EA003659B1 - Способ очистки резервуара для хранения нефти и устройство для осуществления этого способа - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к способу очистки резервуара (1) с плавающей крышей (2), закрывающей сырую нефть. По этому способу частично опоражнивают резервуар (1) над осадком (3), который он содержит, откачивают сырую нефть и вновь нагнетают ее в резервуар (1) через насадки (5), которые установлены на плавающей крыше (2) и которые приводят во вращение мотором. Нагнетание насадками приводит объем сырой нефти в турбулентное состояние и переводит осадок (3) в суспензию в нефти. Изобретение относится также к устройству для осуществления способа.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу очистки резервуара с плавающей крышей, закрывающей сырую нефть, и к устройству для осуществления вышеупомянутого способа.

Уровень техники

Известно, что резервуары для хранения сырой нефти - это, в основном, цилиндрические резервуары с плавающей крышей. Конструкция крыши имеет более или менее высокий уровень по отношению к поверхности земли в зависимости от количества сырой нефти, которое находится в резервуаре. Конечно, края плавающей крыши оборудованы уплотняющими приспособлениями, позволяющими избежать попадания нефти на край крыши. Отмечено, что в резервуарах для хранения на дне резервуара прогрессивно откладывается осадок, образованный большей частью из более тяжелых фракций хранимой сырой нефти, а именно парафиновые соединения, и неорганические элементы, такие как вода, песок, частицы ржавчины или им подобные. Этот осадок, называемый «Дибде» (осадок) по англосаксонской терминологии, способен образовывать на дне резервуара очень толстые слои до 1 или 2 м или более, и необходимо очищать резервуары, удаляя этот осадок. Действительно, если осадок накапливается на дне резервуара и плавающая крыша опускается ко дну по мере опустошения резервуара, то существует риск получить контакт между плавающей крышей и вершиной осадочных отложений, что нарушает равновесие крыши и блокирует ее в наклонном положении по отношению к боковой стенке резервуара; поскольку вес плавающей крыши достигает нескольких тонн, понятно, что устранение такой аварии приводит к большим затратам.

Для того чтобы позволить полное опустошение резервуара и не допустить контакта плавающей крыши с дном резервуара, в плавающей крыше предусматривают втулки, в которые вводят опорные стержни. Когда крыша опускается ко дну, все поддерживающие стержни одновременно вступают в контакт со дном, что удерживает крышу на некотором расстоянии от дна и позволяет полностью освободить резервуар от жидкой сырой нефти, которую он содержит. Для извлечения осадка после удаления жидкой сырой нефти уже предложено осуществлять удаление вручную, используя персонал, входящий в резервуар через отверстия для людей, которые расположены внизу его боковой стенки. Это длительная операция, трудоемкая и дорогостоящая, и осадок, вынутый таким образом из резервуара, должен быть эвакуирован, при этом стараются избежать какого бы то ни было загрязнения среды; обычно его разрушают превращением в золу. Такая операция очистки имеет, как правило, очень высокую стоимость.

Уже предложено также вводить через отверстия для людей, после опустошения резервуара, центральный смеситель, который располагают поблизости от слоя осадка и который может вращаться вокруг вертикальной оси; такой смеситель использует тиксотропический характер осадка с тем, чтобы пытаться восстановить его в суспензию при новом поступлении жидкой нефти в резервуар, но смеситель оказывает только местное действие в центральной зоне дна резервуара, кроме того, мощность, которая необходима для привода во вращение с эффективной скоростью, влечет создание эмульсии, состоящей из воды осадка и сырой нефти, эмульсии, которая в высшей степени нежелательна при использовании запасенной сырой нефти. Такое устройство очистки, следовательно, не дает удовлетворительных результатов.

Также предложено устанавливать на базе боковой стенки резервуаров винтовые смесители, равномерно распределенные по периферии резервуара; эти винтовые смесители эффективно вызывают движение осадка от периферии резервуара к центральной зоне вышеупомянутого резервуара, но, в целом, объем слоя осадка не уменьшается существенным образом; наоборот, слой осадка имеет толщину гораздо более неравномерную, откуда вытекает, что риск аварии при опускании крыши далеко не устранен. Наконец, применение этих винтовых смесителей в высшей степени дорогостоящая операция изза затрат энергии, необходимой для их привода. Такой способ, следовательно, не дает удовлетворительных результатов.

