Резервуары обеспечивают накопление необходимого запаса материалов, поддержание их технологических свойств и подготовку к последующей отгрузке потребителям. От надежности работы резервуарного оборудования напрямую зависят эффективность функционирования терминала, качество хранения продукции и стабильность поставок битумных материалов.

В отличие от большинства светлых нефтепродуктов битум относится к высоковязким нефтяным материалам, физические свойства которых существенно зависят от температуры. При снижении температуры происходит увеличение вязкости битума, что затрудняет его транспортировку по трубопроводам, налив в транспортные средства и дальнейшее использование в производственных процессах. По этой причине хранение битума осуществляется в специальных резервуарах, оборудованных системами теплоизоляции и подогрева.

На современных битумных терминалах для хранения продукции преимущественно используются вертикальные стальные резервуары (РВС). Данный тип резервуаров обеспечивает возможность хранения значительных объемов продукции, удобство эксплуатации и размещения систем поддержания температуры. Конструкция резервуара предусматривает возможность длительного хранения битума с сохранением его технологических характеристик.

Вертикальный стальной резервуар для хранения битума представляет собой сварную металлическую конструкцию цилиндрической формы, предназначенную для хранения жидких и вязких нефтепродуктов. Основными элементами резервуара являются корпус, днище, крыша, технологические патрубки, люки обслуживания, лестницы и площадки доступа. Конструкция вертикального стального резервуара для хранения битума представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Конструкция вертикального стального резервуара для хранения битума

Корпус резервуара образован стальными листами, соединенными между собой сварными швами. Основное назначение корпуса заключается в обеспечении герметичного хранения продукта и восприятии гидростатического давления битума. Толщина стенок резервуара зависит от его объема и расчетных нагрузок.

Днище резервуара воспринимает вес хранимого продукта и передает нагрузку на основание сооружения. В нижней части резервуара размещаются устройства для отбора продукции и элементы системы подогрева. Верхняя часть резервуара закрывается крышей, предотвращающей попадание атмосферных осадков и загрязнений внутрь емкости.

Для проведения осмотров и технического обслуживания резервуар оснащается люками, наружными лестницами и площадками обслуживания. Через технологические патрубки осуществляется прием и выдача битума, а также подключение вспомогательного оборудования.

Для хранения битумных материалов резервуары дополнительно оснащаются системами теплоизоляции и подогрева, что является их принципиальным отличием от резервуаров для хранения многих других нефтепродуктов.

В процессе хранения битума происходит постоянный теплообмен между продуктом и окружающей средой. Основные теплопотери возникают через стенки резервуара, крышу и днище. Для снижения интенсивности охлаждения резервуара применяются теплоизоляционные материалы, устанавливаемые на его наружной поверхности.

В качестве теплоизоляции чаще всего используются минераловатные материалы, обладающие низкой теплопроводностью и устойчивостью к воздействию повышенных температур. Поверх теплоизоляционного слоя монтируется защитная металлическая обшивка, предотвращающая механические повреждения и воздействие атмосферных факторов. Конструкция теплоизоляции стенки резервуара для хранения битума представлена на рисунке 2.

Использование теплоизоляции позволяет существенно снизить потери тепловой энергии и уменьшить затраты на подогрев битума в процессе хранения. Кроме того, теплоизоляция способствует поддержанию более стабильного температурного режима внутри резервуара.

Рис. 2. Конструкция теплоизоляции стенки резервуара для хранения битума

Для поддержания требуемой температуры хранения битума резервуары оснащаются специальными системами подогрева. В настоящее время наиболее распространенным способом нагрева является использование термального масла в качестве теплоносителя.

Принцип работы системы заключается в нагреве термального масла в отдельной нагревательной установке с последующей его циркуляцией по трубчатым регистраторам, расположенным внутри резервуара. Теплоноситель передает тепловую энергию металлическим поверхностям нагревательных элементов, от которых тепло передается непосредственно битуму. Схема системы подогрева резервуара термальным маслом представлена на рисунке 3.

Рис. 3. Схема системы подогрева резервуара термальным маслом

Наиболее часто трубчатые регистры размещаются в нижней части резервуара, где осуществляется основной нагрев продукта. При необходимости могут использоваться дополнительные нагревательные элементы, расположенные на различных уровнях резервуара.

Применение термомасляных систем подогрева обусловлено рядом преимуществ:

— высокая эффективность теплопередачи;

— возможность поддержания стабильной температуры продукта;

— безопасность эксплуатации;

— равномерность нагрева по сравнению с электрическими нагревателями;

— возможность автоматизации процесса.

Благодаря использованию систем подогрева обеспечивается поддержание битума в состоянии, пригодном для перекачки и отгрузки потребителям.

