авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 |

Повышение остойчивости понтонов вертикальных стальных резервуаров для нефти и нефтепродуктов

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

РЯБИНИН ВЛАДИМИР ПЕТРОВИЧ

Повышение остойчивости понтонов вертикальных стальных резервуаров для нефти и нефтепродуктов

Специальность 25.00.19 – «Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Уфа - 2009

Работа выполнена на кафедре «Сооружение и ремонт газонефтепропроводов и газонефтехранилищ» Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Научный руководитель кандидат технических наук, доцент Лукьянова Ирина Эдуардовна.
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Гаррис Нина Александровна; кандидат технических наук Хакимьянова Ляля Руфгатовна.
Ведущая организация Уфагипротрубопровод

Защита состоится « 29 » мая 2009 года в 14-00 на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.289.04 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Автореферат разослан « » 2009г.

Ученый секретарь совета Ямалиев В.У.

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Одним из эффективных методов борьбы с потерями от испарения из резервуаров вертикальных стальных (РВС) для хранения нефти и нефтепродуктов является использование понтонов.

Первые РВС с плавающими крышами (ПК) были собраны в 1927 г. в США И. Виггинсом. С середины 40-х гг. ХХ века началось широкое применение их в США.

В нашей стране исследования по созданию резервуаров с понтонами были начаты в 50 – х гг. под руководством Н.Н. Константинова. Большой вклад в развитие использования плавающих покрытий и сокращение потерь нефти и нефтепродуктов от испарения внесли отечественные ученые и специалисты Ф.Ф. Абузова, А.З. Батталов, С.А. Бобровский, И.С. Бронштейн, В.А. Бунчук, С.И. Веревкин, В.Ф. Евтихин, М.Г. Каравайченко, А.А. Коршак, Н.М. Фатхиев, В.А. Юфин и другие, а также зарубежные ученые: И.Виггинс, А.Нельсон и др.

Эффективность понтонов, как средства сокращения потерь, достигает 90%. При одинаковой степени герметичности затвора и температурном режиме и испаряемости нефтепродукта в резервуаре с понтоном потери от испарения меньше, чем в резервуаре с плавающей крышей.

Надежность резервуаров с понтонами зависит от многих факторов, одним из которых является совершенствование его конструкции. Из приведенных в литературе технических показателей резервуаров типа РВС с металлическими понтонами видно, что расход металла в указанных конструкциях заметно возрастает. Так, для резервуара вместимостью 5000м3 с понтоном расход металла увеличивается на 22% по сравнению с РВС без понтона. Возможно использовать облегченные конструкции понтонов путем применения неметаллических материалов. В наше время имеется тенденция к увеличению использования понтонов из алюминия в резервуарах типа РВС. Как показала практика промышленного производства и эксплуатации понтонов из алюминия, этот тип плавающего покрытия обладает лучшими характеристиками по сравнению со стальными и пенополиуретановыми понтонами.

Процесс эксплуатации понтонов показал возможность их заклинивания, перекосов, что, в свою очередь, приводит к крупным авариям (падению понтонов на откачиваемый продукт с возникновением теплового эффекта, приводящего к пожарам). Поэтому актуальными являются вопросы дальнейшего совершенствования конструкции понтонов и норм обоснования достаточной их остойчивости.

Цель работы – повышение остойчивости понтонов РВС для нефти и нефтепродуктов на основе конструктивных решений и с учетом веса налипшего нефтепродукта.

Основные задачи исследований:

  1. Анализ существующих типов понтонов для РВС, позволяющий обосновать актуальность направления выполняемых исследований.
  2. Изучение влияния процесса налипания нефти и нефтепродуктов на эксплуатационные характеристики металлических и пенополиуретановых понтонов.
  3. Разработка методики расчета остойчивости понтонов с учетом налипшего нефтепродукта.
  4. Совершенствование конструкции понтонов с целью улучшения их остойчивости.

Методы решения задач. При решении поставленных задач использовались математические методы. Ряд результатов получен на основе практических экспериментов. Реализуя предложенные в работе алгоритмы использована технологическая информация, полученная в промышленных условиях.