Изобретение основано на том факте, что можно вернуть осадок в состояние суспензии в сырой нефти, которая его покрывает, при условии создания турбулентности и/или вихрей во всем объеме жидкой нефти, расположенной над осадком, и направить достаточно мощные струи нефти на осадок, чтобы последний прогрессивно был переведен в состояние суспензии и удерживался в этом состоянии посредством турбулентности, созданной в жидкой сырой нефти. Таким образом слой осадка мало-помалу исчезает и, оказываясь внутри жидкой сырой нефти, восстанавливает стоимость осадка, так как не остается больше никаких осадочных материалов, подлежащих эвакуации из резервуара для разрушения. Согласно изобретению предложено, следовательно, частично опустошать резервуар, содержащий осадок, оставляя над осадком только ограниченное количество сырой нефти, во всем объеме которого будут созданы турбулентность или вихри, в первую очередь, при помощи всасывания насосами, осуществляемого на нижнем уровне жидкой сырой нефти, и, во вторую очередь, повторным нагнетанием в резервуар откаченной жидкой нефти, причем расход откаченной и нагнетенной (нефти) должен быть достаточно большим по сравне нию с общим объемом, находящимся под плавающей крышей в момент операции очистки. Повторное нагнетание осуществляется при помощи вращающихся насадок, расположенных равномерно под плавающей крышей, причем эти насадки оборудованы соплами, которые направляют струи нефти в сторону слоя осадка; вращение насадок порождает вихри, осями которых являются оси насадок, и, таким образом, эти вихри перекрывают весь резервуар. Для осуществления этого опорные стержни плавающей крыши заменяют насадками, которые обеспечивают повторное нагнетание сырой нефти, причем нижняя кромка насадок располагается поблизости от средней плоскости верхней стороны слоя осадка.

Сущность изобретения

Целью настоящего изобретения является, следовательно, способ восстановления в состояние суспензии осадка, который образовал вследствие оседания слой на дне резервуара с плавающей крышей, закрывающей сырую нефть, причем вышеупомянутая плавающая крыша содержит множество стержневых отверстий, распределенных равномерно по ее поверхности, при этом вышеупомянутые отверстия позволяют закрепить в крыше стержни, способные удержать крышу, опираясь на дно резервуара, когда уровень сырой нефти в резервуаре становится ниже длины стержней, отличающийся тем, что доводят уровень сырой нефти в резервуаре на расстояние Ь от наиболее высокого уровня осадка на дне резервуара, с Ц заключенным примерно между 2 и 5 м, откачивают сырую нефть из резервуара, по меньшей мере, одним насосом с общей часовой производительностью, равной ν/η, где V - объем, находящийся в резервуаре под плавающей крышей, и η - число, заключенное примерно между 8 и 15, повторно вводят в резервуар откаченную сырую нефть, нагнетая ее при помощи насадок, установленных в плавающей крыше и введенных в резервуар вертикально над осадком, причем каждая из вышеупомянутых насадок имеет под плавающей крышей длину меньше чем Ь и приведена во вращение вокруг своей оси, при этом ее нижний конец заглушен и снабжен, по меньшей мере, одним расположенным над осадком соплом, струя которого ориентирована в сторону дна резервуара, и, кроме того, выходное сечение сопла (сопел) одной и той же насадки достаточно мало для того, чтобы с расходом, обеспечиваемым насосом (насосами), выходное давление струи сырой нефти было достаточным для того, чтобы турбулентный объем, созданный одной насадкой, пересекал турбулентные объемы, полученные от соседних насадок, применение процедуры продолжают до тех пор, пока плотность прокачиваемой сырой нефти не будет равна предварительно определенно му значению, которое соответствует почти полному восстановлению во взвешенное состояние осадка.

Выбор числа η, которое определяет общий часовой расход, откачиваемый и снова нагнетаемый в резервуар, является функцией характеристик резервуара, подлежащего очистке посредством восстановления взвешенного состояния осадка, физико-химических характеристик самого осадка и времени остановки, которое может быть принято для очистки резервуара.

По преимущественному виду применения способа согласно изобретению на каждой насадке располагают несколько сопел, распределенных по длине насадки, с тем, чтобы созданный насадками турбулентный объем охватывал по всей высоте слой жидкой сырой нефти, находящейся в резервуаре. Преимущественно насадки приводят во вращение со скоростью от 0,25 до 4 об./мин. Насадки могут быть приведены во вращение вокруг их осей взрывобезопасными электромоторами по одному на каждую насадку.

