white line white line
Заявки на оборудование просьба присылать в технический отдел на e-mail info@ence.ch, тел. +7 (495) 225 57 86
white line

Система улавливания и рекуперации паров для ж/д цистерн

С целью защиты окружающей среды и минимизации потерь во время операций слива/налива нефти в ж/д цистерну к специалистам компании ENCE GmbH (Швейцария) обратилась крупная нефтяная компания с просьбой разработать и скомплектовать для них систему улавливания и рекуперации паров, которая бы позволяла улавливать и возвращать в жидкое состояние улетучивающиеся пары нефти при осуществлении операций по сливу/наливу на ж/д эстакадах на станции загрузки.

Исходя из требований заказчика, производительность установки рассчитывалась на улавливание паров улетучивающихся при наливе сырой нефти в ж/д цистерны, с 2-х существующих ж/д веток (60 цистерн) и проектируемой (еще 30 цистерн) с учетом осуществления 3-х заливок в сутки.

На существующие ж/д ветки налива 2 шт. расположенные параллельно по 30 цистерн на каждой, налив осуществляется насосом производительностью 1260 м³/ч посредством 60-ти наливных устройств.

Налив нефти в другие 30 цистерн проектируемой ж/д ветки будет осуществляться аналогичным насосом с соответствующими параметрами через 30 наливных устройств.

Налив нефти в цистерны на существующей ж/д ветках и проектируемой происходит одновременно.

Характеристики цистерны:

4-осная цистерна для вязких нефтепродуктов
Грузоподъемность -- 63,5 т
Масса тары вагона -- 24,23 т
Объём кузова -- 73,17 м
материал цистерны - углеродистая сталь

Забор улетучившихся паров при наливе и отправка их в систему улавливания паров планируется осуществлять из общего коллекторного трубопровода, подающего улетучившиеся пары на свечу.

Основы проектирования:

Применение установки: улавливание паров при наливе сырой нефти в ЖД цистерны

Согласно исходных данных упругость паров сырой нефти по Рейду (RVP) 6,7 psi (46 кПа абс.) Различная упругость паров повлияет на скорость улавливания в зависимости от того, является ли сырая нефть более или менее летучей, чем предполагается. При такой упругости паров (RVP) мы бы ожидали макс. скорость улавливания жидкости прим. 1.1 л на 1000 л погруженных, когда температура погрузки равна +35°C. Скорость будет изменяться вместе с температурой загружаемой жидкости, и зимой она будет меньше, таким образом, мы предположили среднее годовое улавливание 0,9л на 1000 л погруженных.

Ввиду одновременного налива двумя загрузочными насосами, производительность каждого из которых 1260 м³/ч, общая скорость налива составит 2520 м³/ч. Это вытеснит примерно тот же самый объем паров из цистерны, и таким образом, мы рассчитали, что расход паров на впуске равен 2600 м³/ч. Это предполагает отсутствие утечки паров на соединении с ж/д цистернами, или из испарительного трубопровода.

Фактическая скорость загрузки в каждую ж/д цистерну не критична для УУЛФ – используется только максимальная загрузка.

Принимая во внимание, осуществление трех циклов налива в сутки, каждый примерно 3 часа, получается, что, по крайней мере, раз в день будет возможен 4-х часовой цикл для разморозки, поэтому мы предложили систему с одним выпарным конденсатором.

Так как, улетучившиеся пары, возможно, будут содержать некоторое количество серы, материальное исполнение оребренки змеевиков выпарного конденсатора решено было сделать из нержавеющей стали, взамен стандартного исполнения из алюминия.

Мы спроектировали систему улавливания и рекуперации паров сырой нефти для улавливания углеводородов из потока пара на впуске, содержащим по объему 30% углеводорода с объемным расходом 2600 м³/ч с уровнем выбросов ниже предела, установленного управлением по защите окружающей среды, равном 35 мг углеводородов, выпущенных на литр загруженной жидкости.

Примечание*
разработанные системы применяться в соответствии с другими нормами выброса газообразных отходов, если требуется.

При расчетных условиях будет улавливаться прим. 95% паров углеводородов на входе.

Улавливание достигается путем охлаждения паров в серии конденсирующих змеевиков, которые постепенно снижают температуру паров прим. до -73°C. Получающаяся в результате конденсирующаяся жидкость удаляется, а обработанный поток пара нагревается свыше 15°C. Улавливание эффектом охлаждения из выходящего обработанного воздуха используется для улучшения производительности охлаждающей системы и сокращения использования энергии, а повторный нагрев также улучшает рассеивание в атмосфере.