Научная новизна

1 Впервые установлены коэффициенты налипания нефтепродуктов на пенополиуретановые и металлические поверхности и получены зависимости этих коэффициентов от кинематической вязкости.

2 Впервые введены в расчет остойчивости понтонов коэффициенты налипания нефти и нефтепродуктов.

3 Установлены новые зависимости моментов нагруженного понтона с успокоителем от массы. Установлены расчетные выдерживаемые кренящие моменты плавающего понтона РВС - 5000, для алюминиевого понтона и понтона с успокоителем.

4 Экспериментально и теоретически выявлено, что выдерживаемые кренящие моменты алюминиевого понтона с успокоителями больше, чем у алюминиевого понтона для РВС - 5000.

На защиту выносятся: зависимости коэффициента налипания на металлические покрытия от кинематической вязкости нефти и нефтепродуктов; зависимость коэффициента налипания на пенополиуретановую поверхность от кинематической вязкости нефтепродуктов; оценка параметров расчета остойчивости понтонов с учетом налипания нефти и нефтепродуктов; влияние увеличенной массы на остойчивость понтона; способ улучшения остойчивости с использованием успокоителей.

Практическая ценность работы. Предложены конструкции успокоителей плавающего покрытия для вертикальных стальных резервуаров.

Научные результаты, полученные в работе, приняты к внедрению при проектировании вертикальных цилиндрических резервуаров с понтонами в ЗАО «Нефтемонтаждиагностика».

На разработанную конструкцию плавающего покрытия получен патент РФ № 2302365.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались:

- на всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов, молодых ученых и специалистов, посвященной 50-летию с начала подготовки специалистов трубопроводного транспорта в УНИ-УГНТУ «Трубопроводный транспорт нефти и газа» (Уфа, 2002);

- на всероссийской научно-технической конференции «Проектирование и эксплуатация нефтегазового оборудования: проблемы и решения» (Уфа, 2004);

- на II Всероссийской учебно-научно-методической конференции «реализация государственных образовательных стандартов при подготовке инженеров – механиков: проблемы и перспективы» (Уфа, 2004);

- на международной учебно-научно-практической конференции «Трубопроводный транспорт» (Уфа, 2005, 2006, 2007, 2008);

- на 56-ой конференции студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ (Уфа, 2005);

- на заседаниях кафедры «Сооружение и ремонт газонефтепропроводов и газонефтехранилищ».

Публикации

Основные результаты диссертационной работы изложены в 15 печатных трудах, получен 1 патент на изобретение РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, выводов, списка литературы, включающего 125 наименований, 5 приложений. Изложена на 240 страницах машинописного текста, включая 26 рисунков, 15 таблиц.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю, доценту кафедры, кандидату технических наук Лукьяновой Ирине Эдуардовне, заведующему кафедрой, доктору технических наук Мустафину Фанилю Мухаметовичу, профессору, доктору технических наук Быкову Леониду Ивановичу, а также коллективу кафедры «Сооружение и ремонт газонефтепроводов и газонефтехранилищ» УГНТУ за помощь и ценные замечания при подготовке работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит обоснование актуальности выбранной темы, общую характеристику диссертационной работы; приведены научная новизна, практическая ценность, апробация работы, основные положения, выносимые на защиту; сформулированы цель и основные задачи проведенных исследований.

Первый раздел посвящен анализу существующих типов понтонов.

Производство автомобильных, авиационных топлив и других нефтепродуктов, большие потери их при хранении потребовали разработки новых условий эксплуатации и технического совершенствования резервуаров. Перед резервуаростроением встала задача разработки новых типов хранилищ и более современных методов их изготовления и монтажа. Появились горизонтальные цилиндрические, каплевидные, сферические, вертикальные цилиндрические резервуары с различными покрытиями.

определяющими факторами при выборе конструкции резервуара являются физические свойства хранимого продукта, климатические условия, в которых будет эксплуатироваться резервуар, прочностные показатели и химический состав металла, объем потерь продукта при хранении, свойства грунтов, а также сметная стоимость.

Легкоиспаряющиеся и горючие жидкости хранят, как правило, в стальных резервуарах. В объеме хранилищ они составляют более 80 %.

