Một số giải pháp giảm hao hụt xăng dầu trong xuất - nhập - tồn chứa xăng dầu

Xăng dầu là loại nhiên liệu chiến lược quan trọng, được các đơn vị quân đội đưa vào dự trữ với số lượng lớn nhằm sẵn sàng đáp ứng yêu cầu, nhiệm vụ trong  mọi tình huống. Quá trình bảo quản, cấp phát xăng dầu, nếu không có giải pháp hiệu quả sẽ dẫn đến hiện tượng hao hụt xăng dầu, gây lãng phí lớn và làm ô nhiễm môi trường. Các nhân tố chính gây hao hụt xăng dầu là:

Do tính chất lý hóa của xăng dầu: chủ yếu do tính bay hơi và hệ số khuếch tán (lượng hơi của sản phẩm dầu - tính theo gam - thoát qua 1cm2 mặt thoáng trong 1 giây). Cả 2 yếu tố trên hoàn toàn phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất hơi trên mặt thoáng. Với tính chất của xăng ô tô hiện nay, khi ở nhiệt độ ≥ 30oC và áp suất trên mặt thoáng ≥ 760mm Hg thì hệ số khuếch tán đã vượt ngưỡng 0,1 gam/ cm2.giây (trong tồn chứa) và  0,25 gam/ cm2.giây (khi xuất). Ngay cả trong trường hợp khoảng trống chứa hơi trên bề mặt đạt tới trạng thái bão hòa vẫn xảy ra hiện tượng bay hơi.

Trong tồn chứa: Do kết cấu của bể chứa, áp suất đóng mở các xupap an toàn của van hô hấp rất nhỏ. Dưới tác động nhiệt của môi trường vào khoảng trống chứa hơi trong bể chứa và tính chất của hơi xăng dầu có hệ số dãn nở (a) rất lớn (≥0,004), tỷ lệ nhiệt rất nhỏ (từ 0,28 đến 0,4 Kcal/ kg) nên áp suất trong khoảng trống chứa hơi tăng rất mạnh theo chiều tăng của nhiệt độ môi trường, cộng với sự tăng của hệ số khuếch tán khiến xupap xả của van hô hấp buộc phải mở để hơi xăng dầu (ở trạng thái bão hòa) thoát ra khỏi bể chứa. Kết quả khảo sát đã xác định: Tại các bể chứa đạt yêu cầu về độ kín và áp suất mở xupap xả của van hô hấp là 200mm H2O khi nhiệt độ khoảng trống chứa hơi trong bể tăng từ 0,8 - 1oC, áp suất hơi trong bể sẽ đẩy xupap xả để thoát hơi xăng dầu ra ngoài môi trường. Đối với các bể không đảm bảo về độ kín thì ngoài tác động của nhiệt độ môi trường còn chịu ảnh hưởng bởi hệ số khuếch tán nên hơi xăng dầu sẽ thoát ra, ngay cả khi nhiệt độ môi trường có trị số cực tiểu.

Khi nhập xăng dầu vào bể chứa, sẽ đẩy hơi xăng dầu thoát ra môi trường. Tuy nhiên, do ảnh hưởng bởi sự khuếch tán do dòng chảy động và dưới tác động của nhiệt độ khi nhập, thể tích hơi xăng dầu sẽ lớn hơn thể tích nhập vào bể. (Trung bình ở nhiệt độ 30oC, cứ 1m3 xăng nhập vào bể có khoảng 0,95 -1,1 kg xăng hoặc 0,65 kg điezel thoát ra ngoài bể chứa).

Khi xuất xăng dầu từ bể chứa cho phương tiện: tương tự như quá trình nhập nhưng do thể tích vật chứa nhỏ nên quá trình xuất chịu ảnh hưởng rất lớn của hệ số khuếch tán; đặc biệt khi xuất lẻ, dòng chảy của xăng dầu là dòng chảy hở, với vận tốc lớn, do đó tốc độ bay hơi rất lớn. Kết quả khảo sát cho thấy: thể tích hơi xăng bay ra khi xuất thường bằng 1,15 - 1,3 lần (khi xuất cho xe xitec) và bằng 1,4 -2 lần (khi xuất lẻ cho xe máy) thể tích xăng xuất ra.