Целью настоящего изобретения является также устройство для осуществления способа, такого, каким он был описан выше, устройства, отличающегося тем, что насадки расположены во втулках стержневых отверстий плавающей крыши резервуара. Установка вращаемых насадок в стержневые отверстия, т. е. во втулки, которые обычно удерживают стержни, скрепленные с плавающей крышей, имеет основным преимуществом то, что позволяет производить установку устройства очистки согласно изобретению, не внося каких бы то ни было модификаций в конструкцию плавающей крыши резервуара, подлежащего очистке: достаточно вынуть стрежни один за другим и заменить их последовательно вращаемыми насадками. Поскольку отверстия стержней достаточно близки, вращаемые струи, выходящие из этих насадок, вызывают перемешивание всего объема сырой нефти, находящегося в резервуаре, приводя таким образом к эрозии фрагментов осадка до их полного восстановления в состояние суспензии.

По преимущественному способу выполнения согласно изобретению каждая насадка имеет несколько сопел, расположенных на различных уровнях по отношению к дну резервуара, причем струи сопел нижнего уровня направлены в сторону дна резервуара, тогда как струи верхнего уровня направлены в сторону плавающей крыши; преимущественно каждая насадка имеет три уровня сопел, при этом сопло среднего уровня образует струю практически горизонтальную, тогда как сопла двух других уровней образуют струи, оси которых наклонены на 50-70° по отношению к оси насадки, несущей сопла. Можно предусмотреть, чтобы каждый уровень сопел содержал два диаметрально противоположных сопла. Преимущественно сопло (или сопла) нижнего уровня расположено (расположены) на уровне от 20 до 50 см выше среднего уровня слоя осадка.

Можно преимущественно предусмотреть, чтобы насос (или насосы), выкачивающий (выкачивающие) сырую нефть из резервуара, был (были) объемного типа; это могут быть, например, насосы винтового типа. Этот тип насоса обеспечивает заданный расход и давление, которое получают на выходе из сопел, которые следовательно, есть функция выходного сечения всего ансамбля сопел, питаемых насосом. Объем, в котором создается турбулентность вокруг насадки, очевидно, тем больше, чем выше давление выходящих струй. Делают так, чтобы эти объемы, которые являются практически цилиндрами, оси которых - это оси насадок, пересекались с объемами, созданными соседними насадками, с тем, чтобы никакая часть жидкой нефти, содержащейся в резервуаре, не осталась вне турбулентности, созданной согласно изобретению.

Конечно, перемешивание осадка вовлекает также восстановление в состояние суспензии неорганических элементов, содержащихся в осадке. Поэтому предусмотрен всасывающий насосный фильтр для удаления этих неорганических элементов, те же частицы, которые проходят через фильтр, измельчаются винтом насоса. Когда операция очистки согласно изобретению закончена, в резервуаре находится, с одной стороны, однородная фильтрованная жидкость, являющаяся сырой нефтью, непосредственно готовой для танкера, и, с другой стороны, на дне резервуара тонкий слой, образованный неорганическими более тяжелыми твердыми частицами, первоначально находившимися в осадке. Обычно пользователь резервуара выкачивает жидкое содержимое резервуара, перекачивая его в другой резервуар, содержащий подобную сырую нефть, причем это выкачивание, естественно, может быть осуществлено только после установки на место стержней плавающей крыши вместо насадок, использованных для применения способа согласно изобретению. После того как была бы получена эта смесь с содержимым другого резервуара, можно приступать к рафинированию сырой нефти, использованной при очистке согласно изобретению.

По предпочтительному способу выполнения устройство согласно изобретению содержит, по меньшей мере, два насоса, перед каждым из которых установлен, по меньшей мере, один фильтр, и за каждым следует распределитель, каждый выход из которого приводит в емкость, которая питает р насадок, причем р - это одинаковое число для всех емкостей устройства.

Перечень фигур чертежей

Чтобы лучше понять объект изобретения, ниже будет описан, в качестве чисто иллюстративного и не ограничивающего примера, способ выполнения, представленный на прилагаемых схематических чертежах, где фиг. 1 схематически показывает устройство для применения способа согласно изобретению;

фиг. 2 представляет схематически в разрезе резервуар сырой нефти с плавающей крышей, в котором установлены насадки для повторного закачивания сырой нефти, как показано на фиг. 1, при этом другие насадки на показаны;

фиг. 3 показывает вид в плане плавающей крыши резервуара по фиг. 2, причем этот вид показывает втулки стержней, предусмотренные для вышеупомянутой плавающей крыши, и штрихами - круги, ограничивающие цилиндрические объемы турбулентности, порождаемые каждой из насадок, введенных в вышеупомянутые втулки стержней.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Из чертежей видно, что цифрой 1 везде обозначен резервуар для хранения сырой нефти; резервуар 1 образован из боковой цилиндрической стенки 1а, основание которой 1Ь образует дно резервуара. Резервуар снабжен плавающей крышей 2, периферия которой оборудована уплотняющими приспособлениями, не показанными. Резервуар предназначен для хранения сырой нефти с крышей 2, плавающей на сырой нефти. Классическим образом такой резервуар может иметь диаметр примерно 50 м и высоту до 15 м. В таком резервуаре сырая нефть прогрессивно отстаивается и порождает осадок 3, который образует слой на дне резервуара 1Ь, который может достигать нескольких метров по толщине; поверхность слоя относительно нерегулярная. Осадок обычно имеет тиксотропическую природу.