Понтоны применяют в резервуарах со стационарной крышей. Отсутствие нагрузок от ветра и атмосферных осадков упрощает и облегчает конструкцию, снижает эксплуатационные затраты, позволяет обеспечить чистоту хранимых в таких резервуарах продуктов.

Для сокращения потерь нефтепродуктов в резервуарах при использовании всех типов плавающих покрытий реализуется принцип разделения объемов продукта и газового пространства. Эффективность понтонов во многом зависит от конструкции уплотняющих затворов. Работоспособность же понтонов, тесно связанная с их эффективностью, в значительной мере обусловлена конструкцией и материалами плавающего покрытия.

Проведен сравнительный анализ существующих классификаций понтонов для резервуаров. На рисунке 1 приводятся соотношения некоторых характеристик наиболее распространенных типов внутренних плавающих покрытий.

Классификация понтонов с основными конструктивными особенностями, отображающая параметры плавучести, остойчивости и непотопляемости, для резервуаров типа РВС со стационарной крышей, оценена с точки зрения влияния налипания нефтепродукта.

 некоторые характеристики основных типов внутренних плавающих покрытий -1

Рисунок 1 - некоторые характеристики основных типов внутренних плавающих покрытий

Расчет таких характеристик, как плавучесть, остойчивость и непотопляемость, для понтонов из различных материалов показал, что лучшие коэффициенты плавучести и непотопляемости принадлежат понтонам из алюминия и пенополиуретана (ППУ).

Преимуществами резервуаров с понтонами являются: защита продукта и самого плавающего покрытия от атмосферных осадков как в зимнее, так и в летнее время; значительное уменьшение потерь от испарения; снижение ремонтных расходов, поскольку отпадает необходимость в дренаже; легкость применения на действующих резервуарах.

Анализ состояния понтонов после их потопления показал, что имеют случаи «спокойного» погружения понтонов в нефти и случаи, когда понтон и направляющие стойки были значительно деформированы.

Обоснована необходимость исследований, направленных на улучшение такой характеристики внутренних плавающих покрытий, как остойчивость.

Второй раздел посвящен исследованиям налипания нефти и нефтепродуктов на металлические и пенополиуретановые поверхности.

В этом направлении проводились научные исследования сотрудниками ИПТЭР И.С. Бронштейном и А.З. Батталовым.

потери от налипания на внутреннюю поверхность оборудования при техническом обслуживании и ремонте резервуаров обусловлены физико-химическими и реологическими свойствами нефтей.

Коэффициент налипания – это масса налипшей нефти, приходящаяся на единицу площади поверхности тела. Для определения наличия корреляционной связи между коэффициентом налипания и вязкостью нефти были выполнены предварительные исследования (8 экспериментов). В качестве основного метода при исследовании был принят метод взвешивания металлической пластины (20 x 50 x 0,5 мм) до и после погружения в нефть с различной вязкостью. Коэффициент корреляции между коэффициентом налипания и вязкостью, по полученным экспериментальным данным, составил 0,842. Полученное значение коэффициента корреляции свидетельствует о наличии тесной связи между кинематической вязкостью и коэффициентом налипания нефти.

Исследовалось влияние времени экспонирования металлической пластины в нефти на величину коэффициента налипания. Установлено, что увеличение времени экспонирования металлических пластин в нефтях не дает практически заметного возрастания массы налипшей нефти. Проводились эксперименты по определению влияния на массу налипшей нефти неоднократных погружений металлических пластин в нефть. В результате установлено отсутствие такого влияния.

Таким образом, в результате предварительных экспериментальных исследований установлено, что из всех факторов, которые могли бы оказать то или иное влияние на величину коэффициента налипания, корреляционная связь наблюдается только с вязкостью нефти.

Для получения зависимости коэффициента налипания от кинематической вязкости нефтей было проведено 62 эксперимента, которые, выполняли в следующем порядке.

Перед проведением экспериментов были собраны статистические данные о величинах и диапазоне изменений кинематической вязкости товарных нефтей и нефтепродуктов, хранимых в РВС. В результате обработки статистических данных было получено 6 групп нефтей, отличающихся величиной вязкости.

металлические пластины размером 20 x 50 x 0,5 мм в количестве 9 шт. маркировали и взвешивали на аналитических весах с точностью 0,0001 г.

