Проектирование и эксплуатация нефтебаз и АЗС


В. В. Шалай, Ю. П. Макушев








        ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ НЕФТЕБАЗ И АЗС

Учебное пособие

















Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2022

УДК 622.692.5+625.748.54+621.645
ББК 65.305.14
      Ш18

Печатается по решению редакционноиздательского совета Омского государственного технического университета

Рецензенты:
доктор технических наук, профессор (ОмГУПС) В. Р. Ведрученко; доктор технических наук, профессор (СибАДИ) В. В. Сыркин




     Шалай, В. В.
Ш18 Проектирование и эксплуатация нефтебаз и АЗС : учебное пособие / В. В. Шалай, Ю. П. Макушев. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2022. -316 с. : ил., табл.
         ISBN 978-5-9729-0984-1

     Рассмотрены вопросы производства нефтепродуктов и их реализации, транспортировки 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. Дана 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.
     Для студентов нефтегазовых специальностей. Может быть полезно студентам других родственных специальностей высших учебных заведений, аспирантам, инженерам.

                                      УДК 622.692.5+625.748.54+621.645
                                      ББК 65.305.14








ISBN 978-5-9729-0984-1

     © Шалай В. В., Макушев Ю. П., 2022
     © Издательство «Инфра-Инженерия», 2022
                           © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2022

ОГЛАВЛЕНИЕ


ВВЕДЕНИЕ........................................................6

1. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ........................8

2. НЕФТЬ И ЕЕ ПЕРЕРАБОТКА......................................19

3. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ТОПЛИВ........................................30
   3.1. Бензины................................................30
      3.1.1. Процесс сгорания бензина..........................32
      3.1.2. Методикаопределения октанового числа..............35
   3.2. Дизельные топлива......................................37
      3.2.1. Процесс сгорания дизельного топлива...............40
      3.2.2. Методика определения цетанового числа.............41
   3.3. Газообразные топлива...................................45
      3.3.1. Сжиженные и сжатые газы...........................45

4. МАСЛА И СМАЗКИ..............................................48
   4.1. Моторные масла.........................................48
   4.2. Трансмиссионные масла..................................50
   4.3. Пластичные смазки......................................52

5. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ..................................55
   5.1. Влияние нефтепродуктов на человека и окружающую среду..55
   5.2. Пожарная и взрывная опасность нефтепродуктов...........59

6. ТРАНСПОРТ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ............................64
   6.1. Общие сведения о транспорте нефтепродуктов.............64
   6.2. Железнодорожный транспорт..............................64
   6.3. Водный транспорт.......................................66
   6.4. Автомобильный транспорт................................69
   6.5. Правила перевозки опасных грузов автомобильным транспортом.73
      6.5.1. Общие положения...................................73
      6.5.2. Организация перевозок.............................74
   6.6. Трубопроводный транспорт...............................86

7. ПЕРЕКАЧКА НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ............................92
   7.1. Гидравлический расчет трубопроводов....................92
   7.2. Расчет на прочность трубопроводов .....................97
   7.3. Насоснаяустановка.....................................100
      7.3.1. Совмещенная характеристика насоса и трубопровода.104
      7.3.2. Регулирование режимов работы насоса..............105

3

       7.3.3. Выбор основных параметров центробежного насоса......107
       7.3.4. Пример расчета колеса центробежного насоса.......111
   7.4. Насосные станции для перекачки нефтепродуктов.............116

8. СЛИВ НЕФТЕПРОДУКТОВ............................................120
   8.1. Истечение жидкости через отверстия.....................120
   8.2. Истечение жидкости через насадки.......................123
   8.3. Истечение жидкости при переменном напоре...............124
   8.4. Истечение жидкости через сифонные трубопроводы.........127

