Automatyczne czyszczenie magazynowych zbiorników na ropę naftową – udoskonalanie procesu

Konieczne jest okresowe czyszczenie zbiorników na ropę naftową. Powodem są przeglądy techniczne lub zmiany magazynowanego surowca. Zbiorniki po opróżnieniu z ropy czyszczone są z toksycznych gazów i osadów. Wymaga to zastosowania specjalistycznych technologii, które zwiększają bezpieczeństwo osób wykonujących ten proces.

O tym, jak spółka Climbex udoskonala automatyczną technologię czyszczenia ATC, by była bardziej przyjazna środowisku, opowiadają Dariusz Witkowski – prezes spółki Climbex oraz Piotr Stemporski – dyrektor operacyjny.

Projekt dekontaminacji

Spółka Climbex od 2018 roku realizuje projekt dekontaminacji zbiorników magazynowych na produkty ropopochodne. Jest on współfinansowany ze środków Unii Europejskiej przez NCBiR w ramach Programu Inteligentny Rozwój. We wczesnej fazie badawczej jednoznacznie potwierdzono zasadność oraz efektywność nowatorskiej technologii. Rozwijana jest ona przy współpracy Instytutu Nafty i Gazu z Krakowa oraz ekspertów z Politechniki Wrocławskiej. Projekt aktualnie wszedł w fazę rozwojową.

Climbex od wielu lat specjalizuje się w automatycznym czyszczeniu zbiorników surowcowych, a duże doświadczenie w tej dziedzinie stało się pretekstem do udoskonalania stosowanych technologii i poszukiwania rozwiązań, które mogą być jednocześnie efektywne i wpisywać się w trendy obniżania emisyjności – mówi Dariusz Witkowski, prezes zarządu spółki Climbex.

Po przeprowadzeniu pierwszych testów funkcjonalnych dekontaminacji jesteśmy przekonani o słuszności kierunku, w jakim podążamy. Tego rodzaju technologia jest potrzebna w czasach, kiedy borykamy się ze zmianami środowiskowymi – dodaje prezes Witkowski.

Podczas magazynowania ropy naftowej oraz jej pochodnych na dnie zbiorników gromadzą się:

• parafiny,
• żywice,
• iły,
• piasek,
• produkty korozji w postaci gęstych osadów.

Skład osadów wytrącanych na dnie zbiornika jest bardzo różnorodny – generalnie zawierają węglowodory lotne (VOC), m.in. benzen, siarkowodór. Składniki te w postaci oparów pozostają w zbiorniku po jego opróżnieniu z ropy, w ilościach groźnych dla zdrowia. Osady zawierają także węglowodory ciężkie oraz składniki nieorganiczne, jak piasek, rdzę i glinę. Szczególnie niebezpieczny jest siarczek żelaza, który może być źródłem samozapłonu. Osady mogą być również skażone promieniotwórczo przez naturalne materiały radioaktywne, które występują w złożu ropy naftowej.

Automatyczna technologia czyszczenia zbiorników

Zbiorniki na ropę naftową po opróżnieniu z surowca wymagają czyszczenia z toksycznych oparów i osadów. Obecnie spółka Climbex stosuje w tym celu automatyczną technologię czyszczenia zbiorników ATC (Automated Tank Cleaning), która nie wymaga wchodzenia ludzi do wnętrza zbiornika. Obejmuje ona wieloetapowy proces, na który składają się:

A. upłynnienie zalegających osadów dennych,
B. odpompowanie odzyskanych węglowodorów,
C. mycie wnętrza zbiornika ciekłymi mediami pod dużym ciśnieniem,
D. recyrkulacja mediów wraz z ich separacją,
E. wentylacja zbiornika,
F. finalne doczyszczenie i usuwanie osadów z dna zbiornika.

Metoda automatycznego czyszczenia (ATC) jest precyzyjna i szybka. Dodatkowo jest bezpieczniejsza niż tradycyjne metody ręczne. Jednak posiada jeden słaby punkt. Dotyczy on momentu wentylowania zbiornika. Wentylacja powietrzem jest konieczna, by panująca w zbiorniku atmosfera stężonych związków niebezpiecznych zamieniła się w bezpieczną atmosferę. Pozwala to na bezpieczną pracę ludzi przed jego finalnym doczyszczeniem, ale uwalnia do środowiska toksyczne gazy. Włazy remontowe są wówczas otwierane, a zanieczyszczone węglowodorami powietrze, przy użyciu wentylatorów, jest wyciągane ze zbiornika i emitowane do atmosfery.

Większość procesu jest realizowana z wykorzystaniem automatycznej aparatury z separacją surowca, wody i mediów odpadowych. Końcowy etap doczyszczania muszą jednak wykonać ludzie. Bez wentylacji zbiornika nie jest to możliwe. Pozostały po fazie D osad olejowy emituje liczne szkodliwe związki, w tym kancerogenny benzen, toluen i ksylen oraz siarkowodór. To czyni środowisko wewnątrz zbiornika ciągle niebezpiecznym dla członków ekipy czyszczącej. Proces wentylacji jest prowadzony do momentu, aż poziom substancji niebezpiecznych osiągnie dopuszczalny poziom stężeń. Możliwe jest wtedy wejście ludzi do zbiornika.

