Результат интеллектуальной деятельности: Способ очистки внутренней поверхности резервуаров от донных отложений с применением химических реагентов

Изобретение относится к эксплуатации резервуарных парков магистральных нефтепроводов, а именно к способам очистки стальных вертикальных резервуаров от донных отложений.

Из уровня техники известен способ очистки резервуара от донных отложений, включающий очистку стенок и дна под воздействием струи нагретого рабочего агента под давлением в поле центробежных сил, при этом перед воздействием нагретого рабочего агента в резервуар заливают нефть, затем на смесь донных отложений и нефти воздействуют струей мятого пара с температурой 110-130°С в соотношении 1:(3-5) соответственно до достижения температуры 100-105°С с последующим отстоем в течение 1-2 суток и откачкой нефти и расплавленных парафинов, затем в оставшийся в резервуаре осадок, вводят фракцию нефти 150-360°С в соотношении 1:(3-5) соответственно, на смесь донного осадка и фракции нефти 150-360°С воздействуют струей острого пара с температурой 150-250°С под давлением 1,0-1,5 МПа, отстаивают в течение 1-2 суток, удаляют смесь нефти и экстрагированного продукта из донного осадка, далее осуществляют слив воды и выгрузку механических примесей [патент РФ на изобретение №2314882, дата публикации 20.01.2008].

Недостаток способа заключается в том, что при реализации способа создаются условия для образования в объеме резервуара газо-воздушной взрывоопасной среды.

Из уровня техники известен способ очистки резервуара от донных отложений, включающий подачу размывающей жидкости через управляемый ствол с соплом на поверхность донных отложений, размыв донных отложений струей размывающей жидкости из управляемого ствола с соплом и удаление размытых взвешенных отложений одновременно с процессом размыва, при этом размыв производят путем разделения донных отложений на отдельные участки струей размывающей жидкости, а управление стволом с соплом осуществляют в зависимости от состояния донных отложений по площади днища резервуара, при этом проводят во время очистки регулярный контроль состава смеси донных отложений с размывающей жидкостью и расширяют зону размыва при уменьшении взвеси донных отложений в смеси [патент РФ на изобретение №2196062, дата публикации 10.01.2003].

Недостаток способа заключается в том, что процесс размыва осуществляется открытой струей, без контроля за газо-воздушной средой (в частности за концентрацией кислорода и паров углеводородов) в области проведения работ, что может повлечь за собой аварийную ситуацию. Также указанный способ должен предусматривать выполнение ряда подготовительных работ, таких как откачка товарного продукта из резервуара и его последующую дегазацию.

Известен способ очистки резервуаров от нефтяных отложений, включающий закачивание размывочной жидкости, циркуляцию разжиженного продукта, введение депрессоров, воздействующих на асфальтосмолопарафиновые отложения и обеспечивающих текучесть, и сепарацию продукта на нефть, водную фракцию и механические примеси, осуществление разогрева резервуара с использованием конструктивных элементов резервуара теплоносителем, при этом депрессоры вводят в период циркуляции потока разжиженного продукта, закачивают размывочную жидкость так, чтобы ее верхний уровень не превышал нижнего уровня приемораздаточных патрубков, сепарацию осуществляют внутри резервуара и удаляют продукты сепарации из него, а перед окончательной очисткой внутренних поверхностей резервуара проводят дополнительную очистку водной фракции в присутствии коагулянтов. В качестве теплоносителя используют печной газ и/или пар, и/или их смесь, и/или поток разжиженного продукта. Температуру потока внутри резервуара поддерживают в интервале 20-100°С. [патент РФ на изобретение №2109583, дата публикации 27.04.1998].

Недостаток способа заключается в том, что в он не учитывает значительную площадь поверхности как самого резервуара (как вертикальных стенок, так и крыши с днищем, при этом теплоизоляции на стенках и крыше резервуаров нет), как следствие высокие тепловые потери через указанные стенки и высокие энергозатраты на указанный в изобретении нагрев теплоносителя, так и значительный объем химических реагентов (в частности депрессоров), которые помимо высокой себестоимости запрещается нагревать свыше температуры в 25°С из-за требований по пожаровзрывобезопасности и рекомендации производителей указанных химических реагентов.