Поставляемое оборудование подходит для эксплуатации в зоне повышенного риска, классифицированной как Зона 1, Группа IIA/B, T3.

Особенности исполнения узлов и комплектующих системы улавливания паров

Выпарной конденсатор сырой нефти

Пластинчато-ребристый выпарной конденсатор спроектирован и изготовлен по условиям заказчика. Змеевики имеют трубы из нержавеющей стали, с оребренкой из нержавеющей стали, находящиеся внутри корпуса из нержавеющей стали.

Хладагент проходит по трубам, охлаждая и сжимая пары углеводородов. В низкотемпературной секции малое количество водяных паров в воздухе, сопровождающее углеводороды, улавливается как замороженное твердое тело. Выпарной конденсатор спроектирован таким образом, чтобы содержать этот лед для поддержания расчетного уровня эмиссии, который автоматически размораживается в случае необходимости.

Повторный нагрев паров на выходе достигается дополнительным охлаждением одного из потоков холодильного агента. Это увеличивает производительность компрессора, допуская при этом выбор компрессора небольшой производительности и с меньшей мощностью.

Хладагент

Каскадная система охлаждения используется систем улавливания паров с пропиленом для отделов с высокими температурами и этиленом – для отсеков с низкими температурами. (В зависимости от окончательных расчетных условий возможно использование пропана вместо пропилена.) Эти хладагенты легко доступны, имеют низкую стоимость, нулевое разрушение озона и почти нулевое влияние на прирост парникового теплового эффекта.

Улавливание паров нефти

Углеводороды, уловленные в выпарном конденсаторе, сливаются самотеком в сепаратор из нержавеющей стали. Уловленная углеводородная жидкость будет также содержать небольшое количество воды (прим. 20-30 л/ч при макс. расчетной влажности, но зимой и во время низкой влажности меньше). Эта вода конденсируется из воздуха вместе с углеводородами. Сепаратор будет отделять воду от углеводородов, сливая воду самотеком. Так как вода будет содержать некоторое количество растворенных углеводородов, то ее необходимо направить к системе дренажа нефтесодержащих стоков для дальнейшей обработки.

Сепаратор нагревается от отработанного тепла системы, чтобы поддерживать температуру резервуара прибл. +5°C. Эта температура исключит замерзание уловленной воды, но также минимизирует испарение жидкости. Сепаратор вентилируется во вход пара в систему, так что любой пар выходящий из него, снова перерабатывается в системе. Уловленная жидкость обычно возвращается в загрузочную линию в обратном направлении от загрузочных рукавов, так что она смешивается и снова абсорбируется в жидком нефтепродукте, хранимом в резервуаре.

Уловленная жидкость изначально была частью устойчивой сырой нефти, а после смешивания уловленная жидкость все еще устойчивая сырая нефть.

До тех пор пока возвращенная жидкость хорошо смешивается в нефти, она не улетучивается снова.


Выпарной конденсатор не нуждается в специальной чистке потому как, в ходе процесса происходит его самоочищение.

Необходимо обратить внимание на то, что пары, которые улетучиваются во время налива сырой нефти, состоят в основном из легких фракций.

Конденсирующиеся пары это в основном С5-С8 с некоторым содержанием С4 и небольшим количеством С3.

Эти легкие углеводороды превосходные растворители, так что конденсируемая жидкость постоянно промывает поверхности выпарного конденсатора и какой-то дополнительной чистки не требуется.

Опыт эксплуатации установок показал, отсутствие образований липких или смолистых компонентов внутри конденсатора.

Установка может улавливать любые углеводороды содержащиеся в паре.

Система управления

Система управления оснащена программируемым контроллером (ПЛК) для обеспечения необходимых функций запуска, работы, безопасности и выключения.

ПЛК также будет поддерживать протоколы обмена информацией, такие как Modbus и др., для связи системы с DCS. ПЛК будет поставляться на отдельном щитке для размещения в безопасной зоне, но по требованию он может быть установлен в определенном месте на салазках.

Типовая схема процесса

система улавливания и рекуперации паров для ж/д цистерн

Описание процесса

В основе установки лежит процесс охлаждения. Охлаждение происходит последовательно в три этапа. На каждом этапе происходит конденсирование уловленной части паров с последующим разделением в сепараторе уловленных углеводородов в жидком состоянии от воды, содержащейся в парах и возвращением их в линию загрузки.

