I. Вступна частина.

II. Ознайомлення курсантів з темою та метою лекції.

III. Викладання навчального матеріалу

Питання:

1. Призначення, будова, робота, особливості пожежної небезпеки та ППЗ

ректифікаційних колон.

2. Призначення, будова, робота, особливості пожежної небезпеки та ППЗ

установок абсорбції.

3. Призначення, будова, робота, особливості пожежної небезпеки та ППЗ

установок адсорбції

ІV. Відповіді на запитання курсантів.

Заключна частина (підведення підсумків заняття та видача завдання на

самопідготовку). Алексеев М.В. Пожарная профилактика технологических

процессов производств (ст.152-164).

Література

1. Алексеев М.В. Пожарная профилактика технологических процессов

производств (ст.152-164).

2. ВУПП-88."Протипожежні норми проектування підприємств нафтопереробної

та нафтохімічної промисловості" р.6,8.

Лекцію підготував

доцент кафедри ППР

к.і.н., підполковник с.ц.з. С.П. Тараненко

Лекція обговорена та схвалена на засіданні кафедри

Протокол № 12 від 16 січня 2012р.

Пожежа на Мозирському нафтопереробному заводі.

20 лютого 2009 року о 1 годині 50 хвилин

виникла пожежа на Мозирському нафтопереробному заводі (Республіка

Білорусь). В даний момент виникло факельне горіння в ректифікаційній колоні

на відмітці 30 м. при загальній висоті колони 58 м., після чого вогонь почав

розповсюджуватись по колоні.

Загорання виникло під час запуску колони після капітального ремонту в

результаті виходу з ладу клапану системи зрошування колони. Причиною

розгерметизації, що призвело до виходу нафтопродуктів стала дефектна

прокладка. На гасіння пожежі було задіяно 26 пожежних автомобілів та 82

працівника МНС.

Гасіння пожежі тривало до 7 години ранку. В результаті пожежі вогнем

пошкоджено обладнання ректифікаційної колони.

1. Призначення, будова, робота, особливості пожежної небезпеки та ппз

ректифікаційних колон.

1.1. Призначення, будова та робота ректифікаційних колон

Принцип процесу ректифікації.

В хімічній, нафтопереробній та нафтохімічній промисловості загальну

більшість чистих за складом рідин отримають із сумішей з іншими за

допомогою процесів ректифікації. Таким чином отримають нафтопродукти із

сирої нафти (бензини, гаси, соляра, мазут, масла тощо) спирти та ефіри з

водних розчинів і навіть кисень та азот із скрапленого повітря.

В основу цього процесу покладена природна властивість кожної чистої за

складом рідини. Вона полягає втому, що:

Кожна однорідна рідина при постійному зовнішньому тиску має постійну

температуру кипіння, яка не змінюється на протязі всього процесу

випаровування.

Взагалі, кипіння це процес інтенсивного випаровування, при якому тиск

насиченої пари рідини дорівнює зовнішньому тиску.

Так при тиску 760 мм рт.ст. чиста вода має температуру кипіння 100'С, а

вже при тиску 2 атм вона буде кипіть тільки при температурі 120'С. При

зменшені тиску буде зменшуватись і температура кипіння. Вже на висоті 5

км при тиску 405 мм рт.ст. вода вже буде кипіть при температурі біля 80'С.

Але у всіх випадках при незмінному тиску температура кипіння не буде

змінюватись до повного випаровування.

Інакше поводять себе при кипінні суміші рідин з різними температурами

кипіння. Такі суміші не мають постійну температуру кипіння, оскільки під час

википання вона змінюється. З цієї причини суміші мають не температуру

кипіння, а так звану температуру початку кипіння.

В таких сумішах їх складову частину, яка сама по собі кипить при більш

низькій температурі ніж суміш називають "легко кип’ячою фракцією" або

просто "легкою фракцією", а ту, що кипить при більш високій температурі,

"важко кип’ячою" або просто "важкою фракцією". В складних,

багатокомпонентних сумішах легких та важких фракцій може бути декілька.

