Нефтяная промышленность, представляет собой сложный комплекс производственных процессов, охватывающих добычу и хранение нефти, транспорт сырой нефти к местам ее переработки, переработку нефти, транспорт товарных нефтепродуктов к местам потребления и, наконец, распределение нефтепродуктов между потребителями.
Все процессы переработки нефти являются термическими, т. е. связаны с нагревом сырой нефти и нефтепродуктов до весьма высоких температур, достигающих 400—450° С и выше.Для расчета холодильной аппаратуры рекомендуется принимать температуры охлаждения нефтепродуктов: бензина 27°, лигроина 27°, керосина 38°, газойля 49°, масляных дестиллатов и мазутов 60—100°.
Несмотря на громадное разнообразие процессов, применяемых для получения из сырой нефти товарных нефтепродуктов, для конденсации и охлаждения последних применяется ограниченное число типов конденсаторов и холодильников.
Ниже изложены в самом общем виде принципы расчета поверхностных холодильников и конденсаторов, позволяющие уяснить влияние качества и температуры охлаждающей воды на эффективность работы и размеры этих аппаратов.
В прямоточных поверхностных аппаратах, а также в конденсаторах и холодильниках смешения, где температура горячей воды равна или очень близка к конечной температуре охлаждаемого нефтепродукта, степень нагрева воды ограничивается, кроме того, физическими свойствами нефтепродукта (чем легче нефтепродукт, тем до меньшей температуры может быть нагрета охлаждающая!, вода). Таким образом, единственным способом увеличения температурного перепада, а следовательно, и уменьшения количества-воды является применение для конденсации и охлаждения нефтепродуктов воды с минимальной температурой. Необходимо всегда! помнить, что чем холоднее вода, тем меньше ее требуется и тем дешевле обходятся водоснабжение и канализация завода. Кроме того, при пользовании охлаждающей водой низкой температуры уменьшается необходимая поверхность охлаждения, т. е. снижается стоимость конденсационно-холодильной аппаратуры. Наконец, применение холодной воды позволяет снизить потери низко-кипящих фракций нефти.
Качество охлаждающей воды имеет очень важное значение для эффективной работы холодильно-конденсационной аппаратуры.Охлаждающая вода, кроме низкой температуры, должна быть -стабильной (т. е. не выделять осадок карбоната кальция) и не ■содержать в значительных количествах взвешенных веществ.
Промывка нефтепродуктов водой применяется главным образом при сернокислотной очистке бензинов и при обессоливании нефтей.Во втором случае целью промывки является растворение солей, содержащихся в нефти.
Расход воды для промывки нефтепродуктов, по сравнению с расходом охлаждающей воды, незначителен и обычно колеблется от 0,10 до 1,0 лг3 на 1 т промываемого нефтепродукта.Для промывки бензинов может применяться вода, содержащая любое количество солей, например в Баку для этой цели с успехом пользуются морской водой, но содержание взвешенных веществ не должно быт > большим, так как взвешенные вещества, не осевшие в бензиновом отстойнике или в водопромывной колонне, могут уноситься с бензином, загрязняя его и резервуары.
Воздушные компрессорные, потребляющие небольшие количества охлаждающей воды, обычно работают на прямотоке. Газовые компрессоры на технологических установках, имеющие газомоторный привод, охлаждаются умягченной или дестиллированной водой, циркулирующей в замкнутой системе и охлаждаемой в свою очередь свежей или оборотной водой из заводской сети.
Переработка нефти производится на различных специализированных установках. Так;, например, сырая нефть разгоняется на составляющие ее фракции на установках для прямой перегонки нефтей; крекинг-процесс, т. е. получение бензина из тяжелых нефтепродуктов, осуществляется на крекинг-установках; очистка бензина производится на различных очистных установках и т. д.
Наиболее распространена сернокислотная очистка (фиг. 17).Очистка нефтепродуктов серной кислотой применяется для удаления непредельных углеводородов, смолистых, азотистых и других соединений, делающих бензин нестабильным, п. е. изменяющим свои свойства при хранении.
