74

5.Наливные грузы

5.1.Транспортные характеристики наливных грузов

Наливные грузы подразделяются на4 класса: нефть и нефтепродукты,

химические, пищевые (прочие химические), сжиженные газы.

ØТранспортные характеристики наливных грузов разделены на группы: üобъемно-массовые: плотность, вязкость давление, фракционный состав,

органолептические характеристики и др.; üтеплофизические: температуры плавления и застывания, испаряемость,

тепло– и температуропроводность, теплоемкость, диэлектрические свойства и др.;

üхарактеристики опасности: температуры вспышки, воспламенения, самовоспламенения, концентрационные и температурные пределы воспламенения, скорость выгорания, давление взрыва, коррозионность, токсичность, октановое, цетановое и йодной число, экологическая опасность и др.

©Плотность определяется при помощи ареометра или гидростатических весов. Точность измерения плотности нефтепродуктов ареометром составляет 0,05%, а в лабораторных условиях с помощью гидростатических весов или пикнометра – до 0,005%.

Плотность высоковязких нефтепродуктов определяется расчетами. Пробу исследуемого продукта смешивают с определенным количеством маловязкого растворителя, плотность которого известна, и определяют плотность смеси. После чего рассчитывают плотность искомого вещества.

Часто относительную плотность наливных грузов называют«удельным весом», что неверно. Для определения количества (массы) груза необходимо знать плотность, а для определения плотности значение относительной плотности

(удельного веса) нужно умножить на величину стандартной плотности воды rt = dt ×rСТ.

Относительная плотность – плотность по отношению к стандартному веществу. В СНГ стандартной является плотностьводы при температуре 4°С, приравненная 1 т/м3 (0,999973), поэтому относительная плотность(удельный вес) нефтепродукта численно равна истинной плотности dt4 = rt, т. е. не требует пересчетов. В некоторых странах приводится удельный вес жидкостейd, отнесенный к плотности воды при температуре 15, 20°С или 60°F.

Удельный вес жидкостей d, отнесенный к плотности воды при температуре 15, 20°С, 60°F или стандартная плотность в пересчете на воду при4°С определя-

ется из следующих выражений:

r204 = d204 = 1,00564 × d1515 – 0,00908; r204 = 0,99823 × d2020

При температуре 60°F (15,56°С)

r204 = 1,00477 × d6060 – 0,00799

По шкале API

r204 = 142,175 / (API + 131,5) – 0,00799

В справочниках стран СНГ приводится плотность, как правило, при 20°С. Пересчет для нужной температуры производится по формуле

rН = r + b (t – tН),

75

где r и rН – соответственно плотность при известной и необходимой(расчетной) температуре, т/м3;

t и tН – соответственно известная и необходимая температура, °С; b – коэффициент объемного расширения груза, т/м3×град. Коэффициенты b зависят от вида и плотности жидкости.

©Вязкость определяет подвижность (текучесть) жидкости и оказывает существенное влияние на условия транспортирования, перекачки и выполнения операций по сливу и наливу. Различают динамическую, кинематическую и условную вязкость. Вязкость зависит от температуры и давления.

Динамическая вязкость – сопротивление внешним силам, вызывающим течение жидкости. Эта сила прямо пропорциональна скорости сдвига, коэффициент пропорциональности – коэффициент динамической вязкости. Его отношение к плотности – кинематическая вязкость.

Давление определяется наличием легких (низко кипящих) компонентов. Октановое число определяет детонационную стойкость, за 100 % принят

изооктан.

Цетановое число характеризует дизельное топливо по способности его к самовоспламенению при впрыскивании его в камеру сгорания. При высоком значении этого числа (45÷50) топливо сгорает полностью и равномерно.

Йодное число характеризует химическую стабильность – наличие в топливе непредельный углеводородов.

©Химическая и физическая стабильность означает постоянство химиче-

ского и физического состава в течение определенного периода времени. Нефть и нефтепродукты в процессе хранения вступают в контакт с кислородом, металлом, светом, повышенной температурой и другими факторами, которые обусловливают процессы окисления, полимеризации и конденсации. Наибольшие изменения

свойств наблюдаются в результате окисления кислородом воздуха химически наиболее неустойчивых соединений, входящих в состав нефтепродуктов(например, непредельных углеводородов крекинг-бензина). Образующиеся при этом смолы и нерастворимые осадки резко ухудшают качество топлива. Процесс окисления – самоускоряющийся процесс, так как образовавшиеся кислые соединения становятся в свою очередь катализаторами и увеличивают скорость реакции. Катализаторами окислительного процесса являются также вода, механические примеси и сернистые соединения. Скорость окисления зависит от объема резервуара хранения или тары и с уменьшением объема увеличивается. Наиболее быстро теряют химическую и физическую стабильность бензины. Дизельное топливо более устойчиво сохраняет свои свойства.

Химическая стабильность характеризуется йодным числом и индукцион-

ным периодом то есть временем, в течение которого топливо, находящееся в условиях, регламентированных стандартами, практически не подвергается окислению. Индукционный период бензинов, например, должен составлять не менее 450 – 900 мин. Для увеличения срока годности топлива в него добавляют специальные антиокислительные присадки. На основе химической стабильности установлены предельные сроки хранения нефтепродуктов(0,5 – 6 лет) в зависимости от типа топлива, хранилища и климатической зоны. Физическая стабильность означает постоянство фракционного состава и упругости паров, достигае-

76

мое хранением и перевозкой в герметических емкостях, исключающей потери легких фракций.

В зависимости от температуры вспышки горючие жидкости делятся на: легковоспламеняемые (ЛВЖ) – для воспламенения необходим кратковременный источник воспламенения (например, искра), средневоспламеняймые – длительный источник (например, спичка), трудновоспламеняймые – мощный источник (например, костер).

