Skladištenje tečnosti i gasova Medina Šušnjević Univerzitetska 8, 75000 Tuzla, Bosna i Hercegovina
[email protected] Sažetak
Tečne i gasovite sirovine koje se dopremaju u procesno postrojenje potrebno je uskladištiti. U procesnom postrojenju nakon transformacije polazne sirovine nastaju glavni i sporedni produkti koje je također potrebno uskladištiti. Prilikom uskladištenja ovih materija treba se voditi računa o njihovim fizičko- hemijskim osobinama. Cilj ovog seminarskog rada jeste upoznati se sa određenim konstrukcijama i oblicima rezervoara kako za za tečnu tako i za gasovitu materiju. Objasniti značaj skladištenja skladištenja i zadatke skladišta. Te upoznati određene uslove koje materije zahtjevaju prilikom pohranjivana, kao i koji su rezervoari pogodniji i ekonomičniji ekonomičniji za upotrebu. Ključne riječi : rezervoar, tank, bubanj,
sferična skladišta.
1. Uvod
Prilikom uskladištenja fluida veoma je važan kapacitet i oblik skladišta kao i izbor konstrukcionog materijala. Osnovni konstrukcioni materijali za izgradnju skladišta za fluide su: čelični lim, Al lim, Pb lim, drvo, beton, b eton, plastične mase, staklo. /1/ Prije nego procesni inženjer odabere odgovarajući način skladištenja mora imati odgovor na sljedeća pitanja: 1. Koja je maksimalna količina tekućine koju mora uskladištiti? Ovo je važno razmatranje, jer ako kapacitet skladištenja nije dovoljan, proizvodni preces se možda mora obustaviti. obustaviti. 2. Koliko je toksična tekućina? To je važno jer se moraju poduzeti posebne mjere opreza, a mogu postojati i određeni zakonski zahtjevi. 3. Koliko je korozivna tekućina? Visoko korozivna tekućina zahtjeva posudu od posebnog materijala. 4. Koliko je hlapljiva tekućina? Hlapljiva tekućina je ona tekućina koja brzo isparava. Potrebno je poduzeti posebne mjere opreza kao bi se izbjegli izbjegli gubici proizvoda isparavanjem isparavanjem 5. Da li tekućina mora biti skladištena u vrućem stanju? Ako je tekućinu potrebno skladištiti u vrućem stanju potrebne su posebne izolacije. /3/
2
Medina Šušnjević
2. Skladištenje tečnosti Obzirom na svrhu uskladištenja tečnosti upotrebljavamo različite konstrukcione materijale kao i različite oblike rezervoara. Rezervoari predstavljaju hermetički zatvorena skladišta u kojima se odvija skladištenje tečnosti (vode, hemikalija,opasnih materija u tečnom stanju) Rezervoari otvoreni prema gore nazivaju se kace. Za razblažene kiseline upotrebljavaju se rezervoari od drveta. Stežu se željeznim obručima. Ova vrsta rezervora koristi se i za skladištenje vode jer drvo u vodi nabubri i dobro zaptiva. Kako bi se zaštitili presvlače se smolom i lakovima, ili se oblažu gumom i olovom. Kod uskladištenja vrlo agresivnih tečnosti upotrebljavaju se keramičke posude betonski i čelični rezervoari. Lahko isparljive tečnosti svojim isparavanjem dovode znatnih promjena pritiskau rezervoaru. Kako ne bi došlo do prevelikih naprezanja materijala mora se omgućiti “disanje rezervoara” /3/
Slika 1. Spremnik za tekućinu
Većina spremnika se sastoji od: ljestvi za pristup krovu krovni ili podzemni šaht odvod za vodu punjenje i pražnjenje pumpe pomoćni ventil parni ventil kutija za ubrizgavanje pjene uzemljenje
Skladištenje tečnosti i gasova
3
Male količine tekućina pohranjuju se u staklenim posudama dok se veće količine količine pohranjuju u bubnjevima, tankovima i rezervoarima. 2.1. Staklene posude
Staklene posude uglavnom su napravljene sa ravnom bazom. Koriste se za pohranjivanje korozivnih hemikalija. Obično sadrže do 200 L tekućine i ne smiju se skladištiti u blizini izvora topline. 2.2 Bubnjevi (Bačve)