9. ПОДОГРЕВ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ.............................131
   9.1. Назначение, способы подогрева и теплоносители.............131
   9.2. Конструкции подогревателей................................132
   9.3. Основы расчета и выбора теплообменных аппаратов........137
      9.3.1. Расчет подогревателей для неподвижных нефтепродуктов.141
      9.3.2. Выбор основных параметров теплообменника типа «труба в трубе»..........................................145
      9.3.3. Пример расчета теплообменного аппарата типа «труба в трубе»..........................................148

10.НЕФТЕБАЗЫ...................................................153
   10.1 . Классификация нефтебаз и их размещение...............153
   10.2 . Выбор района для строительства нефтебазы.............155
   10.3 . Выбор площадки под строительство нефтебазы...........156
   10.4 . Генеральный план нефтебазы...........................157
   10.5 . Резервуарные парки...................................164
       10.5.1 . Общие требования к резервуарным паркам.........164
       10.5.2 . Определение основных размеров вертикальных цилиндрическихрезервуаров...............................169
       10.5.3 . Расчёт на прочность стенок резервуара..........172
       10.5.4 . Дыхательные клапаны резервуаров................177
       10.5.5 . Вместимостьрезервуарного парканефтебазы........183
       10.5.6 . Расчет количества сливных и наливных устройств.187
       10.5.7 . Контролькачества нефтепродуктов................195
       10.5.8 . Молниезащитаи автоматическое пожаротушение резервуарных парков....................................197

11. НОРМИРОВАНИЕ РАСХОДА ТОПЛИВ И СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ........................................................201

12. СТАНЦИИ ПО ЗАПРАВКЕ АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ ЖИДКИМИ НЕФТЕПРОДУКТАМИ...........................................204


4

   12.1. Назначение и типы АЗС..................................204
   12.2. Состав сооружений типовых АЗС..........................207
   12.3. Устройство автозаправочных станций.....................208
   12.4. Основные системы АЗС...................................214
   12.5. Топливораздаточные колонки.............................217
       12.5.1. Выбор основных параметров пластинчатого и шестеренного насосов..............................................227
       12.5.2. Определение основных размеров раздаточного крана.230
   12.6. Генеральный план и технологическая схема АЗС...........232
   12.7. Планировка АЗС.........................................238
   12.8. Прием и выдача нефтепродуктов..........................250
   12.9. Учет количества и качества нефтепродуктов на АЗС.......255
   12.10. Меры пожарной безопасности на АЗС.....................261
   12.11. Охрана окружающей природной среды.....................262
   12.12. Информация и документация АЗС.........................264

13. АВТОМОБИЛЬНЫЕ ГАЗОНАПОЛНИТЕЛЬНЫЕ СТАНЦИИ....................268
   13.1. Планировка и характеристика газонаполнительных станций.268
   13.2. Требования по технике безопасности при заправке газовым топливом.................................................278

14. ХРАНЕНИЕ НЕФТЕПРОДУКТОВ И ИХ ПОТЕРИ.........................282
   14.1. Потери нефтепродуктов от испарения.....................282
   14.2. Уменьшение утечек топлива из резервуаров путем применения хлопушек.................................................295

ЗАКЛЮЧЕНИЕ......................................................299

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК........................................303

ПРИЛОЖЕНИЯ......................................................307

5

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.

6

Противопожарные нормы», РД 153-39.2-080-01 «Правила технической эксплуатации автозаправочных станций», РД 153-39.4-078-01 «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 с 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 га-зонефтехранилищ» 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.

7

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:
р = m/V.                          (1.1)
    Для воды при 20 °C 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 °C, определяют массу вещества.
    Плотность жидких нефтепродуктов (бензина, дизельного топлива, масла) определяют при 20 °C 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].


