обеспечение комплекса мероприятий, осуществляемого при подготовке и проведении операций по приему, хранению и отпуску нефтепродуктов с целью предотвращения выпуска некондиционных нефтепродуктов. Совершенствование технологии производства, ужесточение требований безопасности и изменения технических характеристик транспорта ведет к постоянным изменениям в методах и процедурах контроля и обеспечения качества нефтепродуктов. В то время как технология приема и отпуска нефтепродуктов в целом имеет мало отличий во всех организациях нефтепродуктообеспечения, организация хранения в Росрезерве имеет свою специфику. Целью настоящей работы является рассмотрение ряда особенностей хранения нефтепродуктов в Росрезерве и перспективные способы проведения технологических операций на двух примерах, являющихся, с одной стороны, характерными для подхода Росрезерва в области качества нефтепродуктов, а с другой, выгодно отличающихся от основной массы наработок наших коллег по нефтяной отрасли России. Все это делает проблему повышения эффективности технологических процессов хранения важной и актуальной задачей.

Эффективная технология хранения нефтепродуктов, обеспечивающая сохранение качества при хранении должна исходить из состава и свойств каждого хранимого вида нефтепродуктов. Если переходить к конкретному виду, в частности, к моторным маслам, то здесь необходимо учитывать, что они состоят из базового масла и пакета присадок.

При разработке композиций современных моторных масел учитывается, что они должны по своим свойствам удовлетворять целому ряду требований, главными из которых являются:

• высокая моющая диспергирующе-стабилизирующая способность, обеспечивающая чистоту деталей двигателя в процессе его эксплуатации;
• высокая термическая и термоокислительная стабильность;
• достаточные противоизносные свойства при граничном режиме трения;
• отсутствие коррозионного воздействия на детали двигателя;
• соответствие вязкостно-температурных свойств классам вязкости;
• совместимость с материалами уплотнений и катализаторами системы нейтрализации отработавших газов;
• высокая стабильность при транспортировании и хранении;
• низкий расход на угар;
• малая вспениваемость при высоких и низких температурах [1].

Большинство этих свойств маслам придают различные функциональные присадки, среди которых основную долю составляют моюще-диспергирующие, а также беззольные дисперсанты.

Важной проблемой при хранении моторных масел является накопление достаточно больших количеств воды за счет атмосферной влаги, попадающей в резервуары при малых дыханиях. Накопление в моторных маслах воды может являться одной из причин падения качества в результате разрушения под ее влиянием коллоидной структуры и, соответственно, снижения физической стабильности, приводящего к выпадению присадок с образованием эмульсионных отложений на дне резервуара [2].

В процессе хранения масел постепенно происходит разрушение коллоидной системы масло-присадка, сопровождающееся выпадением в осадок их карбонатной части. Разрушение коллоидной структуры хранящихся масел сопровождается образованием эмульсионных отложений на дне резервуаров. В состав этих отложений, помимо воды и масла, входят карбонат кальция и наиболее грубодисперсная часть присадок.

Процедура восстановления масел с использованием технологии НПО «Квалитет» заключается в следующем:

• отбирается проба масла, подлежащего восстановлению, из конкретного резервуара;
• проводится анализ отобранной пробы в объеме требований нормативного документа;
• по результатам анализа подбирается корректирующий пакет присадок, обеспечивающий возможность хранения на последующий срок;
• выработка опытного образца;
• испытание в объеме комплекса методов квалификационной оценки;
• по результатам испытаний проводится оценка эффективности восстановления [3].

При положительных результатах испытаний в объеме комплекса методов квалификационной оценки начинается непосредственно процесс восстановления всего объема масла из резервуара на специальной установке. После завершения восстановления снова проводится анализ в объеме требований нормативного документа и по его результатам оформляется сертификат соответствия. После этого масло сдается на последующее хранение комбинату.

Технология восстановления включает очистку масла от воды и механических примесей и последующем добавлении корректирующего пакета присадок. Необходимое оборудование собрано в специальном транспортном контейнере и позволяет непосредственно возле резервуара с маслом проводить все технологические операции.

В корректирующих пакетах использовались присадки: моюще-диспергируюшие, антиокислительные и депрессорные. В необходимых случаях для повышения физической стабильности восстановленных масел использовался дисперсант, который широко применяется в моторных маслах и доказал хорошую совместимость в композициях с присадками других типов.

