Установки рекуперации паров (VRU, Vapor Recovery Unit) предназначены для улавливания и возврата в технологический цикл паров углеводородов, которые образуются при хранении, наливе/сливе нефти, нефтепродуктов и топлива. Вместо выброса в атмосферу или направления на сжигание пары собираются, очищаются и содержащиеся в них углеводороды возвращаются в продукт.
Для адсорбционных VRU одним из ключевых элементов является вакуумная насосная система. Вакуумный насос используется прежде всего для регенерации насыщенного активированного угля: он снижает давление в адсорбере, обеспечивает десорбцию углеводородов и направляет концентрированную паровую смесь в абсорбционную колонну.
Применение установок VRU
Системы рекуперации паров применяются на объектах, где при хранении и перевалке летучих нефтепродуктов образуются значительные объемы паров углеводородов:
- пункты налива автоцистерн;
- железнодорожные наливные эстакады;
- морские и речные наливные терминалы;
- резервуарные парки и нефтебазы.
Источниками паров являются вытеснение газовой фазы при заполнении резервуаров и транспортных емкостей, «дыхание» резервуаров при изменении температуры, а также операции перекачки, очистки и дегазации. В VRU могут рекуперироваться пары бензина, сырой нефти, нафты, конденсатов, бензола, толуола, ксилолов, метанола, этанола и других летучих продуктов.
Принцип работы адсорбционно-абсорбционной VRU
Одна из распространенных схем VRU основана на сочетании адсорбции на активированном угле и последующей абсорбции извлеченных углеводородов жидким продуктом. Обычно установка включает два угольных адсорбера, которые работают попеременно: пока один принимает пары, второй регенерируется.
- Адсорбция
Паровоздушная смесь из резервуара или линии налива поступает в адсорбер с активированным углем. Углеводороды удерживаются на поверхности угля, а очищенный газ выходит из установки. После насыщения адсорбера поток переключается на второй аппарат.
- Вакуумная регенерация
Насыщенный адсорбер изолируется и вакуумируется. Снижение давления приводит к десорбции ранее поглощенных углеводородов. В отдельных установках после основной стадии вакуумирования применяется контролируемая продувка слоя атмосферным воздухом, позволяющая завершить регенерацию активированного угля.
- Абсорбция и возврат продукта
Концентрированная смесь паров, удаленная из адсорбера вакуумным насосом, направляется в абсорбционную колонну. Там она контактирует с жидким абсорбентом — например, бензином. Значительная часть углеводородов переходит из паровой фазы в жидкость, после чего обогащенный абсорбент возвращается в резервуар хранения или в линию налива. Неабсорбированные пары могут возвращаться на повторную адсорбцию.
Цикл повторяется автоматически. Для типовых двухадсорберных систем приводится продолжительность цикла порядка 10–15 минут.
Зачем в VRU нужен вакуумный насос
Важно различать сбор паров и регенерацию адсорбента. В адсорбционной VRU вакуумный насос нужен главным образом не для первоначального забора паров из танкера или резервуара, а для восстановления адсорбционной способности активированного угля.
- создает необходимое разрежение в насыщенном адсорбере;
- обеспечивает десорбцию углеводородов с поверхности активированного угля;
- перемещает концентрированную паровую смесь в абсорбер;
- обеспечивает повторяемость циклов адсорбции и регенерации.
Какие вакуумные насосы применяются в VRU
Для установок рекуперации паров указаны три основных варианта вакуумной техники: жидкостно-кольцевые, сухие винтовые и пластинчато-роторные вакуумные насосы. Выбор зависит от требуемых вакуума, производительности, состава паров, требований к вспомогательным системам, энергопотреблению и техническому обслуживанию.
Жидкостно-кольцевые вакуумные насосы
Жидкостно-кольцевые вакуумные насосы (ЖКВН, ВВН) — традиционное и хорошо отработанное решение для VRU. Внутри корпуса вращающийся ротор формирует жидкостное кольцо, которое последовательно изменяет объем рабочих полостей и обеспечивает всасывание и сжатие газа.