Известен способ размыва и удаления донных отложений из стальных вертикальных резервуаров с нефтью и/или нефтепродуктами при помощи стационарной системы размыва, включающей трубную разводку, снабженную размывающими соплами, предусматривающий заполнение резервуара нефтью до уровня, обеспечивающего безопасную работу системы размыва, и размыв донных отложений путем подачи нефти через сопла системы размыва с откачкой из резервуара размытых донных отложений в смеси с нефтью, при этом минимальное значение уровня нефти перед началом заполнения резервуара через систему размыва, обеспечивающего безопасную работу системы, устанавливают в диапазоне 2-3 м, при этом расход закачки нефти через систему задают не менее 200 м³/ч. [патент РФ на изобретение №2527792, дата публикации 10.09.2014].

Недостаток способа заключается в том, что очистка резервуара по указанному способу выполняется длительное время до 60 часов при уровне донных отложений свыше 1 м.

Известен способ очистки от отложений внутренней поверхности вертикальных стальных резервуаров для хранения нефти, при котором проводят операции пропарки резервуара водяным паром при Т=78÷120°С, размыва донных отложений струей воды под давлением с помощью специальной стационарной системы размыва донных отложений и удаляют материалы очистки за пределы резервуара, отличающийся тем, что перед проведением операции пропаривания на поверхности содержимого в резервуаре наводят слой толщиной 8-12 см гелеобразующей композиции на основе карбоксиметилцеллюлозы 0,3÷2,0%, в которую входят вспенивающее вещество 1÷3%, хлористый натрий 2÷10%, сшиватель 0,02÷0,1% и регулятор рН 0,05÷0,15%, остальное вода [патент РФ на изобретение №2307976 С1, дата публикации 10.10.2007].

Недостаток способа заключается в том, что при выполнении работ не учитывается, что распределение донных отложений по высоте на днище резервуара не равномерно, следовательно, размыв по указанному способу будет осуществляться не равномерно, что в свою очередь может повлечь разрушение покрытия полностью, либо нарушение его целостности, что полностью минимизирует положительный эффект, заявляемый по данному изобретению.

Известна система удаления донных отложений из нефтяного резервуара, реализующая способ, который характеризуется тем, что для очистки резервуара в размывающие сопла через напорный трубопровод под давлением подают нефть, формируемые соплами струи размывают отложения резервуара, при этом одновременно с этим в работу включается устройство размыва, формирующее «затопленную» струю, перемещающуюся по днищу резервуара, и создающее круговое вращение всей массы нефти в резервуаре [патент РФ на полезную модель №141740, дата публикации 10.06.2014].

Недостаток этого способа заключается в том, что круговое вращение массы нефти не обеспечивает в полной мере размыв донного осадка, в виду того, что при циркуляции образуются застойные зоны, пониженных скоростей, в окрестности которых размыв отложений минимален, что в свою очередь влечет необходимость доочистки - ручной или механизированной.

Техническая проблема, на решение которой направлена заявляемое изобретение, заключается в создании способа очистки внутренней поверхности резервуаров от донных отложений с применением химических реагентов с использованием штатных размывочных систем резервуаров.

Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, заключается в повышении качества очистки внутренней поверхности резервуаров от донных отложений и сокращении времени на проведение очистки резервуара.

Заявляемый технический результат достигается за счет того, что в способе очистки внутренней поверхности резервуаров от донных отложений с применением химических реагентов, характеризующемся тем, что осуществляют замер уровня донных отложений в нескольких точках поверхности дна резервуара, обеспечивают заполнение резервуара нефтью до уровня, достаточного для эксплуатации стационарной системы размыва донных отложений путем закачки или откачки необходимого количества нефти, осуществляют подачу в резервуар нефте- или нефтепродукторастворимые диспергатора в количестве 0,1-1% от общего объема нефти в резервуаре, затем осуществляют размыв донных отложений при помощи стационарной системы размыва донных отложений, обеспечивающей равномерное распределение химического реагента в объеме нефти и циркуляцию объема нефти в течение времени, определенного по результатам лабораторных исследований нефте- или нефтепродукторастворимого диспергатора для конкретного типа донных отложений и нефти, но не менее 12 часов, а после размыва донных отложений до достижения постоянных значений высоты донных отложений при проведении нескольких замеров осуществляют откачку смеси нефти с нефте- или нефтепродукторастворимым диспергатором из резервуара с последующей его дегазацией, далее осуществляют контроль качества размыва донных отложений для принятия решения о дополнительной очистке или финишной обработки, затем осуществляют финишную обработку резервуара путем пропарки с откачкой остаточной водонефтяной эмульсии из резервуара и проверку остаточной пожарной нагрузки пожароопасных веществ на внутренней поверхности очищаемого резервуара.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения при наличии остатков донных отложений после проведения очистки стационарной системой размыва, подтверждаемых замерами высот донных отложений, осуществляют дополнительную очистку мобильным комплексом очистки резервуара смесью водорастворимых диспергентов в количестве не более 1% от общего объема воды, используемого для проведения дополнительной очистки.