Căn cứ vào cấu tạo các bể chứa hiện có ở các đơn vị; quy trình nhập - xuất hiện nay và nguồn kinh phí bảo đảm hiện có cũng như năng lực thiết kế, chế tạo các phương tiện trong nước, chúng tôi xin đề xuất áp dụng các giải pháp sau:

Trong tồn chứa

Hoàn thiện điều kiện kín của bể chứa sao cho tổng lượng hơi xăng dầu dò lọt qua các mối lắp ghép và van hô hấp nhỏ hơn 0,5 lít/phút khi áp suất hơi trong bể 150mm H2O (điều kiện cần)

Lắp đặt công nghệ nối thông khoảng trống chứa hơi của các bể cùng chứa một loại nhiên liệu.

- Lắp đặt bể thu bù hơi có thể tích đủ chứa hết lượng hơi bay ra trong một chu kỳ biến thiên nhiệt độ (từ cực tiểu đến cực đại) và áp suất để thay đổi thể tích chứa hơi từ cực tiểu đến cực đại không vượt quá 40% áp suất mở xupap xả của van hô hấp lắp trên bể

Quá trình thực nghiệm sau 4 năm áp dụng đối với cụm bể chứa (xăng) đặt nổi ngoài trời hệ thống thu bù hơi đã giảm từ 60 - 80 % (tùy theo mức độ chứa đầy và nhiệt độ môi trường) so với lượng hơi xăng thoát ra khỏi bể chứa trong quá trình bảo quản không lắp bể thu bù hơi.

Trong quá trình nhập

Cần lắp đặt công nghệ hồi hơi xăng dầu cho cả hai trường hợp: nhập đẳng áp (khoảng trống chứa hơi của phương tiện giao và phương tiện nhận đều được đóng kín) và nhập không đẳng áp (một trong hai phương tiện có khoảng trống chứa hơi thông với môi trường), đảm bảo hơi xăng dầu từ phương tiện nhận hồi trả hơi xăng dầu vào khoảng trống chứa hơi của phương tiện giao.

Trường hợp nhập trực tiếp từ xe xitec vào cụm bể chôn ngầm (có áp suất mở xupap xả của van hô hấp  3.000mm H2O): chỉ cần nối thông hai khoảng trống chứa hơi.

Trường hợp nhập qua bể trung gian (chôn ngầm) và sử dụng máy bơm để bơm chuyển lên các bể trụ đứng (đặt nổi), cần lắp thêm công nghệ nối thông khoảng trống chứa hơi giữa bể trung gian và bể chứa. Do cấu tạo van hô hấp của bể trụ đứng, áp suất mở xupap xả của van rất thấp (£ 200mm H2O) nên cần lắp bổ sung phương tiện vận chuyển hơi từ bể trụ đứng sang bể trung gian hoặc phải nâng tiết diện ống của công nghệ hồi hơi (giữa bể trụ đứng và bể trung gian) sao cho tổng tổn thất áp suất trên đường ống không vượt quá 50% áp suất mở xupap xả của van hô hấp lắp trên bể trụ đứng.

Kết quả thực nghiệm cho thấy: lượng hơi xăng thoát ra môi trường giảm từ 60 - 75% (trong trường hợp nhập không đẳng áp) và từ 80 - 95% (trong trường hợp nhập đẳng áp) so với trạng thái nhập thông thường hiện tại (khoảng trống chứa hơi của cả phương tiện giao và nhận được thông với bên ngoài)

Trong quá trình xuất

- Xuất từ bể vào thùng chứa của xe xitec:

