Любая жидкость, обладающая свободной поверхностью, имеет свойство испаряться. Испарение осуществляется за счет теплового движения молекул, часть которых покидает поверхность нефтепродукта (далее, НП) и образует пар.
Газовое пространство (далее, ГП) резервуара содержит паровоздушную смесь (далее, ПВС), которая практически никогда не бывает насыщенной из-за того, что в него постоянно попадает атмосферный воздух. Над поверхностью углеводородной жидкости находится диффузионный слой ПВС, который полностью насыщен парами НП. Поэтому средняя объемная концентрация паров углеводородной жидкости в ГП резервуара выражается неравенством С ≠ Сs, где Cs — концентрация насыщенных паров НП, котрой соответствует формула Cs= Ps/Pг (где Рs— давление насыщенных паров углеводородной жидкости; Рг— давление в газовом пространстве резервуара).
Движущая сила процесса испарения — это разность концентраций CsС. Модуль движущей силы определяется формулой Δπ=(Сs-С)/(1-Сs)
Давление в резервуаре растет соразмерно увеличению t и уменьшению соотношения объемов ГП и находящейся внутри углеводородной жидкости. В свою очередь, чем выше давление насыщенных паров НП, тем больше Cs и тем интенсивнее испаряется углерод. Чем больше величины С и Сs приближаются друг к другу, тем модуль движущей силы становится меньше, а при С = Cs модуль будет равен 0, т.е. процесс испарения прекратится.
Количество углеводородной жидкости, которое испаряется с поверхности в резервуаре в единицу времени, равно JF, где J — плотность потока массы испаряющейся жидкости; F — площадь «зеркала» ее поверхности.
Величина J указывает, какое количество НП испаряется с единицы поверхности в единицу времени. Это количество зависит от величины модуля движущей силы и типа производимой технологической процедуры. Так, при хранении углеводородных жидкостей динамика испарения углеродных жидкостей при хранении обусловлена соотношением силы тяжести, силы внутреннего трения, которая характеризуется величиной кинематической вязкости паровоздушной смеси V пвс, и диффузии молекул НП в воздухе, которая характеризуется величиной коэффициента молекулярной диффузии DM. Когда резервуар заполняется, интенсивность испарения углеводородных жидкостей происходит благодаря перемешиванию струей закачиваемой жидкости, зависящее от расхода закачки и уровня НП в резервуарной емкости. Затем, в процессе опорожнения резервуара, струя подсасываемого воздуха достигает поверхности углеводородной жидкости и, продвигаясь вдоль нее, ускоряет процесс испарения.
Потери НП бывают:
- от «больших дыханий»
- от «малых дыханий»
- от «обратного выдоха»
- от насыщения газового пространства
- от вентиляции ГП.
Потери от «больших дыханий» случаются при операциях заполнения. Во время откачки углеводородной жидкости из резервуара V газового пространства увеличивается. В результате, давление в емкости падает, и в резервуар попадет атмосферный воздух, всасываемый через дыхательную арматуру. Как следствие, снижается средняя концентрация углеводородов в ГП, но, при этом, струя воздуха омывает поверхность НП, в итоге, его испарение интенсифицируется. Дальнейшее заполнение резервуара приводит к тому, что насыщенная углеводородами паровоздушная смесь вытесняется в атмосферу.
Потери от «малых дыханий» зависят от суточных колебаний t и атмосферного давления. Ночью t наружного воздуха понижается, провоцируя остывание паровоздушной смеси в ГП, что приводит к понижению давления в резервуаре. В дневное время под влиянием солнечной радиации и более высокой t наружного воздуха давление в ГП увеличивается. Как только давление сравняется с уставкой клапана давления, ПС вытесняется в атмосферу.
Потери от «обратного выдоха» происходят после частичного опорожнения резервуара до некоторого уровня его газового пространства, недонасыщенного углеводородами. В случае дальнейшего простоя резервуара происходит донасыщение ГП, что вызывает повышение давления в нем. Как только оно достигает уставки, клапан давления открывается, и некоторый объем паровоздушной смеси вытесняется в атмосферу.
Потери от вентиляции газового пространства возникают при наличие двух и более отверстий в крыше или корпусе резервуара, при этом, отверстия должны располагаться на разных уровнях. Из-за разности плотностей воздуха и паровоздушной смеси возникает газовый сифон: ПС вытекает через нижнее отверстие, а в освободившееся пространство проникает воздух, который подсасывается через верхнее отверстие. Такое явление возможно тогда, когда давление в ГП равно атмосферному, что бывает крайне редко.
Потери от насыщения ГП могут возникнуть после окончания закачки при условии, что концентрация углеводородов в нем ниже концентрации насыщенных паров. Даже если закачка завершилась, дыхательную арматуру резервуара не закрывают, так как углеводородная жидкость всё еще испаряется. Наибольшие потери от насыщения ГП имеют место при окончании закачки легкоиспаряющихся НП в резервуары в первой половине дня, когда t ГП увеличивается. При завершении закачки во второй половине дня понижение t ГП, оказывает более значительное влияние на давление в резервуаре, чем испарение углеводородной жидкости. В итоге потери от насыщения ГП будут минимальными.