Для очистки резервуара такого типа и удаления слоя осадка 3 резервуар частично опустошают; если предполагают слой осадка толщиной примерно 1 м, то в резервуаре оставляют над осадком примерно 3 м сырой нефти, это означает, что крыша 2 находится примерно в 4 м над дном резервуара. В описываемом примере плавающая крыша 2 снабжена 72 стержнями, проходящими сквозь крышу через втулки стержней, которые обозначены цифрой 4 на фиг. 3. Эти стержни имеют длину от 1,8 до 2,2 м и вступают в контакт с дном резервуара, когда плавающая крыша опускается достаточно низко.

После того как плавающая крыша 2 опущена до 4 м над уровнем дна, стержни вынимают один за другим и заменяют их насадками 5; каждая насадка - это труба, которую устанавливают на место вращения в стержневую втулку. Насаду 5 приводят во вращение вокруг ее оси при помощи взрывобезопасного электромотора 6, установленного на головке насадки над плавающей крышей 2. Питание сырой нефтью насадки 2 осуществляют через трубопровод 7. Насадка 5 имеет на трех уровнях сопла, позволяющие эвакуировать сырую нефть, подведенную в трубу, которая образует насадку, через

Ί трубопровод 7. Эти сопла направляют выходные струи. Каждый уровень содержит на насадке два диаметрально противоположных сопла. Оба сопла нижнего уровня формируют струи 8а, ось которых составляет 60° с осью насадки 5, и эти струи направлены в сторону дна резервуара; оба сопла верхнего уровня формируют струи 8с, ось которых составляет 60° с осью насадки 5, и эти струи направлены в сторону плавающей крыши 2; оба сопла среднего уровня образуют струи 8Ь, оси которых практически горизонтальны. Сопла нижнего уровня расположены примерно в 30 см выше средней плоскости слоя осадка 3; сопла среднего уровня расположены примерно в 60 см выше сопел нижнего уровня; и сопла верхнего уровня расположены также примерно в 60 см выше сопел среднего уровня. Низ насадок 5 заглушен. Моторы 6 вращают насадки 5 со скоростью 2 об./мин.

Перекачка в резервуаре 1 осуществляется с помощью двух насосов 8; насосы 8 - это преимущественно винтовые объемные насосы, каждый с производительностью 400 м³/ч. Насосы расположены параллельно, перед входом в каждый насос установлены фильтры 9. Оба фильтра 9 подсоединены на выходе из резервуара 10 емкостью 2000 л, вход в который соединен трубопроводом 11 с нижней частью боковой стенки 1а резервуара 1. Фильтры 9 предназначены для удаления неорганических элементов, которые находятся в перекачиваемой нефти. Каждый из двух насосов 8 выходит в распределитель 12. Каждый распределитель 12 содержит три выхода, каждый из которых приводит в емкость 13 объемом 200 л; каждая емкость 13 имеет шесть выходов, снабженных клапанами 14, и соединяет каждый трубопровод 7 для питания двух насадок 5.

Когда насосы 8 откачивают сырую нефть из резервуара 1 и нагнетают ее в насадки 5, вокруг каждой насадки создается турбулентный или вихревой объем, который приблизительно ограничен кругом, изображенным штриховой линией на фиг. 3. Выходные сечения сопел выбирают достаточно малыми для того, чтобы давление выбрасывания струи было достаточным для того, чтобы радиус этого турбулентного объема, созданного вокруг насадки, позволил этому турбулентному объему пересекать турбулентные объемы, созданные соседними насадками. Таким образом, вся жидкая сырая нефть, которая находится над осадком, оказывается приведенной в движение. Сопла нижних уровней насадок 5 создают вращающиеся струи, которые взаимодействуют с верхней поверхностью осадка 3, который, будучи тиксотропическим, медленно переходит во взвешенное состояние в сырой нефти, которая его покрывает. Учитывая, что сырая нефть перемешивается во всем ее объеме, осадок не может осесть снова и распределяется во всем объеме сырой нефти, которая покрывает слой осадка 3.

