книги из ГПНТБ / Брейман, М. И. Инженерные решения по технике безопасности в пожаро- и взрывоопасных производствах

ки сжиженного газа. При ректификации сжиженного углеводород­

ного газа выделяется растворенный газ, вследствие чего завыша­

ется давление в системе ректификации, срабатывают предохрани­

тельные устройства и воздушный бассейн загазовывается этим

газом. Ниже приводится пример из производственной практики.

Для слива изобутан-изобутиленовой фракции из железнодо­

рожных цистерн при передавливании ее из одной емкости в дру­

гую и для создания дополнительного давления в емкости при от­

качке указанной фракции насосом на складе сжиженных газов применяли азот. Изобутан-изобутиленовую' фракцию использова­

ли при синтезе диметилдиоксана, протекающем в реакторе при температуре около IOO0C и давлении 17—18 кгс/см2. :

Получающийся при синтезе продукт подвергали разделению в ректификационной колонне, в которой выделялись изобутан и изобутилен, не вступившие в реакцию. Вместе с парами углеводо­ родов в конденсатор поступал азот, вследствие чего в системе за­ вышалось давление. В результате завышения давления в колонне

увеличивалось остаточное содержание изобутана и изобутилена в

кубовой жидкости, которая направлялась на разделение в следу­

ющую атмосферную колонну. В этой ректификационной колонне

также постоянно завышалось давление. Таким образом, достаточ­

но было допустить попадание азота в изобутан-изобутиленовую

фракцию в одном месте как нарушился нормальный режим рабо­

ты большой технологической системы. Для стабилизации давле­ ния в разделительной колонне ректификации приходилось практи­

чески постоянно стравливать азотно-углеводородную смесь в фа­

кельную систему.

Сложнее оказалось стабилизировать режим в следующей ат­ мосферной ректификационной колонне. При завышении давления из дефлегматора этой колонны стравливались углеводороды, мета­

нол— метилальная фракция, формальдегид и другие взрывоопас­ ные и токсичные продукты. На территории цеха и смежных произ­

водственных установок создавалась загазованность.

К недостаткам способа перемещения сжиженных углеводород­

ных газов сжатыми газами следует также отнести большие поте­ ри продуктов при сбросе в атмосферу или на факел по окончанию' слива цистерны.

Существенным недостатком способа слива и передавливания сжиженных углеводородных газов азотом является потенциаль­

ная опасность попадания углеводородов в магистральные сети азота и через них к другим потребителям. Хотя в технологических схемах в таких случаях предусматривается установка обратных

клапанов, однако производственная практика показывает, что об­ ратные клапаны далеко не всегда оправдывают свое назначение.

Потребление азота технологическими установками нефтехими­ ческих предприятий характеризуется большой степенью неравномер­ ности. При аварии или пожаре на технологической установке рас­

ход азота резко увеличивается, вследствие чего резко падает

210

этих складах применяется компрессор марки ГРС-10/7 производи­ тельностью 10 м3/ч, давлением нагнетания 7 кгс/см2. Компрессор

ГРС-10/7 —вертикальный, двухрядный, двухступенчатый двойно­

го действия с промежуточным холодильником после первой сту­

пени.

Пары углеводородов из резервуаров склада поступают на при­ ем компрессора 7, предварительно освободившись от капельной

жидкости в сепараторе 3. Сепаратор также служит буферной ем­

костью перед компрессором. Давление паров на приеме компрес-

Рис. ІѴ.З. Принципиальная схема слива СУГ при помощи компрессора:

(на рисунке не показан). В нормальных условиях оно поддержи­

0,5 кгс/см2. Пары после компрессора конденсируются в конденса­ торе (на рисунке не показан).

Для обеспечения безопасной работы компрессорной установки

технологическая схема оснащена блокировками автоматического

отключения компрессора в следующих случаях:

при понижении давления на приеме I ступени компрессора ниже 0,2 кгс/см2;

212

при повышении давления после II ступени компрессора выше

6 кгс/см2;

при снижении давления масла, подаваемого на смазку меха­

низмов движения, ниже 1,5 кгс/см2;

при снижении расхода воды на охлаждение блока цилиндров и промежуточного холодильника ниже 5 м3/ч;

при повышении уровня жидкости в сепараторе более 30% поизмерительному прибору.

Снижение давления на приеме компрессора (образование ва­

куума) может привести к попаданию воздуха в систему за счет неплотности во фланцевых соединениях и шлангах, применяемых

при сливе и отсосе остаточного давления в цистернах. Компрес­ сор ГРС-10/7, как и все поршневые компрессоры, очень чувстви­

телен к попаданию жидкости в цилиндры. В зимнее время при сли­

ве относительно тяжелых сжиженных углеводородных газов воз­ можна конденсация паров и накопление конденсата в сепарато­

ре 3.