Переработка газов применяется с целью получения компонентов бензина, повышающих его антидетонационные свойства (октановое число), и для других целей.Все установки, перерабатывающие газы, должны снабжаться водой с возможно низкой температурой, так как при температуре воды выше 20—25° значительно увеличиваются потери легких нефтепродуктов и резко увеличивается поверхность конденсационно-холодильной аппаратуры.
В большинстве случаев можно ограничиться одним вводом водопровода на установку. Устройство двух вводов с кольцеванием сети в пределах установки обычно не применяется по следующим причинам.Дублирование водопровода достигает цели — полной надежности работы установки — лишь в том случае, когда оно проведено полностью, т. е. когда устроены дублированные подводы и ко всем аппаратам. Такое дублирование значительно увеличило бы стоимость водопровода и в данном случае не оправдывается, так как вероятность аварии на сети установок ввиду незначительного напора в сетях (25—30 м) невелика.
Атмосферные воды, выпадающие на территорию нефтеперерабатывающей установки, смывают нефтепродукты, которые всегда в тех или иных количествах имеются на мощеной поверхности установки. Эти воды не могут отводиться сетью открытых водостоков вместе с общими ливневыми стоками заводской площадки, незагрязненными нефтепродуктами. Поэтому ливневые воды с территорий установок вместе с производственными стоками установки отводятся закрытой канализационной сетью на очистные сооружения, где освобождаются от нефтепродуктов и после этого сбрасываются в водоем.
В отдельных случаях, при небольшом количестве сточных вод, может оказаться целесообразным устройство единой сети для чистой горячей воды и для производственных и ливневых стоков, загрязненных нефтепродуктами.
Питьевая вода должна быть введена на все технологические установки. В насосной и в других помещениях, где должны находиться дежурные, предусматривается питьевой фонтанчик или раковина с подводом к вей питьевой воды.
Установки, на которых не ведется переработки нефти, т. е. получение из нее или из нефтепродуктов других продуктов, установки для подготовки нефти к переработке, а также смесительные станции относятся к числу вспомогательных установок.
Обессоливание и обезвоживание нефти перед переработкой-имеет исключительно большое значение для нормальной работы и. продления срока службы нефтеперерабатывающей аппаратуры. Существуют механический, физико-химический и электрический методы обессоливания и обезвоживания нефти.
Все насосные, перекачивающие нефтепродукты, независимо от того, расположены ли они на технологических установках или служат для общезаводских перекачек и расположены отдельно, должны оборудоваться водопроводом и канализацией.
Сырье, промежуточные дестиллаты и товарная продукция на нефтеперерабатывающих заводах хранятся в металлических резервуарах емкостью от нескольких десятков до десяти тысяч куб. метров. Группы резервуаров, в которых хранятся сырье и продукты, называются парками. На каждом заводе имеются сырьевой парк, товарный парк, промежуточные парки и др. Площадь, занимаемая резервуарными парками, достигает 50% общей площади завода.
При нижнем сливе неизбежно разливание нефти, в особенности когда слив производится с помощью переносных желобов.На фиг. 31 показан проект канализации трехпутной эстакады для нижнего слива. Два пути этой эстакады имеют межрельсовые сливные лотки; слив цистерн с третьего пути может производиться только с помощью переносных желобов в расположенный рядом лоток.
Если межцеховые и общезаводские технологические трубопроводы уложены в лотках, из последних должны быть устроены выпуски в канализацию.
Основные требования заключаются в том, что водопровод должен бесперебойно снабжать технологические установки д о б р о к а-чественной водой.Если источником водоснабжения служит река, несущая такое количество взвешенных веществ, которое может серьезно затруднить нормальную эксплуатацию завода и даже быть причиной сокращения времени планового пробега установок или снижения качества продукции, то необходимо устройство специальных сооружений для осветления производственной воды.
В зависимости от технологической схемы и местных условий -водоснабжение завода может быть прямоточное, оборотное или смешанное.Большинство нефтеперерабатывающих заводов, главным образом в старых нефтяных районах Союза, имеют прямоточную систему водоснабжения.