Замечено, что после периода работы, составляющего 5-7 дней, осадок практически исчезает по всей поверхности дна резервуара 1Ь, оставляя только на вышеупомянутом дне неорганические элементы, первоначально находившиеся в осадке. Для определения конца операции обычно используют измерение плотности сырой нефти, останавливая очистку, когда плотность достигает значения, которое определяется заранее расчетом, исходя из начальных проб сырой нефти и осадка и относительных объемов осадка и сырой нефти, оставленной в резервуаре для операции очистки.

Claims (7)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ восстановления в состояние суспензии осадка (3), представляющего собой образованный вследствие оседания слой на дне резервуара (1) с плавающей крышей (2), снабженной множеством стержневых отверстий (4), распределенных равномерно по ее поверхности и позволяющих закрепить в ней стержни, способные удерживать крышу (2), опираясь на дно резервуара (1Ь), когда уровень сырой нефти в резервуаре (1) становится ниже длины (Ό) стержней, при котором доводят уровень сырой нефти в резервуаре (1) на расстояние Ь от наиболее высокого уровня осадка (3) на дне резервуара (1Ь), откачивают сырую нефть из резервуара (1), по меньшей мере, одним насосом (8) с общей часовой производительностью, равной ν/η, где V - объем, находящийся в резервуаре (1) под плавающей крышей (2), повторно вводят в резервуар (1) откаченную сырую нефть, нагнетая ее при помощи насадок (5), установленных в плавающей крыше (2) вместо стержней во втулках стержневых отверстий (4) и введенных в резервуар (1) вертикально над осадком (3), причем каждая из вышеупомянутых насадок (5) имеет под плавающей крышей длину меньше чем Ь и приводится во вращение вокруг своей оси, при этом ее нижний конец заглушен и снабжен, по меньшей мере, одним расположенным над осадком (3) соплом, струя которого (8а) ориентирована в сторону дна резервуара (1Ь), а выходное сечение сопла или сопел одной и той же насадки (5) достаточно мало для того, чтобы с расходом, обеспечиваемым, по меньшей мере, одним насосом (8), выходное давление струи сырой нефти обеспечивало создание турбулентного объема вокруг насадки (5), пересекающегося с турбулентными объемами соседних насадок (5), применение процедуры продолжают до тех пор, пока плотность прокачиваемой сырой нефти не будет равна предварительно определенному значению, которое соответствует почти полному восстановлению во взвешенное состояние осадка (3), при этом расстояние Ь заключено примерно между 2 и 5 м, число η заключено между 8 и 15, а насадки (5) приводят во вращение со скоростью от 0,25 до 4 об./мин.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сопло или сопла нижнего уровня каждой насадки (5) расположены на уровне от 20 до 50 см выше среднего уровня слоя осадка (3).

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что на каждой насадке (5) располагают множество сопел, распределенных по длине насадки, для того, чтобы турбулентный объем, создаваемый одной насадкой (5), охватывал полностью толщину слоя жидкой сырой нефти, находящейся в резервуаре (1).

4. Устройство для восстановления в состояние суспензии осадка (3), который образован вследствие оседания на дне резервуара (1) с плавающей крышей (2), закрывающей сырую нефть, содержащее насадки (5), выполненные с возможностью установки в плавающей крыше (2) вместо стержней во втулках стержневых отверстий (4) плавающей крыши (2) с их введением в резервуар вертикально над осадком (3), при этом каждая из вышеупомянутых насадок (5) установлена с возможностью вращения вокруг своей оси и снабжена несколькими соплами, расположенными на трех уровнях по отношению к дну резервуара (1Ь), причем сопло среднего уровня образует струю (8Ь) практически горизонтальную, сопла нижнего уровня направлены в сторону дна резервуара (1Ь), а сопла верхнего уровня направлены в сторону плавающей крыши (2), при этом сопла нижнего и верхнего уровней образуют струи, оси которых наклонены на 50-70° по отношению к оси насадки (5), несущей сопла.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что каждый уровень сопел содержит два диаметрально противоположных сопла.

6. Устройство по п.4 или 5, отличающееся тем, что насос или насосы (8), выкачивающие сырую нефть из резервуара, являются насосами объемного типа.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что оно содержит, по меньшей мере, два насоса (8), перед каждым из которых установлен, по меньшей мере, один фильтр (9), и за каждым следует распределитель (12), который питает р насадок (5), причем р - это одинаковое целое число для всех емкостей (13) устройства.