Проектный объем сепаратора на некоторых складах составля­ ет всего лишь 1,5 м3. В связи с тем, что сепаратор выполняет од­

новременно и роль буфера, такой малый его объем не обеспечи­ вает надежной работы компрессора: часто компрессор отключает­ ся вследствие срабатывания блокировки при изменении давления на приеме. Как правило, при освоении новых объектов в допол­

нение к сепаратору в систему подключают емкость на 25—50 м3. которая служит буфером углеводородных паров. При достаточном

объеме буфера он может также использоваться в качестве акку­ мулятора паров, отсасываемых из цистерны, при этом возможно

исключить из технологической схемы конденсатор, предназначен­

ный для конденсации последних.

В случае неисправности компрессора имеется возможность производить слив сжиженных газов из железнодорожных цистерн сжатым азотом. В этом случае стравливание избыточного давле­

ння из железнодорожной цистерны после слива продукта произво­ дится на факел. На сливо-наливной эстакаде имеется разводка,

водяного пара для отогрева цистерн и коммуникаций.

Время отсасывания паров из цистерны зависит от состава сжи­

женного газа, наружной температуры и технического состояния компрессора. На практике отсасывают пары до давления 0,5— 0,7 кгс/см2. Во время отсасывания паров из цистерны происходит

испарение жидкости, находящейся ниже уровня сливных труб за

счет собственного тепла. При этом жидкость охлаждается до тем­

пературы ниже точки кипения при данном давлении в цистерне..

После останова компрессора жидкость нагревается и, испаряясь,,

повышает давление до 1,5—2,0 кгс/см2.

Примерное время отсасывания паров из цистерн можно опре­

делить по эмпирической формуле.

Van

0τ~ vκμ

213,

Vk — теоретический объем, описываемый поршнями компрессора, м3/ч;

μ— объемный к.п.д. компрессора;

п— число цистерн под сливом.

Эта формула не учитывает некоторые факторы, в том числе коэффициент сжимаемости газов, возможность конденсации и ис­ парения сжиженных газов в определенных условиях, работу комп­ рессора при переменном давлении.

Непосредственно на отсасывание продукта из трех пропановых

цистерн компрессором ГАВ75 требуется 57 мин. Однако кроме вре­

мени на слив и на отсасывание паров из цистерн требуется время на вспомогательные операции.

Определение общего времени освобождения сжиженных газов

из цистерны позволяет правильно запроектировать сливо-наливные эстакады, тем самым исключить излишнее скопление цистерн на складах.

Слив сжиженных углеводородных газов при помощи компрес­ сора имеет следующие достоинства:

полнота опорожнения цистерны;

отсутствие потерь продуктов при сливе; возможность регулирования скорости слива перепадом давле­

ний в резервуаре и цистерне; высокая производительность.

В производственной практике встречаются технологические

■схемы слива сжиженных углеводородных газов через промежуточ­ ные емкости с последующей откачкой в резервуары. В таких слу­ чаях возникает задача обеспечения надежной работы насосов.

Сжиженные углеводородные газы по своему составу неодно­ родны и в смеси имеют компоненты с высокой и низкой темпера­ турой кипения. Во всасывающем трубопроводе насоса давление

может падать, чем вызывается вскипание жидкости, при этом вна­ чале испаряются низкокипящие компоненты. Остающаяся жид­ кость обогащается компонентами с меньшим давлением паров. Это приводит к уменьшению давления паров в смеси у насоса, и, следовательно, создается перепад давлений по отношению к ре­

зервуару. Такой перепад давлений обеспечивает подлавливание

жидкой фазы к насосу, чем уменьшает парообразование. Частичное испарение сжиженного газа у насоса приводит к ох­

лаждению жидкости, что уменьшает давление образующихся па­ ров и, следовательно, еще увеличивает перепад давлений между резервуаром и насосом.

Таким образом, избыток давления в резервуаре над давлением паров жидкости у входа в насос обеспечивает подъем жидкости

по трубопроводу, преодоление гидравлического сопротивления

этого трубопровода и создание у входа в насос условий, необхо­

димых для нормальной его работы.

Избыточное давление в резервуаре по отношению к давлению паров углеводородов при заданной температуре должно состав-

214

лять примерно 0,5—1,0 кгс/см2. Оно создается главным образом

за счет подлавливания парами углеводородов, работающим ком­ прессором или инертным газом.

Срыв работы насоса может происходить при большей чем нор­

мальная производительность, когда увеличиваются скорости дви­

жения жидкости в подающем к насосу трубопроводе. При этом

увеличивается сопротивление, происходит падение давления и вскипание жидкости. Срыв работы насоса может быть также при

малой производительности из-за вскипания жидкости в насосе от повышения ее температуры.