Механизм действия этих присадок связан с образованием в масле особой коллоидной структуры [4]. Эта структура обеспечивает также физическую стабильность масла (термин равноценный коллоидной стабильности), которая является необходимым условием сохранения его качества в течение длительного времени.

В восстановленные масла не добавлялись новые поверхностно-активные вещества, для которых требуется дополнительная проверка совместимости с традиционно используемыми присадками моторных масел.

Массовое применение технологии восстановления масел в Росрезерве началось с 2005 г. И вот теперь по результатам 5-летнего хранения можно уверенно констатировать, что восстановление прошло успешно.

Теперь от проблем восстановления качества перейдем к технологии хранения. Интенсивное развитие производства продукции нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности вызвало необходимость строительства большого количества резервуаров и хранилищ. Решить эту проблему при помощи наземных металлических и железобетонных очень сложно, так как они требуют значительных капиталовложений, расхода металла и бетона, значительных площадей. Хранение нефтепродуктов в наземных резервуарах связано с большими потерями и загрязнением окружающей среды, оно характеризуется неудовлетворительными технико-экономическими показателями. В связи с этим получил широкое развитие принципиально новый способ хранения нефтепродуктов — подземный. В индустриально развитых странах мира широко используются подземные хранилища нефтепродуктов [5].Достижения техники и технологии в резервуаростроении явились основой для интенсивного развития подземного хранения нефтепродуктов в подземных резервуарах. Подземные хранилища нефтепродуктов сооружают в различных естественных и искусственных ёмкостях (горных выработках). Подземное хранение основано на неизменяемости химического состава нефтепродуктов при прямом контакте с горными породами и на возможности уравновешивания избыточного давления их паров давлением лежащих над ёмкостью горных пород. Подземные хранилища предназначаются, главным образом, для хранения нефтепродуктов с целью обеспечения максимального их сезонного потребления. Они являются практически безметальными, пожаро- и взрывобезопасными. При создании таких хранилищ резко снижаются капитальные вложения, эксплуатационные расходы, и значительно уменьшаются размеры земельных участков, отчуждаемых под строительство. При эксплуатации подземных хранилищ в связи с постоянным температурным режимом ёмкостей не наблюдаются потери от малых «дыханий», снижается стоимость хранения 1 м3продукта (составляет всего 5-10% стоимости хранения в наземных), не загрязняется окружающая среда. Подземные ёмкости не подвержены коррозии, не требуют окраски и периодической зачистки, объём подземных хранилищ практически не ограничен. Об эффективности подземных хранилищ можно судить по сравнительным показателям расхода стали и трудовым затратам по сравнению с наземными металлическими резервуарными парками, приведёнными на рис. 1 и рис. 2 [7].

Рис. 1. Сравнительные данные о расходе стали при сооружении подземных хранилищ и стальных наземных резервуаров (на 1 мЗ объема хранилища)

 

Таким образом, сооружение подземных хранилищ является одним из прогрессивных и эффективных способов хранения нефтепродуктов: снижение материалоёмкости, строительства и повышения экономии денежных средств, охраны окружающей среды, значительно меньше площадь застройки по сравнению с наземными резервуарными парками.

Рис. 2. Сравнительные данные трудовых затрат при сооружении подземных хранилищ и стальных наземных резервуаров (на 1 мЗ объема хранилища)

 

При сооружении подземных хранилищ нужно исходить из следующих основных положений:

• сохранение качества продуктов при их длительном контактировании с породами;
• отсутствие влияния хранимых продуктов на физико-механические и другие свойства пород;
• возможность создания герметичной полости требуемого объёма с помощью средств современной техники при высоких технико-экономических показателях;
• уравновешивание избыточного давления хранимых продуктов столбом пород при определённой глубине заложения полости [7].

В практике подземного хранения большое распространение получили бесшахтные подземные хранилища, создаваемые в соляных куполах и пластах. Это связано с широким распространением месторождений каменной соли на территории России, высокой экономической эффективностью и техническими преимуществами данного типа хранилищ. Месторождения каменной соли, пригодные для сооружения подземных ёмкостей часто совпадают с районами производства и интенсивного потребления нефтепродуктов, а также хлоридно-натриевых растворов (рассолов), попутно добываемых при сооружении подземных ёмкостей. Известно 15 соленосных бассейнов и площадей на территории России, 9 из которых расположены в европейской части страны, 6 – в Восточной Сибири [8].