При этом, в частном случае реализации изобретения в случае, если значение остаточной пожарной нагрузки составляет более 0,1 кг/м² заполняют резервуар углеводородным растворителем на уровень не выше 0,1 м и контролируют состояние мест, где ранее наблюдались донные отложения.

Причем, в частном случае реализации изобретения одновременно с замером уровня донных отложений выполняют отбор проб, как донных отложений, так и нефти для проведения лабораторных исследований по подбору химических реагентов.

На фиг. представлен резервуар вертикальный стальной, в котором в качестве системы для размыва донных отложений используется устройство типа «Диоген».

На фиг. позиции имеют следующие обозначения:

1 - люк замерный; 2 - люк-лаз; 3 - кран сифонный; 4 - патрубок приемо-раздаточный; 5 - устройство для размыва донных отложений; 6 - люк световой;

Способ очистки внутренней поверхности резервуаров от донных отложений с применением химических реагентов реализуется следующим образом.

Согласно изобретению предварительно выполняют работы по оценке уровня донных отложений путем проведения замеров в нескольких точках на поверхности дна резервуара через световые люки 6 резервуара и иные технологические отверстия в крыше / крыше-понтоне резервуара.

В процессе проведения замеров уровня донных отложений выполняют отбор проб как донных отложений, так и нефти в количествах, достаточных для проведения лабораторных исследований по подбору конкретных химических реагентов (углеводородных растворителей, нефте- или нефтепродукторастворимых и водорастворимых диспергаторов) для реализации способа размыва донных отложений на конкретном резервуаре.

В рамках настоящего изобретения в качестве химических реагентов на разных этапах очистки могут использоваться нефте- или нефтепродукторастворимые диспергаторы, водорастворимые диспергаторы и углеводородные растворители.

В предпочтительных вариантах реализации изобретения в качестве углеводородного растворителя может применяться композиционная смесь ароматических и предельных углеводородов, в качестве водорастворимого диспергатора может применяться композиционная смесь неионогенного поверхностно-активного вещества, алифатического спирта и воды, в качестве нефте- или нефтепродукторастворимого диспергатора может применяться композиционная смесь поверхностно-активных веществ, ароматических растворителей и алифатических спиртов.

При подготовке резервуара к проведению работ по очистке обеспечивают наполнение резервуара нефтью на уровне не менее 5 м, что достаточно для запуска и эксплуатации штатно размещенной системы 5 размыва донных отложений типа «Диоген» или иной аналогичной конструкции путем закачки или откачки необходимого количества нефти из соседних резервуаров (или перекачку в них же).

Откачка/закачка нефти осуществляют через кран сифонный 3 и патрубок приемно-раздаточный 4 штатным оборудованием нефтеперекачивающей станции (НПС) (на чертеже не показана) - либо специально выделенными для этих задач насосными агрегатами (на чертежах не показаны), используемыми для внутрипарковой перекачки нефти, либо подпорными насосами НПС (на чертежах не показано). При этом уровень заполнения резервуара контролируется штатными средствами, например, ультразвуковыми радарными уровнемерами или иными средствами, установленными на резервуаре.