Такими чином:

- легкі фракції - це складові частини суміші рідин, які починають кипіть

при більш низьких температурах ніж сама суміш;

- важкі фракції - це складові частини суміші, які починають кипіть при

більш високих температурах ніж суміш.

"Фракція" - це поняття відносне, відносне до початкової суміші. Якщо

складні суміші поділити на легку та важку фракції, то легка фракція може бути

теж сумішшю і теж може бути поділена на легку і важку фракції. В кінці

кінців можна отримати фракцію, яку вже неможливо поділити. Таку фракцію

називають ректифікатом.

Істотно, що суміш рідин з різними температурами кипіння буде починати

кипіти при якийсь середній температурі. Тобто:

Тк.л.ф. < Тп.к.с. < Тк.в.ф.

Так, наприклад суміш 50 % води (Тк = 100'С) та 50 % етилового спирту (Тк

= 78'С) буде починати кипіти при середній температурі (100 + 78) : 2 = 89'С.

При цьому в першу чергу з суміші буде випаровуватись легка фракція, тобто

спирт, а температура кипіння суміші буде підвищуватись, поки не стане

дорівнювати 100'С. Це буде означати що із суміші випарився весь спирт і

залишилась тільки вода. Такий процес називається випаровуванням.

Ще на початку нашого століття для розділення рідин по температурам

кипіння у промисловості використовувались перегінні куби - винахід

алхіміків середньовіччя. Такий куб складався з випарника та холодильника-

конденсатора При кипіння суміші, легкі фракції, випаровуються в першу

чергу, конденсуються в холодильнику і збираються в ємкість. Такий процес

має назву перегонка.

За допомогою таких кубів, як показує досвід, практично неможливо

отримати повністю чисті за складом рідини - і конденсат, і кубовий залишок

все одне залишалися сумішшю, але з більшою кількістю того чи іншого

компонента.

Причину такого явища можна розглянути на прикладі розділення

двохкомпонентної суміші з 50 % бензину та 50 % гасу.

Бензин при атмосферному тиску закіпає при температурі біля 36'С, гас -

біля 50'С, а суміш з них - біля 43'С. У виробництві таку суміш називають по

температурі кипіння "фракцією-43".

Тобто: бензин - 50 % (Тк.б. = 36'С)

гас - 50 % (Тк.г. = 50'С) Тп.к.ф. = 43'С (Ф-43)

Якщо таку суміш нагріти до температури 36'С випаровування практично

не буде, оскільки молекули важкої фракції (гасу), за рахунок

міжмолекулярних сил зчеплення, будуть утримувати в суміші молекули

легкої фракції (бензину) і не дозволять їм перейти у пару.

При температурі 43'С суміш почне кипіти і випаровуватись. В першу чергу

у пару почнуть переходити молекули легкої фракції. Але, випаровуються,

вони, за рахунок міжмолекулярних сил зчеплення, будуть захоплювати з собою

частку молекул важкої фракції. В той же час частина молекул легкої фракції

буде утримуватись в суміші молекулами важкої фракції. Таким чином

чистого продукту не буде ні в парі, ні в кубовому залишку через

міжмолекулярні сили зчеплення.

Розхитати та послабити ці сили можна багаторазовим випаровуванням та

конденсацією. При цьому температура кипіння кубового залишку буде

поступово зростати за рахунок збагачення молекулами важкої фракції, а

температура конденсату - зменшуватись через збагачення молекулами легкої

фракції. Схематично такий процес може виглядати таким чином:

В+К В+К В+К В+К

Ф-43 -----> Ф-39 -----> Ф-38 -----> Ф-37 -----> Ф-36

Ф-46 Ф-47 Ф-48 Ф-49

Таким чином, для розділення рідин по температурам кипіння потрібне

багаторазове випаровування та конденсація і такий процес називається

ректифікацією.