Если завод расположен на площадке, имеющей значительный уклон с максимальной разностью отметок земли у потребителей 20—25 м и более, может оказаться целесообразным устройство зонной системы водоснабжения, которая может быть как при прямоточном, так и при оборотном водоснабжении.
Во время пожаров на нефтеперерабатывающих заводах вода применяется, главным образом, для охлаждения аппаратуры и резервуаров с нефтепродуктами, расположенных в районе пожара, и для образования пены. Непосредственно водой в распыленном виде можно тушить лишь темные нефтепродукты с температурой вспышки выше 45° С.
Хозяйственно-питьевой водопровод должен быть устроен на заводе, в административном блоке и в призаводском поселке. Часто» этот же водопровод обслуживает и основной жилищный поселок завода. Обычно водопровод является хозлйственно-питьевым для.: завода и противопожарно-хозяйственным для административного« блока и поселков.
Условия водоснабжения будущего завода нужно учитывать уже при выборе площадки для строительства завода. От географического положения площадки и от ее положения по отношению !К источнику водоснабжения зависит схема водоснабжения.
Водозаборные сооружения желательно располагать по возможности ближе к заводской площадке. Конструкция водозаборных сооружений ничем не отличается от аналогичных сооружений для крупных производственных водоснабжений. Для обеспечения бесперебойности водоснабжения при аварии с какой-либо частью сооружения или при необходимости очистки — водозаборные сооружения следует секционировать. Необходимо предусматривать мероприятия для борьбы с шугой и данным льдом. Следует обращать особое внимание на механическую очистку воды, поступающей к насосам первого подъема; с этой целью должны быть установлены надежно работающие сетки и предусмотрена установка приспособлений для удаления песка. При больших расходах воды следует предусматривать установку вращающихся сеток.
Насосные станции первого подъема должны снабжаться электроэнергией по двум фидерам от двух независимых источников энергии. Если бесперебойность питания электроэнергией не может быть гарантирована и если нет напорных резервуаров с достаточным запасом воды, следует устанавливать насосы, приводимые в действие тепловыми двигателями. Так как насосные станции первого подъема обьКчно удалены от котельных и на них не могут быть установлены паровые турбины, то наиболее подходящими являются бензиновые двигатели.
Для лучшего обеспечения бесперебойности водоснабжения желательно наличие напорных запасов воды, которые позволяли бы безаварийно останавливать работу завода в течение 25—30 мин. Такие напорные запасы воды, вследствие их больших объемов, можно хранить только в расположенных на возвышенности резервуарах, для чего требуются соответствующие топографические условия.
Имеющиеся, правда далеко недостаточные, данные о работе различных тиров охладителей позволяют сделать некоторые выводы и наметить наиболее целесообразные типы охладителей для нефтеперерабатывающих заводов. На нефтеперерабатывающих заводах, как правило, нужно охлаждать воду с 45—50° до 25°, т. е. зона охлаждения обычно равна 20—25°. Такал значительная величина зоны охлаждения является решающим фактором при выборе типа охладительных устройств.
Бесперебойность водоснабжения в значительной степени зави -сит от конструкции водоводов и разводящих сетей. Как правило, должно быть не меньше двух водоводов, а сети должны быть кольцевые. Для водоводов и сетей следуег применять чугунные раструбные или стальные трубы. Для увеличения срока службы стальных труб во всех случаях, где возможна почвенная коррозия, следует применять соответствующую изоляцию.
Атмосферные осадки с заводских проездов и с площадок, занятых объектами, где попадание в них нефти исключено, отводятся по кюветам дорог или сетью водостоков.При переработке нефти характер сточных вод зависит от состава и свойства ее, которые могут быть очень разнообразны. Особенное влияние на характер сточных вод оказывают сернистые нефти—ишимбайскал, сызранская и девонская нефти, содержащие соответственно 2,68; 2,07 и 1,5% серы.
Производственные сточные воды нефтеперерабатывающих заводов, как показывают приведенные выше данные, характеризуются: резким нефтяным и сероводородным запахом, низкой прозрачностью, содержанием большого количества плавающих нефтепродуктов.