Жидкие грузы перевозятся наливом(наливные) или в таре (генеральные). При перевозке наливом, хранение осуществляется в береговых резервуарах емкостью до 50 тыс. м3; для снижение потерь – они оборудуются подвижной крышей, имеют серебристую (светлую) окраску.

ØПо классификации ИМО загрязнение моря нефтью и нефтепродуктами происходит из-за: 1. эксплуатационных сбросов танкеров; 2. сбросов с судов при постановке в док; 3. сбросов у причалов, в том числе при бункеровке; 4. сбросов с водами и отходами топлива; 5. сбросов с нефтесодержащим балластом из топливных танков; 6. разливом при авариях.

По Марпол 73/78 и Конвенции ООН по морскому праву«особыми районами» (запрещен сброс) являются Средиземное, Черное, Балтийское, Красное моря, Персидский, Оманский и Мексиканский заливы.

5.2. Нефть и нефтепродукты

Нефть и продукты ее переработки представляют обширную группу грузов, находящихся в различных агрегатных состояниях и имеющих специфические свойства.

ØСырая нефть представляет собой горючую маслянистую жидкость, обладающую характерным запахом, цвет которой меняется от светло–желтого до коричневого, почти черного. Физические и химические свойства нефти зависят от ее месторождения и даже горизонта залегания.

Нефть – это сложная смесь различных веществ, поэтому для ее характеристики необходимо выяснить химический, групповой и фракционный состав. Химический состав нефти: углерод 83 – 87%, водород 11 – 14%, кислород и азот 0,1

– 1,5%, сера 0,05 – 5,0%. Групповой состав нефти характеризует количественное содержание парафиновых (10 – 70%), нафтеновых (25 – 75%), ароматических (5 – 30%) углеводородов и различных гетероорганических соединений. По групповому составу определяют способы переработки нефти и назначение полученных нефтепродуктов.

Сырая нефть делится:

üпо плотности: на легкую (0,65 – 0,87 г/см3(т/м3)), среднюю (0,871 – 0,91) и

тяжелую (0,911 – 1,05);

üпо содержанию серы: мало–, средне– и высокосернистой – при перевозке опасно обводнение.

©Фракционный состав определяет количество продукта в процентах от общего объема, выкипающее в определенных температурных режимах. В нефти различают легкие (светлые) фракции, выкипающие при температуре до 350°С, и тяжелые (темные) с температурой кипения выше 350°С. Легкие являются основой для получения светлого топлива(бензин различного назначения, керосин

77

и т.д.), тяжелые – для получения мазута и продуктов его переработки. Содержание легких фракций в объеме нефти составляет не более30 – 50%. Фракционный состав существенно влияет на плотность и испаряемость, которые характеризуют эффективность использования нефтепродуктов и величину потерь от испарения.

Наиболее важной физической характеристикой нефти является еевысокая теплотворная способность, достигающая 46 МДж/кг, поэтому нефть перерабатывают в основном для получения различных сортов топлива.

ØПроцесс переработки нефти состоит из трех этапов: подготовки к переработке, переработки и очистки полученных нефтепродуктов. В зависимости от состава нефти и необходимости получения продуктов определенного качества различают физические и химические способы переработки.

©В процессе физического способа (прямой перегонки) нефть разделяют на фракции по температурам кипения без разрушения молекулярной структуры. Технологический процесс прямой перегонки состоит из нагревания, испарения, конденсации и охлаждения при атмосферном давлении. В результате получают: бензин (3÷15%), лигроин (7÷10%), керосин (8÷20%), газойль (7÷15%), масляные дистилляты (20÷25%) и мазут (65÷90%).

©Разгонка мазута на фракции производится на аппаратах, работающих в условиях вакуума, что позволяет снизить температуру кипения 450÷500с до 220°С и избежать разложения углеводородов. В результате получают тяжелый газойль, соляр, масляные дистилляты и гудрон. Сравнительно небольшой выход бензинов при прямой перегонке нефти привел к внедрениюхимических способов переработки: крекинг (термический и каталитический), пиролиз и др.

©Термический крекинг (процесс расщепления длинных молекул тяжелых углеводородов на более короткие молекулы низкокипящих фракций) протекает в условиях высоких температур (до 500÷700°С) и высокого давления (4÷6 МПа). В результате термического крекинга получают светлое топливо из мазута или нефтяных остатков (гудрона и полугудрона): крекинг-бензин (30÷35%), крекинг-газы (10÷15%), крекинг-остатки (50÷55%). Полученные крекинг-бензины нестабильны, и поэтому используются только как составные части моторного топлива.

©Каталитический крекинг протекает при высоких температурах и присутствии катализаторов (алюмосиликатов), что позволяет снизить давление до 0,2÷0,3 МПа. При таком способе переработки значительно повышается качество полученных нефтепродуктов, а выход крекинг–бензинов достигает 35 – 40%, однако подготовка исходного сырья достаточно сложная.

©Пиролиз – процесс получения жидкой смолы и газов из керосина при температуре 650°С. Из жидкой смолы в последующих стадиях переработки -из влекают ценные ароматические углеводороды (бензол, толуол и др.).

©Последним этапом переработки нефти является очистка полученных полуфабрикатов (особенно светлых) с целью удаления смолистых веществ, кислородных и сернистых соединений, являющихся вредными примесями и снижающих качество нефтепродуктов. Товарные нефтепродукты получаются компоновкой однородных полуфабрикатов, полученных различными способами переработки нефти с введением в смесь специальных присадок и добавок, обеспечивающих необходимые эксплуатационные качества.

ØПродукты переработки нефти (светлые и темные) в зависимости от на-