Рис. 1.1. Определение плотности жидкости ареометром

    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 °C. В нефтепродукт медленно и осторожно опускают чистый и сухой ареометр, держа его за верхний конец, до момента его свободной плавучести (рис. 1.1). От

8

счет 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 °C, необходимо ввести температурную поправку. Тогда плотность, приведенная к 20 °C, будет равна
Р20 = Pt + k(t - 20),                   (1.2)
где р₂₀ и pₜ - плотность нефтепродукта при 20 °C и при температуре измерения;
     k - температурная поправка;
     t - температура испытаний, °C.
     Средняя величина температурных поправок на плотность нефтепродуктов приведена в таблице 1.1.


Таблица 1.1

Температурные поправки к плотности нефтепродуктов

Плотность топлива р20, кг/м3 Поправка, к
          710-720               0,884   
          720-730               0,870   
          730-740               0,857   
          740-750               0,844   
          750-760               0,831   
          760-770               0,818   
          770-780               0,805   
          780-790               0,793   
          790-800               0,778   
          800-810               0,765   
          810-820               0,752   
          820-830               0,738   
          830-840               0,725   
          840-850               0,712   
          850-860               0,699   
          860-880               0,676   
          880-900               0,655   
          900-920               0,630   

     Плотность бензинов стандартами не нормируется. Она используется для ориентировочной оценки вида топлива, при пересчете нефтепродуктов из массовых в объёмные единицы, для обеспечения их учета при транспортировках и

9

отпуске при заправке в бак. Плотность основных нефтепродуктов при 20 °C может лежать в следующих пределах:
    1. Бензины 726-785 кг/м³.
    2.  Дизельные топлива 830-860 кг/м³.
    3.  Моторные масла 880-915 кг/м³.
    4.  Мазуты 940-970 кг/м³.
    5.  Реактивные топлива 755-840 кг/м³.
    6.  Котельные топлива 870-900 кг/м³.
    Удельным объемом называют величину, обратную плотности (м³/кг):
                                & = 1/ р.                          (1.3)
    Удельным весом называют вес жидкости (газа), приходящийся на единицу объема (Н/м³):
                                у = G/V.                           (1.4)
    Между удельным весом и плотностью существует следующая связь (g = 9,81 м/с² - ускорение свободного падения):
                                У = Р' g •                         (1.5)
    Давление - это физическая величина, характеризующая интенсивность сил, действующих на поверхность тела. Давление (Н/м², Па) определяется отношением нормальной силы к единице площади:
P = F/S                            (1.6)
1 техническая атмосфера = 1 кгс/см² = 0,98-10 ⁵Па = 0,1 МПа = 736 мм рт. ст. = = 10м водяного столба. На рис. 1.2 показаны виды давлений.
    Давление различают как атмосферное, избыточное, абсолютное, вакуум-метрическое. Недостаток давления до атмосферного называют вакуумметри-ческим. Давление больше атмосферного является избыточным.


Ризб.



                                                                        вакуум.


Р

                                           атм.


                                                                  Рабс.


Рис. 1.2. Виды давлений

10

     Давление насыщенных паров - давление, при котором жидкость и газ находятся в термодинамическом равновесии, жидкость не испаряется, газ не конденсируется. Его можно определить как давление, при котором при данной температуре жидкость вскипает.
     Для бензинов при температуре t = 38 °C давление насыщенных паров должно быть не более 0,067 МПа (летний бензин) и не более 0,093 МПа (зимний). ГОСТ Р 51105 - 97 разделяет бензины на 5 групп по величине давления насыщенных паров (табл. 1.2).

Таблица 1.2

Давление насыщенных паров бензинов

        Показатель                   Классы               
                             1     2     3     4     5   
Давление насыщенных паров, 35-70 45-80 55-90 60-95 80-100
           кПа                                           

     При давлении насыщенных паров устанавливается равновесие между паром и жидкостью, а концентрация паров топлива в воздухе становится максимальной.
     Давление насыщенных паров существенно зависит от температуры. В таблице 1.3 показана зависимость давления насыщенных паров от температуры для бензинаАи-80 (760 мм рт. ст. = 1-10 ⁵ Н/м² = 100 кПа).