Кроме лучших экономических показателей, такие хранилища имеют ещё следующие технико-эксплуатационные преимущества:

• устранение потерь от испарения ввиду отсутствия газового пространства;
• практически полное отсутствие взрывоопасности и пожарной опасности: резко сокращаются затраты на противопожарные мероприятия;
• увеличение срока хранения продуктов в связи с замедлением процессов окисления, так как при хранении нет прямого контакта с воздухом;
• самоочищение обводнённых и загрязнённых механическими примесями продуктов;
• отсутствие коррозии (хранилище целиком состоит из породы) удлиняет срок службы такого хранилища теоретически до бесконечности;
• при помощи систем трубопроводов такие хранилища могут быть легко связаны с заводами — производителями и с заводами или базами — потребителями продуктов хранения;
• сокращение электроэнергии на вытеснение продукта, так как вытеснение происходит за счёт разности удельных весов продукта и рассола;
• кроме того, давление столба рассола бывает достаточным для транспортировки продукта из хранилища по трубопроводам на расстояние в несколько десятков километров.

Преимуществом хранения в глубоких соляных кавернах является разница температур между верхней и нижней частями пещеры, которая способствует постоянной циркуляции (конвекции) продукта в кавернах, что поддерживает ее постоянное качество [9].

В отличие от подземных хранилищ шахтного типа, сооружаемых горнопроходческим способом, бесшахтные подземные резервуары сооружаются геотехнологическим методом: путём выщелачивания пресной водой каменной соли через буровые скважины. Глубина залегания хранилищ, сооружаемых в отложениях каменной соли, колеблется от 200 до 1200 м, а хранилищ шахтного типа — от 20 до 200 м. Хранилища в соляных куполах и пластах могут иметь значительные объёмы, что в основном зависит от глубины залегания и мощности пласта каменной соли.

При создании хранилищ в отложениях каменной соли учитываются:

• наличие достаточного мощного соляного пласта на необходимой глубине;
• наличие источника пресной воды;
• возможность отвода и сброса или использования рассола;
• наличие необходимых транспортных средств, путей сообщения или близость нефтепровода;
• благоприятное расположение по отношению к местам переработки и сбыта нефтепродуктов.

Широкое применение бесшахтных подземных хранилищ в каменной соли обусловлено физическими, физико-химическими и химическими свойствами каменной соли как горной породы, вмещающей выработку-ёмкость. Способность растворения каменной соли водой делает возможным применение скважинной гидротехнологии для сооружения выработки. В выработках-ёмкостях подземных хранилищ в каменной соли появившиеся по той или иной причине трещины способны самозалечиваться вследствие вязкопластических деформаций соли, что обеспечивает практическую непроницаемость соляных массивов и герметичность подземных резервуаров. Такое хранилище удовлетворяет условиям герметичности достаточно прочно, не требует специального крепления стенок или кровли. Каменная соль, как порода, из которой состоят стенки, подошва и кровля хранилища, при контакте с продуктом не оказывает на него химического воздействия и не растворяется в нём. Химическая инертность каменной соли по отношению к углеводородам в совокупности с отсутствием кислорода и стабильностью температуры и давления обеспечивает сохранение качества нефтепродуктов. Такая подземная ёмкость при эксплуатации всегда заполнена, в ней устанавливается система динамического равновесия продукт – рассол. Создаётся своего рода гидравлический аккумулятор. Подземные хранилища, сооружаемые в отложениях каменной соли, имеют подземную часть – камеру со скважиной и наземное оборудование. Ёмкостям, создаваемым в соляных пластах и куполах, придаётся устойчивая форма. Лучшей формой подземных соляных камер является эллипсоид вращения с большой осью, совпадающей с осью буровой скважины [10]. Обычно в соляном пласте или куполе строится несколько камер для хранения нефтепродукта. Это предупреждает обрушение свода камеры большой ёмкости. Чтобы предупредить обрушение свода купола при многокамерном хранении, необходимо предусматривать между их стенками соляные перемычки. Толщина перемычек определяется расчетом при проектировании хранилища.

Наземное технологическое оборудование подземных хранилищ такое же, как у наземных хранилищ, с той лишь разницей, что оно занимает меньшую площадь. Подъём на поверхность продукта осуществляется путём обратной закачки рассола в хранилище. Объём хранилища для рассола, необходимого для подъёма продукта на поверхность, должен быть равным или на 10% больше объёма подземного хранилища. Принципиальная технологическая схема рассольной эксплуатации хранилища нефтепродуктов представлена на рис. 3 [10].