Все три этапа охлаждения происходят в выпарном конденсаторе, состоящем из нескольких секций. В каждой секции расположен пластинчатый змеевик с оребренкой. В ходе процесса уловленные пары последовательно проходят все секции ступенчато охлаждаясь, в результате чего происходит конденсирование и отвод углеводородной жидкости в сепаратор.

Уловленные пары двигаются по межтрубному пространству, проходя через ребра между труб в блоке змеевика, а хладагент проходит внутри труб.

Охлаждение на первом этапе

Это стандартный одноступенчатый цикл охлаждения. Пары из нагнетания компрессора конденсируются в конденсаторе с воздушным охлаждением и уже в жидком состоянии попадают в ресивер, из которого через регулирующий клапан попадают в охлаждающий змеевик первой ступени выпарного конденсатора. Хладагент, испаряясь в охлаждающем змеевике, охлаждает смесь уловленных паров до +5°C,испарившийся в ходе процесса хладагент первой ступени в газообразном состоянии возвращаются в компрессор, а охлажденные пары поступают на вторую стадию охлаждения.

На первом этапе охлаждения конденсируется основная масса водяных паров содержащихся в воздухе и некоторое количество углеводородов.

Охлаждение на втором этапе

Пары из нагнетания компрессора проходят через теплообменник и конденсируются в конденсаторе с воздушным охлаждением. Из конденсатора уже жидкий хладагент поступает в начале в ресивер, из которого он поступает к змеевику повторного нагрева на выходе, где теплая охлаждающая жидкость, применяется для повторного нагрева холодных выходящих паров. На данном этапе жидкость охлаждается, что улучшает эффективность охлаждения второго этапа. Охлажденная жидкость через регулирующий клапан затем идет к змеевику охлаждения второго этапа. Жидкий хладагент испаряется в охлаждающем змеевике, охлаждая смесь уловленных паров до -25°C, после чего возвращается в компрессор.

На этом этапе конденсируется основная масса уловленных углеводородов и остатки водяного пара. Уловленная углеводородная жидкость отводиться в сепаратор, а хладагент в газообразном состоянии возвращается в компрессор.

Охлаждение на третьем этапе

Третий этап подобен первому. Пары хладагента из нагнетания компрессора конденсируются в конденсаторе, после чего уже в жидком состоянии через регулирующий клапан идут к змеевику третьего этапа охлаждения. Жидкий хладагент испаряется в охлаждающем змеевике, охлаждая смесь уловленного пара до -75°C, и затем уже в газообразном состоянии возвращается в компрессор.

На этом этапе происходит конденсация остатков углеводородов оставшихся не удаленными на втором этапе охлаждения.

Сконденсированная углеводородная жидкость поступает в сепаратор.

Система размораживания

Большая часть водяных паров, содержащихся в улавливаемых парах, удаляется как жидкость в охлаждающем змеевике первой ступени, но небольшое количество остается и превращается в лед на втором и третьих этапах, который, если все оставить, так как есть, накапливаясь, уменьшал бы теплопередачу. Если допустить скопление льда, то со временем оребренные змеевики забились бы льдом и заблокировали бы поток. С целью предотвращения данного явления предусмотрена стадия разморозки.

Обычно установка работает 21-22 часа в день, и затем проходит цикл размораживания в то время, пока нет загрузки пара, как например, около полуночи, когда не осуществляется налив.

Время размораживания может быть запрограммировано автоматически на одно и то же время на каждый день или устанавливаться вручную, чтобы соответствовать схеме загрузки.

Во время стандартной работы размораживающая жидкость нагревается в теплообменнике за счет отработанного тепла из системы охлаждения и сохраняется в таком состоянии в резервуаре. Во время размораживания системы охлаждения находятся в выключенном состоянии, а сохраненная теплая жидкость перекачивается из резервуара в размораживающие змеевики выпарного конденсатора, нагревая их до около +10 °C, пока весь лед не растает.

Размороженная вода стекает в сепаратор, как и вода из первой ступени охлаждения, затем, отделившись от углеводородов, скидывается в дренаж.

Характеристика системы:

Объем поставки включает в себя все оборудование внутри системы улавливания и рекуперации паров сырой нефти улетучивающихся во время загрузки сырой нефти в ж/д цистерны для установки на месте.

Поставляемое оборудование подходит для эксплуатации в зоне повышенного риска, классифицированной как Зона 1, Группа IIA/B, T3.

Система спроектирована для потока паров сырой нефти на впуске 2520 м³/ч при температуре 35°C, в соответствии с нормами выбросов газообразных отходов, установленных Управлением по защите окр. среды США/US EPA - 35мг выпущенных углеводородов на литр загруженной жидкости. Это прим. соответствует 95% улавливания при расчетных условиях. Система рассчитана на непрерывную работу 20 часов в день с 4-х часовым периодом размораживания (1 раз в сутки).