Вредное влияние производственных сточных вод на водоем выражается в загрязнении водоема нефтью и нефтепродуктами и в отравлении водоема ядовитыми веществами.Пленка нефти на поверхности рек наблюдается не только в месте выпуска сточных вод, содержащих нефтепродукты, и ниже его, но и выше по течению. Так, например, на реке в районе крекинг-завода пленка нефти наблюдалась до 50 км ниже выпуска сточных вод и до 500 м выше его.
С производственными сточными водами нефтеперерабатывающих заводов в водоем вносятся вещества, способные оказывать отравляющее действие на людей, животных и рыб в концентрациях, получающихся непосредственно в местах выпуска сточных вод.
Химические вещества, входящие в состав производственных сточных вод, оказывают дезинфицирующее действие на водоем. Нафтеновые кислоты имеют довольно сильное бактерицидное действие против холерных вибрионов и стафилококков и менее сильное против бактерий тифа и кишечной палочки. Как показывают исследования, нафтеновые кислоты при концентрации 1 : 100 оказывают такое же сильное бактерицидное действие на патогенные бактерии, как и 3%.-й раствор карболовой кислоты.
С течением времени тонкие пленки нефти исчезают с поверхности водоемов в результате действия на них солнечного света и воздуха.Лабораторные исследования Американского нефтяного института показали, что пленки толщиною до 0,075 ¡1 сохраняются на подвижной поверхности воды не более 5 часов.
Возникает вопрос, какое же количество нефтепродуктов допускается к спуску в водоем в соответствии с этими правилами. Очевидно этот вопрос может быть решен только в зависимости от самоочищающей способности водоема и от большого комплекса местных условий, определяющих эту самоочищающую способность, и поэтому нельзя дать каких-либо общих указаний по этому вопросу.
Целью очистки сточных вод, содержащих нефтепродукты, ¡помимо удовлетворения санитарным требованиям, предъявляемым при спуске сточных вод в общественные водоемы, является также наиболее полное извлечение из сточных вод нефти и нефтепродуктов, представляющих собой ценные вещества (товарный продукт).
Принцип отделения нефти от воды под действием силы тяжести вследствие разности удельных весов может быть выражен математически.Если частица движется в жидкости свободно, при отсутствии вращения, — только под действием силы тяжести, то скорость ее всплывания или осаждения будет постоянна, если сопротивление движению со стороны жидкости равно весу частицы в жидкости, т. е. если сопротивление Р движению частицы в жидкостной фазе равно эффективному весу № частицы при достижении ею предельной скорости, т. е, когда ускорение от силы тяжести равняется нулю.
Так, из графика фиг. 51 видно, что для отстаивания частиц диаметром 0,01 мм (10 р) требуется 46 час., диаметром 0,005 мм — 184 час. и т. д.Коалесценция может проходить и самопроизвольно, но такой процесс совершается также очень медленно; для его ускорения необходимо предварительное разложение эмульсии. Способы разложения эмульсий основаны на искусственном изменении сил поверхностного натяжения для разрыва пленки, обволакивающей нефтяные частицы или капли воды. При разрушении пленки разрушается и эмульсия.
Как указано, полное отделение нефтепродуктов от воды путем отстаивания может быть достигнуто лишь в тех производственных сточных водах, в которых отсутствует нефтяная эмульсия. Такими являются, например, производственные воды от охлаждения де-стиллатов (уд. вес до 0,78), особенно очищенных; в этих водах сколько-нибудь устойчивая эмульсия не образуется, так как сами дестиллаты способны эмульгироваться лишь в самой незначительной степени.