Такие насосы устойчивы к влажным и загрязненным газам и отличаются простой надежной конструкцией. Вместе с тем для их работы требуется контур рабочей жидкости. В типовой схеме он может включать сепаратор, циркуляционный насос и теплообменник. Необходимо контролировать состав, температуру и состояние рабочей жидкости, а также обслуживать вспомогательное оборудование.
Сухие винтовые вакуумные насосы
Сухие винтовые насосы обеспечивают сжатие газа без рабочей жидкости в камере сжатия. За счет этого технологическая схема может быть проще: отпадает необходимость в контуре уплотняющей жидкости с сепаратором, циркуляционным насосом и теплообменником.
Практический пример модернизации VRU показывает, что замена жидкостно-кольцевого насоса на сухой винтовой позволила упростить систему и использовать частотно-регулируемый привод для снижения производительности при неполной загрузке. В совокупности с модернизацией системы управления энергопотребление установки снизилось более чем на 40 %, а срок окупаемости проекта составил менее двух лет.
Пластинчато-роторные вакуумные насосы
Пластинчато-роторные насосы также могут использоваться в системах рекуперации паров. Их применимость определяется производительностью, требуемым остаточным давлением, составом паров и конструкцией конкретной установки. Для небольших систем и отдельных задач они могут быть компактной альтернативой более крупным вакуумным агрегатам.
Эффективность рекуперации
По данным рассмотренных производителей, современные адсорбционные VRU могут обеспечивать степень рекуперации углеводородов до 99 %. Для одного из типовых решений также приводится возврат порядка 1–2 литров продукта на каждые 1000 литров отгруженного нефтепродукта. Фактические показатели зависят от состава паров, режима налива, производительности установки и заданного уровня выбросов.
Экономический эффект формируется не только за счет возврата продукта. Снижение выбросов ЛОС, уменьшение потерь нефтепродукта, повышение безопасности и оптимизация энергопотребления делают VRU важным элементом современных терминалов хранения и перевалки.
Автоматизация и контроль
Работа VRU циклическая, поэтому система автоматизации должна синхронизировать переключение адсорберов, вакуумирование, продувку и работу абсорбционного контура. В современных установках контролируются давление и вакуум, температура, наработка насосов, состояние клапанов и концентрация выбросов на выходе. Архивирование трендов и аварий позволяет планировать обслуживание по фактическому состоянию оборудования.
Что учитывать при подборе вакуумного оборудования
- состав паров и концентрация углеводородов;
- требуемая производительность и продолжительность цикла регенерации;
- начальное и конечное абсолютное давление в адсорбере;
- температура и влажность парогазовой смеси;
- наличие конденсата, загрязнений и компонентов, влияющих на материалы насоса;
- необходимый диапазон регулирования;
- требования к взрывозащите и герметичности;
- доступность охлаждающей и рабочей жидкости;
- требования к резервированию, обслуживанию и энергопотреблению.
Подбор вакуумного насоса следует выполнять совместно с расчетом всей VRU, поскольку глубина вакуума и скорость регенерации непосредственно влияют на восстановление адсорбционной способности угля и производительность установки.
Преимущества применения VRU
- снижение выбросов летучих органических соединений;
- возврат ценных углеводородов в товарный продукт;
- уменьшение потерь при хранении и наливе;
- повышение экологической и промышленной безопасности;
- возможность автоматической непрерывной работы;
- снижение эксплуатационных затрат при правильно подобранном вакуумном оборудовании.
Решение
Установка рекуперации паров позволяет превратить пары углеводородов из источника выбросов и потерь в возвращаемый товарный продукт. В адсорбционно-абсорбционной схеме ключевую роль играет вакуумная система, которая регенерирует активированный уголь и направляет извлеченные углеводороды на последующую абсорбцию.
Для этих задач применяются жидкостно-кольцевые, сухие винтовые и, в зависимости от исполнения установки, пластинчато-роторные вакуумные насосы. Оптимальный тип определяется технологическими параметрами и требованиями конкретного объекта.
Мы предлагаем подбор вакуумного оборудования для установок рекуперации паров нефти и нефтепродуктов с учетом требуемой производительности, остаточного давления, состава рабочей среды и условий эксплуатации.