Ограничения по эксплуатации

Каждая система сконструирована таким образом, чтобы работать в следующих пределах. Производительность и поглощаемая мощность при условиях, отличающихся от расчетных точек, приведенных в других отделах данной спецификации будет отличаться от расчетной производительности и мощности. Работа вне данных предельных значений может требовать изменений.

Температура окружающей среды в тени по
шарику сухого термометра
Подача приборного воздуха:
Классификация опасной зоны
Электрическая мощность

-28°C до +35°C
6 бар изб, -40°C точка росы.
Зона 1, Группа IIA/B, T3
380 В, 3 ф., 50 Гц
3 фаза + нейтр. + земля

Объем комплектации системы улавливания и рекуперации паров:

  • Трехступенчатая система охлаждения, с пропиленом и этиленом в качестве хладагентов
  • Конденсатор с воздушным охлаждением для цепей охлаждения пропилена
  • Конденсатор ступени низкого давления для цепи охлаждения этилена
  • Охладитель сырой нефти на первой ступени (пластинчатый оребренный), испаряющийся прим. при 0°C
  • Охладитель сырой нефти на второй ступени (пластинчатый оребренный), испаряющийся прим. при -35°C
  • Охладитель сырой нефти на третьей ступени (пластинчатый оребренный), испаряющийся прим. при -77°C
  • Сосуды высокого давления для цепи охлаждения, вкл. ресивер, расширительный бак и аккумуляторы на всасе
  • Сепаратор для сбора конденсата (уловленной углеводородной жидкости)
  • ПЛК в кожухе IP45 для дистанционной установки

Описание оборудования входящего в состав системы:

Выпарной конденсатор Первая ступень, Е-1 Вторая ступень, Е-2 Третья ступень, Е-3
Количество: 1 х 100%
Тип: Змеевик с оребренкой
Расчетный расход: 2600 м³/ч выход паров из Е-1 выход паров из Е-2
Хладагент: пропан или пропилен этилен
Температура испарения хладагента: 0 град. -35 град. -77 град.
Температура паров углеводорода: +35/+5 град. +5/-30 град. -30/-73 град.

Расчетный расход паров сырой нефти на впуске 2600 м³/ч. Состав смеси сырой нефти основан на сырой нефти с упругостью паров по Рейду 6.7 psi/фунтов на кв. дюйм (46 кПа абс.).

Все змеевики конденсатора углеводорода изготовлены из труб из нержавеющей стали с оребренкой и нержавеющей стали и внутренним кожухом из нержавеющей стали, изолированным 50-100 миллиметровым пенополиуретаном.

Компрессоры Первая ступень Вторая ступень Третья ступень
Тип: Спиральный и винтовой
Хладагент: Пропилен Пропилен Этилен
Потребляемая мощность (общая): 410 кВт
Материалы: Винтовой: корпус – чугун, внутренние детали - чугун, сталь
Спиральный: корпус – сталь, внутренние детали - чугун, сталь

Конденсаторы с воздушным охлаждением для цепей охлаждения пропилена

Кол-во: Один x 100% для каждой ступени
Температура конденсации: 45°C
Темп. окр. воздуха внутри: 35°C (макс.)
Мощность вентилятора: 3 кВт (общая)
Материалы: Медная труба, алюминиевая оребренка
Кожух: Оцинкованная сталь с порошковым покрытием
Холодильный конденсатор ступени низкого давления
Количество: Один x 100%
Тип: Паяный пластинчатый
Материалы: 316SS пластины, паянная медь
Температура конденсации: -30°C
Температура испарения: -35°C
Расширительный бак для этилена
Материалы: углеродистая сталь
Конструкция: ASME VIII
Сборник-сепаратор уловленной углеводородной жидкости
Количество: 1 x 100%
Объем: 5-минутный поток
Материал: 304 SS
Рабочая температура: +5°C

Насос уловленной жидкости: турбинного типа с низким кавитационным запасом
Счетчик уловленной жидкости: Вытеснительного типа, точность ±1% или выше.
Выходной импульс к ПЛК для измерения общего уловленного потока

Электричество и управление

Все схемы для запуска, регулирования производительности и выключения системы будут обеспечены системой регулирования с ПЛК, содержащейся в шкафе управления IP45, для удаленной от скида установки в безопасной зоне.