Нефтеловушка с коалесцирующими фильтрами состоит из одной или нескольких параллельных секций первичных и вторичных камер отстаивания (фиг. 52).Сточная вода, содержащая нефть, поступает из канализационного коллектора в отделение для распределения воды по секциям нефтеловушки; отсюда через входные отверстия с отражателями для гашения скорости она проходит во входные отделения секций. Из входного отделения вода через ряд входных труб и распределительный желоб с водосливом поступает на фильтр для разрушения пленки эмульсии, из которого выходит в первичную отстойную камеру около середины рабочей глубины нефтеловушки. , Сточная вода протекает по всей длине первичной отстойной камеры, проходит под нефтеудерживающую подвесную перегородку и входит во второй ряд труб, являющихся выпускными для первичной камеры и впускными для- вторичной камеры.
Расчет первичной отстойной камеры нефтеловушки заключаете? в определении ширины и длины ее, т. е. площади отстаивания, которая обеспечивает всплывание на поверхность нефтяных частиц диаметром 0,02 см и больше в течение времени, за которое сточные воды проходят эту камеру.
Впускное (входное) устройство нефтеловушки состоит из рас-пределительного отделения, входных отделений секций и собственно входного устройства.Распределительное отделение служит для распределения потока воды равными частями по секциям нефтеловушки.
Конструкция выпускного устройства первичной камеры также имеет очень важное значение для равномерного распределения потока воды в нефтеловушке. При неудовлетворительной кон-:трукции выпускного устройства потоком будет выноситься из; приямка осадок в большом количестве.
Сопряжение разделительной стенки между обеими камерами нефтеловушки с днищем должно быть закругленным.
Выпускное устройство (фиг. 61) состоит из подвесной нефте-удерживающей перегородки и водосливной стенки. Нефтеудерживающей перегородке придается форма, способствующая такому направлению движения воды, при котором происходило бы максимальное задержание выделившейся из воды нефти. Этому требованию удовлетворяет эллиптическое очертание, и поэтому нефте-удерживающая перегородка устраивается в виде одной из четвертей эллипса.
Наиболее простой тип насосной станции для перекачки нефтепродуктов из нефтеловушек показан на фиг„ 71. Нефть из нефтеловушек по сборным трубам поступает в резервуар, совмещенный с насосной станцией. Продукт откачивается вертикальным центробежным насосом непосредственно в резервуары завода для разделки и последующего использования. Электромотор должен быть взрывобезопасного типа.
Осадок из нефтеловушек должен регулярно выпускаться на иловые (подсушивающие) площадки. Выпуск осадка может производиться под гидростатическим напором столба воды в нефтеловушке.При невозможности такого выпуска по местным условиям осадок приходится откачивать насосом.
Для разделки уловленной нефти, т. е. для освобождения ее от воды, которая неизбежно попадает вместе с нефтью из нефтеловушки, устанавливаются металлические сварные резервуары.В табл. 20 приведены размеры стандартных резервуаров, применяемых для этой цели.
Как правило, аварийные амбары устраиваются земляные.В грунтах с большой фильтрационной способностью по дну и откосам аварийного амбара в пределах рабочей зоны устраивается экран из мятой жирной глины или глинобетона для предотвращения утечки нефтепродуктов в грунт.
Иловые площадки предназначаются для подсушивания выпускаемого на них осадка из нефтеловушек.Количество ила, удаляемого из нефтеловушек, принимается 100 г на 1 лг3 производственных сточных вод при влажности осадка 90% и объемном весе 1,10. Ил выпускается небольшими порциями, один раз в смену. Величина годового слоя выпускаемого ила принимается в климатических условиях средней части СССР в 1,50—2,0 м в северных районах эта норма понижается на 30—50%, в южных, напротив, повышается на 30—50%.
Режим сбора сточных вод, содержащих серную кислоту и отработавшую щелочь, на нефтеперерабатывающих заводах различен. Кислые воды от промывки бензина на сернокислотных установках сбрасываются в канализацию равномерно в течение суток и с постоянной концентрацией. Щелочные воды этих же установок сбрасываются периодически один или два раза за смену, по мере того, как отрабатывается щелочной раствор. Щелочность стоков постоянная.
Содержащиеся в воде природных водоемов бикарбонаты кальция и магнил позволяют использовать эти водоемы в качестве естественных нейтрализаторов для производственных сточных вод, содержащих кислоту.Из формулы видно, что на окисление 98 вес. ч. Н2504 затрачивается 56 вес. ч. СаО.