Для проведения экспериментов с вышеперечисленными вязкостями нефтей были созданы модели этих шести групп нефтей. Модели нефтей готовили на основе южноарланской нефти с вязкостью 39,31 мм2/с при температуре 200С, с добавлением менее вязких нефтей и керосина.

Расчеты показали, что для одной и той же группы нефтей необходимо выполнить не менее двух параллельных измерений. На каждой группе нефтей проведено по 3 серии экспериментов.

Из экспериментальных данных видно, что удельная масса налипшей нефти на пластину увеличивается с возрастанием кинематической вязкости.

Эффект налипания нефти оценен с использованием для обработки табличных данных метода наименьших квадратов; в результате получил линейную зависимость величины коэффициента налипания нефти gн от ее кинематической вязкости v.

Было также проведено 48 экспериментов по налипанию нефтепродуктов на металлическую поверхность. Для проверки связи коэффициента налипания с вязкостью нефтепродукта были выполнены предварительные исследования.

Были проведены эксперименты по определению влияния на массу налипшего нефтепродукта неоднократных погружений металлических пластин в нефтепродукт. Исследования велись при нормальных условиях. В результате установлено отсутствие этого влияния.

Таким образом, в результате предварительных исследований установлено, что из всех факторов, которые могли бы оказать то или иное влияние на величину коэффициента налипания, максимальное влияние оказывает вязкость нефтепродуктов.

Также были проведены исследования налипания нефтепродуктов на пенополиуретановые поверхности.

Эксперименты выполнялись в том же порядке.

образцы, покрытые латексом с различной степенью шероховатости, размерами 150 х 50 х 5 мм маркировали, взвешивали на аналитических весах с точностью 0,0001 г, затем пластины погружали в нефтепродукты. По истечении времени выдержки пластины вынимали и взвешивали повторно: разность двух взвешиваний соответствовала массе налипшего нефтепродукта.

Получены зависимости коэффициента налипания нефтепродуктов на металлическую поверхность и пенополиуретановую поверхность, покрытую латексом, графики которых представлены на рисунке 2.

Как видно из полученных данных, удельная масса налипшего нефтепродукта на образец увеличивается с возрастанием кинематической вязкости.

С использованием для обработки табличных данных математических методов получена зависимость величины коэффициента налипания нефтепродукта gн/п от кинематической вязкости нефтепродуктов .

Формула зависимости коэффициента налипания на металлическую поверхность от кинематической вязкости нефтепродуктов

gн/п = 0,001 + 0,0025v. (1)

Формула зависимости коэффициента налипания на пенополиуретановую поверхность от кинематической вязкости нефтепродуктов

gн/п = 0,0252 + 0,00169v. (2)

Для полученных зависимостей по результатам статистической обработки экспериментальных данных рассчитаны доверительные интервалы.

Третий раздел посвящен разработке методики расчета плавающих покрытий с учетом налипания нефти и нефтепродуктов.

Для обеспечения безотказной работы плавающего понтона глубина погружения То не должна превышать толщины (высоты борта) понтона Н:

То < Н, (3)

, (4)

где Р - масса понтона, кг;

p – масса налипшего нефтепродукта, кг;

- плотность жидкости, кг/м3;

R - радиус понтона, м.

По предлагаемой методике, можно рассчитать восстанавливающий момент, плечо статической и динамической остойчивости, выдерживаемый кренящий момент по заливанию и опрокидыванию понтона.

Выполнены исследования понтонов на плавучесть, остойчивость и непотопляемость. На основе численных экспериментов установлено, как необходимо модернизировать конструкции плавающих покрытий для улучшения характеристик остойчивости.

При расчетах рассматривались понтоны из пенополиуретана (ППУ) различной толщины для резервуаров различной вместимости с учетом налипания нефтепродуктов, с целью определения оптимальных конструктивных параметров понтонов.

Показано, что с увеличением толщины и массы понтона плечо статической остойчивости увеличивается. Увеличение массы понтона за счет дополнительного его утяжеления мало влияет на плечо статической остойчивости, но при этом значительно увеличивается восстанавливающий момент.



Pages:   || 2 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.