Срывы работы насосов по указанным причинам можно избе­

жать за счет обоснованного подбора производительности насосных агрегатов, путем устройства перепускного трубопровода с нагне­

тательного на всасывающий трубопровод или на расходную ем­

кость, а также правильным расчетом диаметра всасывающего тру­

бопровода. ⅞

ГЛАВА 4

СКЛАДЫ СЖИЖЕННЫХ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ

Рациональная планировка складов

При размещении складов сжиженных углеводородных газов

необходимо учитывать возможное воздействие их продуктов в ава­

рийных ситуациях на жилые массивы, водоемы, производственные

и вспомогательные предприятия, расположенные в районе складов. Описанный ниже пример из производственной практики под­

тверждает обоснованность этих требований.

На одном нефтехимическом предприятии сырьевой склад сжи­

женного бутана размещался непосредственно на территории ос­

новного производства в 300 м-от технологических огневых печей.

Однажды во время слива бутана из железнодорожных цистерн

сорвался сливной резиновый шланг, вследствие чего на террито­

рии склада создалась смесь паров продукта с воздухом взрывной концентрации, которая, двигаясь по направлению ветра, вскоре достигла огневой печи. Произошел взрыв и загорание бутана на

сливной эстакаде.

В данном случае удалось предотвратить крупную аварию бла­

годаря оперативным действиям обслуживающего персонала, ко­ торый своевременно отключил очаг загорания запорной армату­

рой. Однако работники, оказавшиеся в момент взрыва в районе между складом и технологической установкой, получили ожоги.

О воздействии аварийных ситуаций на складах сжиженных га­

зов на смежные объекты видно из описания пожара, имевшего

место на одном французском нефтеперерабатывающем заводе.

215-

На складе, расположенном на территории завода, хранились

в основном бутан и пропан. При пожаре взорвались один за дру­

гим пять сферических резервуаров с пропаном и бутаном. Оскол­ ки резервуаров разлетались в разные стороны, некоторые из них

весом в несколько тонн были отброшены на расстояние до 600 м,

вызывая новые очаги пожаров. Пожар продолжался с утра до позднего вечера. В результате аварии тяжело травмировано

77 чел., из них 15 со смертельным исходом. Уничтожено 10 000 т

нефтепродуктов. Разрушению подверглись жилые кварталы, мно­

гие жители остались без крова. Убытки составили 10 миллионов

франков.

В 1944 г. в Кливленде (США) произошел взрыв и за взрывом последовал пожар на складе сжиженных газов, в результате ко­ торого погибло 130 и ранено 225 чел., а материальный ущерб со­

ставил 6—8 миллионов долларов. Сначала взорвался цилиндриче­

ский резервуар, затем последовало несколько других взрывов. По­ жар распространился на обширную территорию площадью около

0,5 кв миль (около 650 000 м2), на которой находились жилые до­ ма, торговые предприятия, заводы, железнодорожные составы и

другие объекты. Пожар длился 10 ч.

Известен случай пожара группы наземных стальных резервуа­

ров объемом по 175 м3 каждый. В процессе пожара один из них ве­ сом около 50 т взрывом был поднят на высоту 60 м и пролетел не­ сколько сот метров, обливая все на своем пути горящей жидко­ стью.

В качестве последнего по времени примера можно назвать

взрыв резервуара, содержащего 136 м3 сжиженного пропана, на автозаводе компании «Дженерал Моторе» (США). В результате

взрыва возник пожар на заводе площадью 33 га, причем 3500 ра­ бочих были вынуждены прекратить работу.

Описанные выше аварии, а также многие другие заставили

проектирующие организации пересмотреть нормативные требова­

ния по проектированию и эксплуатации наземных складов сжи­

женных углеводородных газов.

Так, например, Гипрокаучук разработал проект «Противопо­ жарных норм и технических условий строительного проектирова­ ния заводов синтетического каучука и синтетического спирта»

[42], согласованный с органами государственного пожарного над­

зора. В соответствии с этими «Нормами и техническими условия­

ми» сырьевые и товарные склады сжиженных углеводородных га­

зов должны располагаться на расстоянии не менее 500 м от объ- -ектов производственного назначения с учетом преобладающего направления ветров (с подветренной стороны по отношению к

этим объектам).

Наземные склады сжиженных газов следует располагать, как

правило, на более низких участках земли по отношению к насе­

ленным пунктам, а также зданиям и сооружениям самого пред­

приятия.

216

Сырьевые и товарные склады должны размещаться, как пра­

вило, на расстоянии не менее 500 м от берегов рек и водоемов.