Bubnjevi se koriste za pohranjivanje većih količina tekućina. Oni su cilindrični i mogu se praviti od raznih materijala ovisno o tekućini koja se čuva u nima. Ovaj tip spremnika ne smije biti pod velikim pritiskom niti smješteni blizu izvora topline. Svi spremnici trebaju imati naljepnice sa sadržajem i napomenom o opasnosti materije koja se nalazi u njima. 2.3 Tankovi
Velike količine bezopasnih tekućina koje sadrže male vrijednosti pritiska, obično se pohranjuju u jednostavnim, čeličnim pravougaonim ili cilindričnim spremnicima. Zapaljive ili otrovne tekućine također se mogu pohraniti u sličnim posudama ali su uglavnom smještene daleko od stambenih i procesnih područja zbog sigurnosti. Tankovi kapaciteta oko 100 000 tona koriste se u naftnoj industriji. /4/ Veliki rezervoari koji se upotrebljavaju za tečna goriva prave se sa kupolastim krovom ili tzv. plivajućom glavom. Njihove dimenzije su prosječno prečnik 43 m, visina 23 m. Plutajući krov kao što njegov naziv implicira zapravo pluta na površini tekućine u spremniku, kako se razina tekućine mijenja krov se pomjera prema gore ili prema dolje sa razinom tekućine. U svom najjednostavnijem obliku plutajući krov je samo velika ravna posuda malo manjeg promjera od spremnika. /2/ Između ruba plutajućeg krova i unutarnje strane spremnika, postavljena je specijalna guma kako bi se smanjilo curenje pare. Guma koja se koristi je općenito kontinuirana traka fleksibilnog materijala koji je pričvršćen na krov i prsten oko unutarnjeg obima spremnika . Donja strana krova je opremljena nosačima kako bi se ostavio prostor između krova i dna spremnika kada je spremnik prazan. Ti nosači omogućuju pristup spremniku za čišćenje i ili održavanje.
4
Medina Šušnjević
U savremenoj upotrebi postoje dva dizajna plutajućeg krova: krov “Pontoona” krov “dvstrukih paluba”
Slika 2. poprečni presjek spremnik sa vanjskim prstenom potoona.
Skladištenje tečnosti i gasova
5
3.Skladištenje gasova
Skladištenje gasova Gasovi se čuvaju u gasometrima promjenjivog volumena (niskog pritiska) ili u rezervoarima stalnog volumena (visokog pritiska) Mokri gasometri se sastoje iz bazena napunjenog vodom u kome pliva zvono napunjeno vodom. Gas se dakle vlaži u dodiru sa vodom. zvono se pravi od lima 3-4 mm, a njegova težina određuje pritisak gasa. .Zimi se voda u gasometru mora zagrijavati da se spriječi mržnjeje. Ispitivanje gasometra na zaptivnost vrši se sapunicom, a smatra se zadovoljavajućim ako gasometar poslije 7 dana ne izgubi više od 2% sadržaja gasa. Fino zaptivanje se postiže pomoću katranskog ulja koje se nalazi u prostoru zaptivača. Ovi gasometri imaju konstantan pritisak gasa. Gasni rezervoari stalnog volumena rade se u obliku cilindra i u obliku kugli. Njihova prednost je što se gas u njih unosi sa posebnim kompresorom što dovodi do smanjenja opasnosti od stvaranja eksplozivne smjese. Suhi gasometri su uspravne mnogougaone prizme u kojima se kreće zaptivana ploča. Transportne posude za gasove se prave kao: željezne cistern i čelične boce. 3.1. Sferična skladišta za gasove
Ove vrste skladišta poželjna je za pohranu gasova sa visokim pritiscima.Sferna skladišta čine veoma jaku strukturu zbog toga što je raspodjela pritiska na površinama kako unutra tako i izvana ravnomjerno raspoređena. Prednost kuglastih posuda je da imaju manju površinu po jedinici volumena od bilo kojeg drugog oblika posude. To znači da će količina topline prenjete iz toplije okoline na tekućinu u sferu ,biti manja od onog za cilindrične ili pravougaone posude za skladištenje.