По достижению требуемого уровня нефти в резервуаре через патрубок приемно-раздаточный 4 осуществляют закачку (подачу) нефте- или нефтепродукторастворимым диспергатором. Нефте- или нефтепродукторастворимый диспергатор в количестве от 0,1% до 1% от общего значения объема нефти в резервуар закачивается специализированной установкой, либо с привлечением штатных средств и оборудования НПС. Далее осуществляют включение системы 5 по размыву донных отложений типа «Диоген» или иную выполняющую аналогичную функцию, которая обеспечивает распределение и перемешивание закаченного химического реагента с нефтью уже находящейся в резервуаре, а также обеспечивает распределение полученной смеси (нефти и химического реагента) по всему объему резервуара.

Требуемое количество нефте- или нефтепродукторастворимого диспергатора определено в ходе лабораторных испытаний опытным путем, в сравнении с классическим способом при размывке донных отложений системой размыва типа «Диоген» нефтью, а также в сравнении с применением чистого растворителя, без формирования его смеси с нефтью или нефтепродуктами. Практические результаты приведены в таблице 1.

Оценка эффективности действия нефте- или нефтепродукторастворимого диспергатора определяется на основе данных нескольких показателей - объем нерастворенного осадка, объем растворенного осадка, скорость растворения асфальтеносмолопарафиновых отложений. Верхняя граница по количеству нефтерастворимого диспергатора выбрана исходя из того, что большее количество не дает прироста эффективности его применения по основным измеряемым параметрам, приведенным в Таблице 1.

Процесс размыва донных отложений осуществляют в течение времени, необходимого для разрушения донных отложений до состояния дисперсной среды, определенного по результатам лабораторных исследований при подборе нефте - нефтепродукторастворимого диспергатора под конкретный тип донных отложений и нефти, но не менее 1-го цикла работы системы 5 по размыву донных отложений, который составляет не менее 12 часов.

Указанный интервал времени, а именно «… не менее 12 часов …» определен исходя из параметров безопасной работы штатных устройств для размыва донных отложений типа «Диоген» и аналогичных электромеханических мешалок устанавливаемых в качестве систем размыва донных отложений применяемых на вертикальных стальных резервуарах (время одного цикла размыва, углового горизонтального перемещения, составляет в зависимости от модели устройства от 7 до 11 часов), регламентного времени их эксплуатации (минимального времени размыва донных отложений равного 10 часам), включая время заполнения резервуара до уровня нефти безопасной для пуска устройств размыва (до 1 часа, с учетом необходимости заполнения или опорожнения резервуара) и результатов экспериментальных исследований приведенных в таблице 1. Кроме того, указанный интервал времени, а именно «… не менее 12 часов …» также определен исходя из конструкции и принципа работы стандартной системы размыва донных отложений типа «Диоген», который предполагает поворот устройства в плоскости на угол 60 градусов и соответственно, время меньше чем 12 часов может не обеспечивать требуемый поток нефти для размыва отложений, для исключения застойных зон и снижения объема работ на последующих этапов работ.

После чего систему 5 по размыву данных отложений «Диоген» отключают и осуществляют замер уровня донных отложений, контроль динамики их уменьшения, а также отбор проб нефти с целью контроля изменения ее состава и физико-химических свойств. По результатам контроля принимают решение о необходимости повторного включения системы 5 по размыву донных отложений «Диоген» либо принимается решение об откачки смеси нефти с нефте- или нефтепродукторастворимым диспергатором из полости резервуара через кран сифонный 3.

В случае, если резервуар конструктивно включает в себя крышу-понтон через патрубок приемно-раздаточный 4 осуществляют закачку технической воды до уровня 2,5 м для обеспечения всплытия понтона и выдвижения ремонтных стоек. В случае, если ремонтные стойки не выдвигаются на требуемую высоту из-за наличия остатков донных отложений увеличивают уровень воды до 5 м для запуска системы 5 по размыву данных отложений «Диоген» и дозируют подачу водорастворимого диспергатора в количестве не более 1% от общего объема воды, используемого для проведения работ и осуществляют размыв донных отложений.

Далее осуществляют включение системы 5 по размыву донных отложений типа «Диоген», которое обеспечивает перемешивание закаченной воды с водорастворимым диспергатором, а также обеспечивает распределение полученной смеси (вода и водорастворимого химического реагента) по всему объему резервуара. После чего систему 5 по размыву донных отложений «Диоген» отключают и осуществляют замер уровня донных отложений, контроль динамики их уменьшения, а также отбор проб нефти с целью контроля изменения ее состава и физико-химических свойств.