Таблица 1.3

Зависимость давления насыщенных паров от температуры

     Температура, °C       -40 -30 -20 -10  0  10  20  30   40
Давление насыщенных паров,  0  30  50  100 150 230 300 410 550
        мм рт. ст.                                            

     Прибор для определения давления насыщенных паров топлива (рис. 1.3) состоит из топливной 1 и воздушной 2 металлических камер цилиндрической формы, соединенных между собой резьбой. Воздушная камера, предназначенная для паровой фазы, соединена при помощи резиновой трубки и пружинного зажима (крана) 5 с манометром-вакуумметром 6. При проведении опытов прибор помещается в водяную баню 3, соединенную двумя шлангами 7 с термостатом 8. Заданная температура воды поддерживается термостатом и контролируется по ртутному термометру 4, погруженному в баню до отметки 38 °C, с пределами измерений от 0 до 50 °C и ценой деления шкалы 0,1 градуса [22]. На позиции 9 показана схема заполнения топливной камеры.


11

    Так как давление насыщенных паров зависит от температуры и состояния жидкой и паровой фаз, ГОСТ 1756-52 предусматривает определение этой величины при температуре 38 °С и соотношение фаз 1:4 (жидкость - газ).
    Перед началом опыта сосуд рассоединяют, шланг должен быть зажат зажимом. В топливную камеру заливают бензин и охлаждают его до температуры О °С. Затем соединяют топливную камеру с воздушной. Собранный сосуд поворачивают и сильно встряхивают несколько раз. Приводят сосуд в нормальное положение, опускают его в баню с температурой t = 38 °С. После погружения сосуда в баню открывают зажим и через 5 мин. определяют давление или разрежение по показанию манометра-вакуумметра.
    Указанные выше операции повторяют до тех пор, пока значение давления по манометру не стабилизируется. При стабилизации давления достигается термодинамическое равновесие, когда жидкость (бензин) уже не испаряется, а газ (пар) не конденсируется. Стабилизированное давление и есть давление насыщенных паров. При снижении давления жидкие углеводородные топлива могут переходить в газообразное состояние.


Рис. 1.3. Схема прибора для определения давления насыщенных паров:
1 — топливная камера; 2 — воздушная камера; 3 — водяная баня;
4 — термометр; 5 — пружинный зажим; 6 — манометр; 7 — шланги;
8 — термостат; 9 — схема заполнения топливной камеры

    Следует помнить, что если манометр показывает избыточное давление, например, плюс О,1-1О⁵ Па, то абсолютное давление будет равно 1,1-1О⁵. Если вакуумметр показывает установившееся разрежение минус О,2-1О ⁵ Па, то абсолютное давление равно О,8-1О⁵ Па или 8О кПа.


12

    В соответствии с ГОСТ 1756—2000 (ISO — 3007—99) «Нефтепродукты, определение давления насыщенных паров» давление насыщенных паров определяют с использованием водяной лабораторной бани типа ПЭ-700 и набора бомб ПЭ-7100 с комплектами манометров марки МТИ-1218.
    На рис. 1.4 показан современный прибор для определения давления насыщенных паров. Прибор состоит из манометра с ручкой, которая служит для поворота и его встряхивания, воздушной и топливных камер. В процессе определения давления насыщенных паров прибор находится в водяной бане, в которой поддерживается постоянная температура.
    Вязкость - способность жидкости оказывать сопротивление при относительном движении её слоёв. Согласно закону Ньютона сила внутреннего трения между слоями жидкости определяется выражением:
T = р-S -Av/ Ax,                     (1.7)
где р - коэффициент динамической вязкости, (Н-с/м² = Па-с);
   S - площадь соприкасающихся слоев, м²;
   Av/Ax - градиент скорости, характеризующий относительное изменение скорости между отдельными слоями жидкости, 1/с.


Рис. 1.4. Бомба типа ПЭ-7100 для определения давления насыщенных паров

13