Ilustracija 3. Sferična skladišta za gasove
6
Medina Šušnjević
3.2. Cilindrični spremnici
Cilindri se naširoko upotrebljavaju za skladištenje jer su jefriniji za proizvodnju od sfera. Međutim, cilindri nisu stabilni kao sfere zbog toga što posjeduju slabe tačke na krajevima. Ova slabost se smanjuje se sa polukuglastim ili zaobljenim krajevima.
Slika 4. Cilindrični spremnik za plinove.
3.3. Plinske boce
Za spremanje manjih količina plina pod vrlo visokim pritiskom koristimo plinske boce. Ove boce su veoma teške zbog debljine metalne konstrukcije. Boja ne označava vrstu gasa vec samo glavnu opasnost od gasa: otrovan gas - žuta, zapaljiv gas - crvena, oksidirajući gas - svetlo plava, inertan gas - svetlo zelena boja. Boja boca omogucava prepoznavanje prirode opasnosti gasa kada zbog daljine etiketa ne može da se procita. Samo za najčešće korišćene gasove: kiseonik, azot, helijum, azot suboksid predvidene su specijalne boje. Tabela 1. Označavanje plinskih boca prema potencijalnim opasnostima
Značenje
Boja
Primjeri
Otrovno/kotozivno
Žuta
Zapaljivo
Crvena
amonijak, hlor, arsen, fluor,sumpor dioksid. vodonik, metan, etilen
Oksidirajući
Plava
mješavina kisika, azot
Inertan
Svijetlo zelena
kripton, xenon, neon, komprimirani zrak
7
Skladištenje tečnosti i gasova
4. Zadatak Labaratorijski rezervoar zapremine 0.337 m3 napunjen je komprimovanim zrakom. Diferencijalna razlika pritiska na manometru je 500 mmHg. Uskladišteni vazduh ispuštati određeno zadano vrijeme. Uraditi dva mjerenja i nakon svakog ispuštanja promatrati i bilježiti diferencijalnu razliku tečnosti u manometru i temperature. Predstaviti podatke tabelarno i grafički te izračunati: a) Zapreminu i masu vazduha u tanku pri normalnim uslovima, (temperature vazduha u tanku 12.2 C) b)Površinu poprečnog presjeka cjevovoda kroz koji se ispušta vazduh ako je unutrašnji dijametrar cjevovoda 1.6 mm c) brzinu isticanja vazduha iz tanka ako je vrijeme ispuštanja vazduha 120s i d) volumni protok vazduha. Poznati polazni podaci °
V 0.337m 3 d 1.6mm 0.0016m 120 s p 500 mmHg (760 500) 1260 Pa Nakon izvođenja eksperimenta dobjene su eksperimentalne vrijednosti koje su predstavljene u tabeli 2. Tabela 2. Vrijednosti dobivene eksperimentom. R.B. eksperimenta T ( K) ( s ) p ( mmHg ) 1. 0 500 285.36 2. 120 363 286.34 3. 240 265 284.56 °
Bazne relacije Zapremina vazduha u tanku pri normalni uslovima računa se iz relacije: V 0
V
T 0 T
P
P 0
(m 3 )
Za izračunati volume vazduha u tanku može se izračunati njegova masa iz relacije:
m n M
V 0 M 22.4
M molekulska masa vazduha (29 kg/Kmol) Brzina isticanja vazduha iz tanka:
v
V 0
A
(m / s )
Površina poprečnog presjeka cjevovoda kroz koji se ispušta vazduh:
A
d c 2 (m 2 ) 4
Volumni protok vazduha V A v( m 3 / s )
8
Medina Šušnjević
Analiza i prikaz rezultata U cilju izračunavanja volumnog protoka vazduha koji se ispušta kroz cjevovod neophodno je predhodno izračunati brzinu isticanja vazduha i njegovu površinu. Brzina isticanja vazduha računa se iz relacije (3) za koju je neophodno izračunati površinu poprečnog predjeka cjevovoda kroz koji se ispušta vazduh , relacija (4). Za izračunati volume vazduha u tanku moze se izračunati njegova masa iz relacije (2). U skladu sa opisanom strategijom rješavanja problema dobiveni s slijedeći rezultati: V 0