Hiện nay, các xe xitec và các điểm cấp phát không áp dụng phương pháp nhập từ đáy và áp suất mở xupap hút rất nhỏ (không quá 45mm H2O với bể mái kèo hoặc bể trụ nằm và không quá 20mm H2O với bể trụ đứng mái thở) và phương pháp xuất là xuất hở với dòng chảy ngập (trong chất lỏng). Để đảm bảo hơi xăng dầu không thoát qua miệng xitec trong quá trình rót xăng dầu vào xitec, bắt buộc phải lắp công nghệ nối thông khoảng trống chứa hơi của bể xuất và xitec nhận cùng với thiết bị vận chuyển hơi xăng dầu trên công nghệ nối thông (với lưu lượng vận chuyển 1,3 lần lưu lượng xuất nhiên liệu) và van điều tiết lưu lượng để chống sự hút khí sạch đẩy vào bể xuất (khi lưu lượng xuất giảm).

Thực nghiệm đã xác định:  khi vận hành hệ thống, hơi xăng dầu sẽ không thoát ra khỏi miệng xitec và nồng độ hơi phía trên miệng xitec (khi đang nạp) nhỏ hơn 3 lần giới hạn dưới của nồng độ cháy nổ. Trường hợp bể chứa nhiên liệu đã lắp hệ thống bể thu bù hơi: lượng hơi xăng dầu thoát ra môi trường sẽ giảm từ 75 - 80% so với phương pháp xuất hiện tại.

- Tra nạp xăng dầu cho xe máy (qua cột tra):

Do ảnh hưởng của dòng chảy xối khi xuất và vận tốc dòng chảy cao nên nồng độ hơi xăng tại miệng thùng chứa của xe máy rất đậm đặc và nguy cơ gây cháy nổ rất cao. Để loại bỏ hơi xăng thoát ra khỏi thùng chứa của xe máy (trong khi các trạm cấp phát không được trang bị loại cột tra có khả năng hút hơi tự động do giá thành quá lớn), đề tài đề xuất phương án lắp đặt hệ thống thu hơi bán tự động theo hướng lắp đặt công nghệ thu hơi giữa bể xuất và miệng thùng nhiên liệu có lắp đặt thiết bị hút hơi và van điều tiết, đồng thời điều chỉnh áp suất mở xupap xả của van hô hấp (lắp trên bể xuất) nhỏ hơn áp suất đẩy của thiết bị hút hơi 5% để hơi nhiên liệu (chưa kịp ngưng tụ) xả ra tại khu vực được bảo vệ nghiêm ngặt về an toàn cháy nổ.

Thực nghiệm cho thấy: trường hợp xuất lẻ (qua cột tra) có lắp thiết bị thu hơi (bán tự động), nồng độ hơi xăng (cách miệng thùng xăng của xe máy 10cm) thấp hơn 3 lần nồng độ của giới hạn cháy nổ dưới và lượng hơi xăng dầu thoát ra môi trường (qua van hô hấp) nhỏ hơn 50% so với lượng hơi thoát ra khỏi miệng thùng xăng khi tra nạp thông thường. Nếu bể xuất nhiên liệu có lắp bể thu bù hơi thì lượng hơi xăng dầu thoát ra môi trường sẽ giảm từ 80 - 85% so với phương pháp xuất hiện tại. Đặc biệt, khi lắp hệ thống công nghệ hồi hơi sẽ loại bỏ toàn bộ lượng hao hụt do hiện tượng “thở ngược” của bể.

Chú ý:Trong quá trình thiết kế, thi công công nghệ thu bù hơi và hồi hơi xăng dầu, tuyến ống công nghệ luôn phải có độ dốc về phía bể chứa nhiên liệu (để loại bỏ các nút chất lỏng trên đường ống dẫn hơi do có một phần hơi nhiên liệu ngưng tụ). Trường hợp không thể tạo độ dốc đều thì tại các điểm thấp trên tuyến ống phải lắp đặt cơ cấu chứa và xả lượng xăng dầu (ngưng tụ) để bảo đảm hiệu quả của tuyến ống dẫn hơi (xăng dầu).

Kỹ sư NGUYỄN VĂN CẢI