Этот способ заключается в том, что в сточную воду добавляют реагент в виде раствора или сухого вещества или сточную воду пропускают сквозь нейтрализующий материал.Нейтрализация путем фильтрации сточных вод, содержащих серную кислоту, примененная на нефтезаводах, не получила распространения вследствие того, что при фильтрации сточных вод, содержащих серную кислоту в таких концентрациях, какие имеют место на нефтезаводах, поверхность зерен фильтрующего материала (известняка, доломита) покрывается коркой гипса (CaSO.4 • 2Н20), что тормозит реакцию.
Очистка сточных вод, содержащих сульфиды, весьма сложнг вследствие высокой концентрации этих загрязнений, а также боль шого количества соединений и веществ, экстрагируемых эфиром и резко щелочной реакции среды.
На нефтеперерабатывающих заводах для очистки производственных сточных вод, содержащих сероводород, применяется аэрирование. Способы аэрирования могут быть различными и зависят от местных условий.Наиболее простым является аэрирование на каскадах или гра-цирнях-дегазаторах, использующих движение ветра. Более сложно аэрирование путем продувки воды воздухом в специальных закрытых аэротенках.
Принцип аэрирования при всех этих способах заключается в следующем. Переход сероводорода из воды в воздух зависит от растворимости сероводорода в воде, зависящей в свою очередь от температуры воды, как это видно из графика фиг. 79, где на оси ординат показано отношение объема сероводорода к обгьему воды, в котором он растворяется, а по оси абсцисс — температуры воды.
Очистка воды от сероводорода путем аэрирования ее на гра-щрне-дегазаторе атмосферного типа основывается на изложенном зыше принципе перехода сероводорода из воды в воздух с частич-шм окислением его кислородом воздуха до элементарной серы.
Сущность процесса очистки воды в аэротенках (фиг. 81) сс стоит в том, что сточная зода после выделения из нее нефти пс ступает в аэротенк, где продувается воздухом, подаваемым турбс воздуходувками.Под действием кислорода воздуха в присутствии катализатор; (железной стружки) большая часть сероводорода окисляется Д( элементарной серы, а остальная часть неокисленного сероводород, уносится из аэротенка с продувочным воздухом.
При решении схемы канализации основной задачей является осуществление самотечного отведения всех сточных вод завода к очистным сооружениям и в водоем, так как устройство и эксплоа-тация станций перекачек в условиях нефтеперерабатывающих заводов доставляют много затруднений вследствие особого характера загрязнений производственных сточных вод.
Канализационные сети большого диаметра как напорные, так и самотечные, сложены из железобегснных труб, изготовленных центробежным способом.Во избежание распространения огня по канализационной сети а ней должны быть установлены гидравлические затворы.
Как уже указывалось, перекачку производственных сточных вод следует производить только после отделения нефтепродуктов.В связи с этим расположение насосной станции определяется расположением нефтеловушки.
Для осуществления эксплоатации всего водопроводно-канализационного хозяйства на каждом нефтеперерабатывающем заводе должен быть организован цех водоснабжения и канализации.Б ведении «этого цеха находятся все заводские водопроводно-канализационные сооружения за исключением внутрицеховых систем водопровода и канализации, которые эксплоатируются соответствующими цехами.
Обязанности руководящего технического персонала цеха воде снабжения и канализации в основном сводятся к следующему.Инструкции составляются для каждого сооружения и прораба тываются в кружках по техминимуму и вывешиваются на виднол месте и выдаются каждому работнику.
Для обеспечения правильной работы сети, т. е. бесперебойного снабжения водой завода!, персонал цеха водоснабжения и канализации должен систематически проверять исправность всех сооружений сети, выполнять небходимые работы по устранению неисправностей, а также предупредительными мерами устранять возможность аварии.
В результате осмотра канализационной сети должны быть при няты меры, если это требуется, по срочному ремонту, прочистке промывке участков сети, а также проведены углубленные обсле дования ненормально работающих участков.