V
T 0 T
P
P 0
(m 3 ) 0.337
273.16 (273.16 12.2)
(760 500) 760
0.535m 3
V 0 0.535 M 29 0.629kg 22.4 22.4 d c 2 (1.6 10 3 ) 2 3.14 6 2 2 10 m A 4 4 V 0.535 0.477 v 0 238.37 m / s A 2 10 6 120 m/s m n M
V A v 2 10
6
238,7 4.79 10 4 m 3 / s
Za ostala dva mjerenja identičnom precedurom proračuna dobiveni su rezultati koji su prikazani u tabeli 3. Tabela 3. Rezultati eksperimenta i proračun eksperimentalnih podataka. R.b ( s ) T P V 0 m (kg) v V p 3 3 . (mmHg) ) (m/s) (m /s) (m (mmHg) ( K) 0 500 285.36 1260 0.535 0.6924 1. 120 363 284.96 1123 0.477 0.618 238.37 0.000479 2. 240 265 284.56 1025 0.436 0.5649 170.20 0.000342 °
Na početku eksperimenta kada je tank napunjen komprimovanim vazduhom u njemu se nalazi maksimalna masa vazduha, ispuštanjem vazduha njegova se masa smanjuje a samim time i volumni protok je manji.
Slika 5. Zavisnost mase vazduha u tanku od vremena ispuštanja.
9
Skladištenje tečnosti i gasova
5. Zaključak Prilikom uskladištenja fluida prvenstveno nam je bitan kapacitet i oblik skadišta kao i izbor konstrukcionog materijala. Za razne svrhe uskladištenja tečnosti i gasova upotrebljavaju se različiti konstrukcioni materijali kao i oblici rezervoara Male količine tekućina se pohranjuju u staklenim posudama dok se veće količine pohranjuju u bubnjevima,tankovima i rezervoarima. Gasovi se čuvaju u gasometrima
promjenjivog volumena (niskog pritiska) ili u
rezervoarima stalnog volumena (visokog pritiska) Gasometri mogu biti sferične ili cilindrične strukture. Sferični gasometri su stabilniji i pogodniji za skladištenje,ali nisu i ekonomičniji. Za spremanje manjih količina gasa pod vrlo visokim pritiskom koriste se plinske boce. Ove boce označene su određenim bojama kako bi se lakše prepoznale a samim time upozorilo na njihovu opasnost: otrovan gas - žuta, zapaljiv gas - crvena, oksidirajući gas - svetlo plava, inertan gas - svetlo zelena boja. Zaključak eksperimenta koji je proveden u ovom radu jeste da prilikom ispuštanja vazduha iz rezervoara njegova masa se smanjuje a samim time i protok. Brzina ispuštanja vazduha u početku je maksimalna jer je tada ukupan pritisak u tanku maksimalan. Sa smanjivanjem pritiska u tanku smanjuje se i pogonska sila koja uzrokuje isticanje vazduha.
10
Medina Šušnjević
6. Literatura 1. S. Stanšić (1978), Tehnološke operacije I. mehaničke operacije, Novi Sad 2. S. Rozgaj (1966), Princip tehnoloških operacija II dio mehaničke operacije, Zagreb 3. Storage of Liquids and Gases https://www.scribd.com/document/276162598/Storage-of-Liquids-and-Gases, januar 2018 4. Compression jobs, http://articles.compressionjobs.com/articles/oilfield-101/5130storage-tanks-vessels-gas-liquids?start=4 januar 2018 5. E. Ahmetović, A. Avdihodzić (2010) Praktikum iz hidromehaničkih operacija, Tuzla