Поддержание требуемой температуры битума невозможно без постоянного контроля технологических параметров. Для этой цели резервуары оборудуются системой контроля температуры, включающей средства измерения и элементы автоматизированного управления.

Температурные датчики позволяют получать информацию о состоянии продукта внутри резервуара и своевременно корректировать режим работы системы подогрева. Контроль температуры особенно важен при длительном хранении битума, поскольку как чрезмерное охлаждение, так и перегрев продукта могут негативно сказаться на его свойствах.

Современные системы автоматизации обеспечивают отображение текущих параметров хранения, управление работой насосного оборудования и контроль функционирования нагревательных устройств. Полученная информация передается на рабочее место оператора, что позволяет контролировать технологический процесс в режиме реального времени.

Вместе с тем на большинстве существующих резервуаров контроль температуры осуществляется по ограниченному количеству измерительных точек.

Таким образом, резервуары, используемые для хранения битума на современных терминалах, представляют собой сложные инженерные сооружения, оснащенные системами теплоизоляции, подогрева и контроля технологических параметров. Применение термомасляных систем позволяет поддерживать требуемую температуру хранения продукта и обеспечивать его готовность к отгрузке потребителям.

Поддержание требуемого температурного режима является одной из основных задач при хранении битумных материалов. В процессе эксплуатации резервуаров происходит постоянная потеря тепловой энергии через стенки, крышу и днище резервуара. При отсутствии эффективной системы подогрева температура битума снижается, что приводит к увеличению его вязкости и ухудшению условий транспортирования и отгрузки.

Для обеспечения требуемых условий хранения на предприятиях нефтебитумной отрасли применяются различные способы подогрева резервуаров. Наиболее распространенными являются паровые системы нагрева, электрические системы подогрева и системы подогрева с использованием термального масла.

Паровой подогрев является одним из наиболее ранних способов поддержания температуры нефтепродуктов. В данном случае нагрев продукта осуществляется посредством циркуляции водяного пара по трубчатым регистраторам, размещенным внутри резервуара.

К преимуществам данного способа относятся простота конструкции и высокая интенсивность теплообмена. Однако использование паровых систем сопровождается значительными тепловыми потерями, необходимостью постоянной подготовки теплоносителя и повышенными эксплуатационными затратами. Кроме того, образование конденсата внутри системы снижает эффективность нагрева и усложняет эксплуатацию оборудования.

Электрические системы нагрева предусматривают использование погружных или наружных электрических нагревателей. Тепловая энергия передается непосредственно продукту без промежуточного теплоносителя.

Основными преимуществами данного способа являются высокая точность регулирования температуры и возможность автоматизации процесса нагрева. К недостаткам относятся значительное потребление электрической энергии, высокая стоимость эксплуатации при хранении больших объемов битума и необходимость применения дополнительных мер пожарной безопасности. В связи с этим использование электрического подогрева на крупных битумных терминалах ограничено.

Наиболее распространенным способом подогрева битума в настоящее время является использование термального масла в качестве теплоносителя.

Система включает нагревательную установку, циркуляционный насос, трубопроводы и трубчатые регистры, размещенные внутри резервуара. Нагретое термальное масло циркулирует по системе и передает тепловую энергию битуму через поверхность нагревательных элементов.

Данный способ обеспечивает безопасную эксплуатацию оборудования, возможность поддержания высокой температуры теплоносителя и сравнительно равномерный нагрев продукта. Именно поэтому термомасляные системы получили наибольшее распространение на современных битумных терминалах.

Проведенный анализ показывает, что наиболее эффективным способом поддержания температуры битума является использование термомасляных систем подогрева. Именно такие системы наиболее широко применяются на современных терминалах хранения битумных материалов.

Результаты сравнительного анализа рассмотренных способов подогрева резервуаров представлены в таблице 1.

Таблица 1

Сравнение существующих способов подогрева резервуаров

Таким образом, анализ существующих систем подогрева показал, каким образом обеспечивается наиболее эффективный контроль за процессом хранением битума.

Литература:

1. Гун Р. Б. Нефтяные битумы. — М.: Химия, 1973. — 432 с.
2. Тугунов П. И., Новосёлов В. Ф., Коршак А. А., Шаммазов А. М. Типовые расчёты при проектировании и эксплуатации нефтебаз и нефтепроводов: учебное пособие. — 2-е изд., перераб. — Уфа: ДизайнПолиграфСервис, 2002. — 658 с.
3. Шишмарёв В. Ю. Технические измерения и приборы: учебник для вузов. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Юрайт, 2022. — 377 с.
4. Шишмарев В. Ю. Основы автоматического управления: учебное пособие для студентов высших учебных заведений. — М.: Академия, 2008. — 352 с.
5. Исаченко В. П., Осипова В. А., Сукомел А. С. Теплопередача: учебник. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергия, 1975. — 488 с.