Водорастворимый диспергатор в количестве не более 1% от общего значения объема воды в резервуар закачивается специализированной установкой, либо с привлечением штатных средств и оборудования НПС. Объемное отношение водорастворимого химического реагента определено на основе лабораторного опыта на примере использования водорастворимых диспергаторов, в сравнении с углеводородным растворителем и размывкой нефтью системой размыва типа «Диоген». Верхняя граница по количеству водорастворимого диспергатора выбрана исходя из того, что большее количество водорастворимого не дает прироста эффективности его применения. Практические результаты приведены в таблице 2.

После проведения всех работ по опорожнению резервуара, а так же всех регламентных работ по его дегазации и флегматизации с учетом всех требований по охране труда и пожарной безопасности обеспечивают заход персонала во внутреннюю полость резервуара через люк-лаз 2 для визуальной оценки качества очистки и принятия решения о проведении финишной обработки паром либо о необходимости применения мобильного комплекса по размыву донных отложений с применением водорастворимых химических реагентов, с финишной обработкой паром, которая осуществляется так же через люк-лаз 2.

В случае, если визуальная оценка показала необходимость проведение доочистки от остатков донных отложений, то она проводится с применением мобильного комплекса для размыва донных отложений с использованием водорастворимых химических реагентов, при этом устройство для размыва размещается через люк-лаз 2 с обеспечением возможности откачки водонефтяной эмульсии в процессе очистки.

В случае принятия решения об окончании процесса очистки выполняется проверка уровня остаточной пожарной нагрузки, которая соответствует максимально допустимой толщине пленки горючего вещества (нефти, нефтяных осадков, смывок) на поверхности резервуара, которая в свою очередь не способна к воспламенению при воздействии источника зажигания. Работы по очистке считаются выполненными в случае, если значение остаточной пожарной нагрузки, равно или меньше 0,1 кг/м². Указанное значение остаточной пожарной нагрузки регламентировано в РД 153-39ТН-012-96 «Инструкции по пожаровзрывобезопасной технологии очистки нефтяных резервуаров» (документ согласован ГУГПС МВД России от 06.08.1996) и для нефтяных резервуаров является удельным.

При несоответствии остаточной пожарной нагрузки нормативным значениям выполняют заполнение внутреннего объема резервуара углеводородным растворителем с коэффициентом насыщения не менее 30 кг/м³ на уровень не выше 0,1 м и периодическим инструментальным или визуальным контролем состояния тех мест, где ранее наблюдались остатки донных отложений. Указанный уровень донных отложений и соответствующий ему уровень заполнения резервуара растворителем (0,1 м) определяется исходя из технических характеристик и опыта эксплуатации устройства для размыва донных отложений типа «Диоген» в системе организаций «Транснефть» и зафиксирован в нормативных документах, использующихся при выполнении работ по зачистке донных отложений.

При визуальной фиксации полного размыва донных отложений осуществляют откачку углеводородного растворителя с остатками донных отложений, с последующей утилизацией или повторным использованием на другом объекте. После откачки осуществляют пропарку и оценку остаточной пожарной нагрузки с принятием решения об окончании очистки.

Качество очистки оценивается визуально, а также путем анализа состава водонефтяной эмульсии, которая откачивается из резервуара в процессе его очистки, в соответствии с требованиями ГОСТ 31953 - 12 «Вода. Определение нефтепродуктов методом газовой хроматографии», на содержание нефтепродуктов в воде. При этом решение об остановке процесса отчистки принимается на основе данных лабораторных испытаний проб воды и визуальной оценки состояния поверхности резервуара. После принятия решения об остановке размыва выполняется финишная обработка с замером остаточной пожарной нагрузки с принятием решения о завершении работ по очистке резервуара, при соответствии полученных значений нормативным.

В результате проведенного лабораторного эксперимента с применением химических реагентов с высокой моющей и растворяющей способностью различных производителей по модели на резервуаре был получен результат размыва донных отложений АСПО, который при масштабном переносе данных об объемах химических реагентов позволяет принять решение о том, что для резервуара объемом 50000 м³, регламентные сроки очистки внутренней поверхности от донных отложений для которого составляют 45-50 суток, при применении заявляемого способа сокращаются до 25-30 суток.