Связь ПЛК с DCS осуществляется через последовательный канал modbus, если требуется. (ПЛК может быть размещен на скиде в панели Ex d, если требуется, по доп. цене.)

Сенсорный экран HMI вкл. в удаленную панель ПЛК для работы и мониторинга. ПЛК и HMI могут быть поставлены в корпусе Ex d или Ex p на скиде за дополнительную стоимость

Кабели на скиде поддерживаются кабельными лотками из оцинкованной стали. Вкл. разводка кабелей всех приборов на охлаждающем скиде. Все элементы управления и приборное обеспечение соединены с распределительными коробками скида при использовании Dekoron или аналогичного измерительного кабеля для обслуживания по международному стандарту.

Пускатели электродвигателя включены, должны быть установлены на отдельной панели в главном пульте управления, предоставленном не нами, но могут быть поставлены в корпусах Ex d на скиде за дополнительную стоимость.

Трубопровод, клапаны и фитинг

Охлаждающий и размораживающий трубопровод будут изготовлены из меди или стали. Отсечные задвижки будут латунные или стальные, по производственному стандарту охлаждения. Углеводородный (исключая хладагент) трубопровод будет выполнен из нержавеющей стали типа 316 SS, со всеми фланцами ANSI B16.5 150# класс. Труба из 316 SS с Swagelok или аналогичным фитингом может быть использована для углеводородного трубопровода 20 NB и меньше. Углеводородный блок и изолирующие прибор клапаны должны быть типа Keystone, Crane или аналогичного, шарового, запорного или регулирующего типа.

КИП

Необходимые приборы будут вмонтированы в определенных местах.

Датчик давления – GEMS или Smar
Датчик температуры – Регулятор температуры (Inor) или Smar
Регулятор хладагента и соленоидные клапаны – Danfoss, Parker, Alco, Sporlan

Единичные стандартные датчики используемые для регулировки, сигнала тревоги и автоматич. выключения.

Монтаж рамы/скида

Все детали системы монтируются на двух стальных рамах-салазках оцинкованных горячим способом после изготовления, отделяемые для транспортировки, с возможностью соединения вместе болтами и повторной сборки на месте. Все детали будут соединены трубами, и все приборы соединены с распределительными коробками. Железосодержащие детали и трубопровод будут окрашены в соответствии с процедурой 57. Оцинкованные, из нержавеющей стали, медные/латунные и алюминиевые детали не будут окрашены. Все холодные поверхности будут изолированы в соответствии с процедурой 58 (полиуретановая пена + алюминиевая оболочка)

система улавливания и рекуперации паров для ж/д цистерн

Габаритные размеры

  Рама/скид компрессора Рама/скид выпарного конденсатора
Длина:
Ширина:
Высота:
Вес:
10 000 мм
3 000 мм
3 500 мм
8 000 кг
8 000 мм
3 500 мм
4 000 мм
8 000 кг

Операции по монтажу скидов на месте предусматривают следующие действия:

1. Разгрузка скидов системы из транспорта
2. Монтаж в соответствующее положение на подготовленном бетонном фундаменте, выравнивание и закрепление болтами
3. Трубопроводная соединительная обвязка скидов между собой (сама трубная обвязка поставляется)
4. Соединение соединительных кабелей между скидами (кабели, поставляются с уже готовыми вводами / концевой заделкой, необходимо лишь повторно подключить)
5. Установить штуцер воздушной магистрали, (демонтирован для транспортировки в связи с высотой)
6. Подключить электропитание, впускную трубу / штуцер паров, выходную трубу уловленной жидкости, водовыпускной патрубок со сливом
7. Соединить систему управления с устройствами дистанционной сигнализации или мониторинга, если требуется

Заводское испытание

Заводское испытание логических схем и испытание под давлением включено.

Эксплуатационное испытание на месте

Эксплуатационное испытание на месте должно быть выполнено во время пуска в эксплуатацию, используя углеводородный пар, в соответствии с RE процедурой испытания на месте.

Уровень шума

Уровень шума менее 85 дБ(А) на расстоянии 1 м от края рамы/скида.

Включенные позиции

  1. Доступ для работы службы технического контроля и сертификации
  2. Запчасти для запуска в эксплуатацию
  3. Первоначальное заполнение маслом и хладагентом
  4. Описание схем управления (описательная часть на бумажном носителе и электронная копия схем ПЛК)

Специалисты нашей компании всегда рады ответить на любые Ваши вопросы.


Сообщить об ошибке на сайте ENCE GmbH, Switzerland / ENCE gmbH, Schweiz / ЭНЦЕ ГмбХ, Швейцария © ENCE GmbH