Kierunki rozwoju wyznacza ekologia

Przepisy ochrony środowiska są stale zaostrzane. Jednocześnie rośnie świadomość ekologiczna klientów. Przesądza to o ograniczeniach stosowanych obecnie metod czyszczenia wielkogabarytowych zbiorników. Wymagania środowiskowe dotyczące emisji lotnych składników węglowodorowych do atmosfery są zawarte w dyrektywach Unii Europejskiej.

(Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2008/50/WE z dnia 21 maja 2008 r. w sprawie jakości powietrza i czystszego powietrza dla Europy i Dyrektywa Parlamentu Europejskiego 2010/75/WE z dnia 24 listopada 2010 r. w sprawie emisji przemysłowych (zintegrowane zapobieganie zanieczyszczeniom i ich kontrola).

Przepisy środowiskowe obligują nas do poszukiwania metod ograniczających w znacznym stopniu emisję niebezpiecznych gazów” – komentuje Piotr Stemporski z Climbexu i dodaje:

Podczas czyszczenia zbiorników, jak i innych instalacji rafineryjnych, przed otwarciem zbiorników i wystawieniem personelu na działanie szkodliwych oparów, należy upewnić się, że ilość każdego z zanieczyszczeń, na przykład siarkowodoru (H₂S) i benzenu, mieści się w dopuszczalnych zakresach określonych przez przepisy rządowe i obowiązujące w zakładzie pracy.

Ograniczenie emisji niebezpiecznych związków to ważny aspekt bezpieczeństwa względem personelu, całej infrastruktury przemysłowej klienta oraz środowiska. Stężenia zanieczyszczeń są sprawdzane za pomocą odpowiednich mierników lub aparatów laboratoryjnych. Natomiast zbiornik lub urządzenie pozostają zamknięte, dopóki nie zostaną osiągnięte zadowalające wyniki pomiarów. Obniżenie ilości zanieczyszczeń w oparach do akceptowalnego poziomu, pozwala na dalsze prace oczyszczania i remontowe zbiorników.

Integracja automatycznego czyszczenia z procesem dekontaminacji frakcji gazowych

W pracach projektowych wiele miejsca poświęcono na konstruowanie dysz rozpylających. Mają one unikalną konstrukcję, która umożliwia prawidłową aplikację środka dekontaminującego we wnętrzu zbiornika. Dodatkowo opracowano proces, który wspomaga automatyczne czyszczenie zbiorników na ropę naftową. Ma on być realizowany w etapie końcowym i z wyeliminowaniem etapu wentylacji, która jest szkodliwa dla środowiska.

Proces usuwania toksycznej fazy gazowej w przestrzeni zbiornika o średnicy powyżej 50 m wymaga silnie rozproszonego, przy pomocy specjalnych dysz, strumienia medium dekontaminującego. W celu uzyskania kompletnego wypełnienia zbiornika substancją czyszczącą badaliśmy wiele dysz o różnych konfiguracjach. Ponadto analizowano różne lokalizacje dysz z lancą, aby mogły współpracować z systemem ATC-BLABO bez dodatkowej ingerencji w pokrywę górną zbiornika – komentuje wyniki prac projektowych dyrektor Stemporski.

Procedurę obecnie stosowanego procesu czyszczenia zbiornika pokazano na rysunku 1. Zaznaczono miejsce wprowadzania dekontaminacji, docelowo zastępującej etap wentylacji zbiornika. Automatyczną technologię czyszczenia zbiorników ATC uzupełniono procesem dekontaminacji przy wykorzystaniu specjalnej lancy. Ma ona unikalną konstrukcję z odpowiednio dobranymi dyszami zintegrowanymi z dyszami ATC (BLABO). Przetestowane i dobrane dysze przy odpowiednim ciśnieniu pozwoliły, aby ze strumienia cieczy dekontaminującej uzyskać równomierną strugę rozproszonego medium o zakładanym polu pokrycia. Układ kompletny lancy z dyszą BLABO pokazano na rysunku 2.

Technologia w procesie dekontaminacji

Opracowany układ czyszczenia zbiornika pozwala na uzyskanie wymaganych bezpieczeństwem stężeń toksycznych związków w zbiorniku. Minimalizuje także zawartość ciężkich węglowodorów. Jest on oparty o dodatkowe lance z dyszami do zastosowania czynnika dekontaminującego. To wprost wpływa na zwiększenie bezpieczeństwa środowiska pracy oraz ochronę środowiska naturalnego. Dodatkowo opracowywany jest układ odzysku węglowodorowych składników z osadu stałego. Prezes spółki Climbex – Dariusz Witkowski – komentuje sytuację:

Jako Climbex czujemy się odpowiedzialni za bezpieczeństwo środowiskowe i personel. Będziemy na pewno angażować się w przyszłości w kolejne nowatorskie projekty, które mają na celu rozwój tego rodzaju technologii.

Climbex Sp. z o.o. w latach 2018-2021 prowadzi projekt pt: „Opracowanie i weryfikacja w warunkach przemysłowych, technologii dekontaminacji urządzeń i zbiorników produktów ropopochodnych w procesie ich automatycznego czyszczenia”. Projekt współfinansowany przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w ramach Programu Operacyjnego Inteligentny Rozwój. Umowa nr POIR.01.01.01-00-0447/18-00 z dnia 30.11.2018 r.