Тобто:

Ректифікація - це процес розділення рідин по температурам кипіння

шляхом багаторазового випаровування та конденсації.

З середини 19 століття для розділення багатокомпонентних сумішей

використовувались батареї послідовно поєднаних перегінних кубів.

Так, наприклад, для розділення нафти використовувались так званні "гасові

батареї", на яких отримували основні складові компоненти нафти:

Нафта, Тп.к. біля 120'С:

Бензинова фракція, Тп.к. біля 35'С;

Гасова фракція, Тп.к. біля 50'С;

Солярова фракція, Тп.к. біля 70'С;

Мазутна фракція, Тп.к. біля 200'С.

Але основні складові нафти теж є сумішами різних видів бензину, гасу,

соляру, а мазут включає в себе масляні фракції. Розділити їх на "гасових

батареях" вже було неможливо, оскільки вони мають дуже близькі за

значеннями температури кипіння.

Це стало можливим із відкриттям ректифікаційної колони, яка дозволяє

більш продуктивніше проводити процес ректифікації, тобто процес розділення

рідин по температурам кипіння.

Таким чином процес ректифікації полягає у розділені рідин із суміші

по температурам кипіння за рахунок багаторазового випаровування та

конденсації. Така багатократність необхідна для розхитування та розриву

міжмолекулярних сил зчеплення.

Будова та робота ректифікаційних колон.

Ректифікаційні колони призначені для розділення рідин по температурам

кипіння шляхом багаторазового випаровування та конденсації.

Типова ректифікаційна колона складається з таких основних

конструктивних елементів:

- корпус;

Може бути суцільним звареним або складатися з циліндричних елементів,

так званих "царг", що поєднуються на фланцях.

- труба подачі первинної суміші;

- підігрівач;

Для підігріву використовують перегріту водяну пару. Сам підігрівач може

бути у вигляді вмонтованого змійовика або винесеного теплообмінника.

- труба відводу кубового залишку - для відводу важких фракцій на

подальшу переробку або на склад.

- "юбка" - для спирання колони на фундамент;

- "тарілки" - для проходження процесів випаровування та конденсації;

Тарілки заповнюють весь простір колони, а їх кількість визначають в

залежності від складу первинної суміші.

- шоломова труба - для відводу пари легких фракцій;

- холодильник-конденсатор - для конденсації пари легких фракцій;

При цьому сконденсовані, чисті за складом, пари легких фракцій рідини

називають "ректифікатом".

- сепаратор - для розділення конденсату від залишків пари;

- труба зрошування - для заповнення ректифікатом верхніх тарілок

колони.

Крім перерахованих основних елементів колони обладнуються великою

кількістю допоміжних конструкцій. Це запобіжні клапани, насоси, засувки,

паропроводи, ярусні майданчики для обслуговування, драбини та сходи, люки,

системи автоматики тощо. Загалом колони мають досить складну конструкцію,

а до складу установок ректифікації входять трубчаті печі, блоки

теплообмінників та багато інших технологічних апаратів.

По вертикалі колона поділяється на три частини:

- закріплююча - зона кипіння легких фракцій;

- евапараційна - зона кипіння початкової суміші;

- кубова - зона кипіння важких фракцій.

Головні процеси випаровування та конденсації відбуваються безпосередньо

на тарілках колони. Простіше за все їх роботу розглядати на прикладі

ковпачкової тарілки, яка складається:

- ковпачки - для затримки пари на час конденсації;

- переливні труби - для відводу важких фракцій на нижні тарілки;

- флегма - проміжні суміші з яких випаровуються легкі фракції та

накопичуються важкі.

На кожній із тарілок підтримується температура кипіння відповідної

флегми (проміжної суміші). Вона зменшується по висоті колони, оскільки на

більш високо розташованих тарілках накопичується більш легкі фракції.