Рис. 3. Принципиальная технологическая схема рассольной эксплуатации хранилища

нефтепродуктов

 

1 - подземный резервуар нефтепродуктов; 2 - нефтепродукт; 3 - рассол;  4 -рассолохранилище; 5 - насос для закачки рассола; 6 - насос высокого давления для закачки продукта; 7 - буферный резервуар нефтепродукта; 8 - насос низкого давления для закачки продукта; 9 - железнодорожная цистерна (сливо-наливная эстакада)

 

Выводы

1. Применяемая технология восстановления масел, находящихся на хранении, позволяет довести их качество до уровня масел свежей выработки, соответствующих по всем показателям требованиям нормативно-технической документации.

2. Применяемая технология восстановления масел приводит к повышению дисперсности коллоидных растворов композиций присадок, что может служить одним из факторов, улучшающих их физическую стабильность при хранении.

3. Для восстановленных моторных масел, как и для свежих, можно принять допустимый срок хранения 5 лет.

4. Отмеченный положительный итог хранения восстановленных масел связан с возможностями применяемой технологии усиливать стабилизирующие свойства пакета присадок, а также с ее способностью повышать дисперсность присадок в базовом масле.

5. Масла различных марок почти в равной степени оказались стабильными при длительном хранении после восстановления независимо от состава исходного пакета присадок и неблагоприятных условий, возникавших в отдельных случаях в процессе хранения.

6. При необходимости по примененной в Росрезерве технологии возможно провести повторное восстановление качества уже восстановленных ранее масел и тем самым продлить их срок хранения.

7. Используемый в корректирующих пакетах подбор присадок обеспечивает их полную совместимость с композициями присадок исходного масла, что дает основание ограничиться при организации контроля качества таких масел обычным стандартизованным набором испытаний.

8. Хранение нефтепродуктов в малоуязвимых для боевых средств поражения, экономичных по капиталовложениям, экологически безопасных подземных резервуарах позволяет в короткие сроки создавать запасы нефтепродуктов.

9. Использование хранилищ в отложениях каменной соли является самым дешёвым и одним из наиболее экологически безопасных способов длительного хранения нефтепродуктов.

10. В стране имеются необходимые материально-технические ресурсы и природно-геологические условия для сооружения хранилищ в отложениях каменной соли.

11. В Росрезерве уже имеется опыт сооружения и эксплуатации ёмкостей для хранения светлых нефтепродуктов в отложениях каменной соли.

 

Заключение

Росрезерв постоянно внедряет передовые технологии для обеспечения качества нефтепродуктов при длительном хранении. В настоящее время рациональные, эффективные методы контроля и сохранения массовых видов нефтепродуктов является важнейшим направлением развития техники и экономики страны.

 

Список литературы

1. Зоря Е. И., Лощенкова О. В., Киташов Ю. Н. Сохранение качества при обороте нефтепродуктов. − М. : Нефть и газ, 2009. − 492 с.

2. Лихтеров С. Д. Антоненко А. В., Кириллова О. И., Маркова Т. В. // Химия и технология топлив и масел. − 2009. − № 4. − С. 15-17.

3. Безруков А. В. Технология восстановления качества моторных масел при длительном хранении : сб. докладов // Международная научно-практическая конференция по проблемам государственного материального резерва. − М, 2006. − 312 с.

4. Шор Г. И. Механизм действия и экспресс-оценка качества масел с присадками. − М. : ЦНИИТЭнефтехим, 1996.

5. Колотюк В. А, Дяченко И. Ф., Челинцев С. Н. и др. Хранение нефти и нефтепродуктов. − М. : Нефть и газ, 2003. − 560 с.

6. Бунчук В. А. Транспорт и хранение нефти, нефтепродуктов и газа. − М. : Недра, 1977.

7. Антипьев В. Н., Бахмат Г. В. Хранение нефти и нефтепродуктов. − М. : УГУП ; Нефть и газ, 2003. − С. 462-546

8. Мазуров В. А. Подземные газонефтехранилища в отложениях каменной соли. − М. : Недра. 1982. − 212 с.

9. Рикошинский А. Хранение нефтепродуктов и минеральных масел // Склад и техника. − 2006. − № 10. − С. 5-7.

10. Казарян В. А., Цыбульский П. Г., Богданов Ю. М., Салохин В. И. Эксплуатация подземных хранилищ газонефтепродуктов в отложениях каменной соли. − М. ;  Ижевск : Институт компьютерных исследований, 2010. − 456 с.