Різниця проміж температурами тарілок залежить від різниці температур

кипіння складових суміші - фракцій, і при малих їх різницях може становити

до пів градуса.

При кипінні флегми її пара підіймається, потрапляє під ковпачок верхньої

тарілки, пробульковує крізь флегму і конденсується. Конденсат знову починає

кипіти. При цьому більше випаровується легкої фракції, а флегма

збагачується важкою. Її надлишок перетікає по переливній трубі на нижню

тарілку і починає кипіти на ній. Таким чином на кожній з тарілок одночасно

йдуть процеси випаровування та конденсації, що забезпечує їх багаторазове

повторення для розриву міжмолекулярних сил зчеплення.

Пари ректифікату відводяться через шоломову трубу на конденсацію.

Для повного виключення проходження молекул важких фракцій у

шоломову трубу верхні тарілки колони заповнюються чистим ректифікатом

через систему зрошування.

Ректифікаційні колони поділяються за рядом ознак - по будові,

робочому тиску та конструкціям тарілок.

А. За своєю будовою колони можуть бути:

- прості - для розділення початкової суміші на дві частини;

- складні - для розділення суміші на декілька частин.

На простій ректифікаційній колоні можна повністю розділити тільки

двохкомпонентну суміш. Для розділення багатокомпонентних сумішей

використовують поступове розділення на декількох простих колонах або

одноразове на складних колонах.

Так, наприклад, для розділення 3-х компонентної суміші А+Б+С можна

використати дві прості колони. При цьому з першої колони буде отримана

чиста фракція А та суміш Б+С, а на другій чисті фракції Б та С. Теж саме можна

виконати на одній складній колоні, яка складається з двох простих,

поставлених одна на одну. Такі колони можуть бути подвійні та потрійні.

Використання тих чи інших колон залежить від складу початкової суміші.

Б. В залежності від внутрішнього тиску колони можуть бути:

- атмосферні - працюють підтиском насиченої пари сировини;

Тиск в таких колонах може становити від 1,5 до 7 атм. Інколи тиск

підіймають до 10 атм для підвищення температури кипіння. Цей прийом

використовують для збільшення різницю проміж температурами кипіння

компонентів суміші. Наприклад на блоках стабілізації бензинів для їх

поділення на різновиди.

- вакуумні - працюють під розрядженням для зменшення температури

кипіння сировини.

Такий прийом використовують для економії теплової енергії та для

уникнення можливості розщеплення органічної сировини при місцевих

перегрівах у трубчатих печах.

В. В залежності від конструкцій тарілок ректифікаційні колони можуть

бути:

- ковпачкові;

Недоліком таких колон є велика кількість рідини, що залишається на

тарілках при її зупинці.

- сітчасті ;

Тарілки таких колон мають наскрізні отвори або щілини і флегма

утримується на них тиском насиченої пари з нижніх тарілок. При зупинці

колони та її охолоджені тиск зникає і рідина вільно стікає до низу.

- клапанні;

В таких колонах отвори в тарілках закриваються клапанами.

- жолобчасті;

Замість ковпачків використовують видовжені жолоби для затримки пари на

час конденсації.

- насадочні або безтарілкові;

Корпуса таких колон заповнюють насадками - металевими або

фарфоровими кільцями. Випаровування та конденсація флегми відбувається в

них безпосередньо на поверхні насадок. Вони використовуються для розділення

найбільш простих сумішей.

Таким чином ректифікаційні колони призначені для розділення рідин по

температурам кипіння. Головним конструктивним елементом колон є тарілки,

на яких одночасно і багаторазово проходять процеси випаровування та

конденсації, що розхитує міжмолекулярні зв'язки та забезпечує розділення

рідин.

Будова колон достатньо складна, але знання їх конструкцій та принципів

дії необхідні для більш ясного та повного аналізу пожежної небезпеки

технологічних установок з ректифікаційними колонами.