При расположении указанных складов на меньшем расстоянии от

берегов рек их необходимо размещать ниже (по течению реки)

населенных пунктов, верфей, затонов и прочих сооружений, на расстоянии не менее 500 м от них. При отсутствии такой возмож­ ности склады могут быть расположены выше по течению рек на

расстоянии не менее 3000 м.

Все эти требования по проектированию складов сжиженных углеводородных газов преследуют цель максимальной локализа­

ции очагов аварии на складах и снижения воздействия аварий на смежные объекты.

Технические средства тушения пожаров, имеющиеся в настоя­

щее время на химических, нефтехимических и нефтеперерабаты­ вающих заводах, могут локализовать развитие пожара, но почти

никогда не в состоянии потушить его.

Опыт показывает, что при пожаре наземных резервуаров сжи­ женных углеводородных газов в равной степени опасно как по­

тушить пожар, так и оставить его непотушенным. В первом слу­

чае после ликвидации пламени пары сжиженных газов, рассеи­

ваясь по окрестности и накапливаясь в пониженных местах, могут

вызывать взрывы и пожары при появлении импульса взрыва. Во-

втором случае пламя может нагреть соседние резервуары до со­ стояния, при котором возможен взрыв. Наибольшая опасность

возникает при пожаре, когда происходит нагрев емкости откры­

тым огнем; в этом случае резкое повышение давления в емкости может быстро привести к ее разрыву.

Для разработки эффективных средств защиты резервуаров,,

зданий и сооружений от воздействия теплового излучения при

пожаре необходимо установление научно обоснованных противо­

пожарных разрывов, за пределами которых сохраняется безопас­ ная для конструкции докритическая температура.

Сотрудниками ВНИИпромгаза было проведено исследование по определению противопожарных разрывов на модельных емко­

стях диаметром 1,2 и 2,5 м, глубиной до 1 м. Модель сооружалась в грунте и имитировала наиболее опасный случай, когда перекры­

тие изотермической емкости снесено взрывной волной. Сжижен­

ный газ содержал около 90 объемн. % пропана. Уровень налива

колебался от 30 до 80 см. Экспериментальные работы проводи­

лись при температуре воздуха около 150C, скорости ветра 0,5—

4,2 м/с.

Врезультате исследований установлено, что характер горения

вемкостях диаметром ≥2 м соответствует турбулентному режи­ му и не зависит от диаметра, температура факела колеблется в

пределах 1250—1270°С, средний диаметр факела равен диаметру d емкости, средняя его высота составляет 2,5 d.

При проведении экспериментов определяли удельные тепловые

потоки замерами на тепловоспринимающих экранах. Параллельно-

217

с этим определялись удельные тепловые потоки расчетным пу­ тем. Данные, приведенные в работе H. Е. Сапунова и др. [41],

подтверждают удовлетворительную сходимость эксперименталь­

ных и расчетных показателей. Таким образом, доказана право­

мерность расчетного способа определения противопожарных раз­

рывов между резервуарами с сжиженными углеводородными га­

зами по найденным тепловым потокам.

В нормативных документах для проектирования складов сжи­ женных углеводородных газов приняты минимально допустимые

противопожарные разрывы. Для повышения безопасности экс­

плуатации указанных складов целесообразно в каждом отдельном

случае сравнивать величину нормативного противопожарного

разрыва с расчетным и, если последний получается большим, то

принимать его за основу при проектировании.

Важным фактором, определяющим безопасные условия экс­

плуатации наземных складов сжиженных углеводородных газов,

является определение их оптимального размера.

Некоторыми официальными нормативными документами про­

ектирования [42]’ определяется, что размер товарных и сырьевых

складов сжиженных газов должен быть не более 8000 м3 незави­ симо от объема производства. Это решение не учитывает требо­ вания обеспечения ритмичности производства при таком зани­

женном объеме склада; кроме того, в данном случае неизбежно периодическое накопление на промежуточных железнодорожных станциях и подъездных путях большого числа железнодорожных

цистерн. Завышенный же размер склада приводит к необосно­

ванному удорожанию строительства и эксплуатации и к нежела­ тельному увеличению объема хранящихся пожаро- и взрывоопас­ ных веществ.

По указанному выше проекту «Противопожарных норм и тех­

нических условий строительного проектирования заводов синте­

тического каучука и синтетического спирта» размер сырьевых или

товарных складов сжиженных газов принимается исходя из пяти­

суточного запаса, но не более 20 000 м3 для каждого склада при

транспортировании продуктов по железной дороге. В случае полу­ чения сжиженных газов по трубопроводу размер склада прини­

мается из расчета двухсуточного запаса при сохранении предель­

ного размера в 20 000 м3.

На промежуточных складах допускается хранение суточного

запаса, но не более 2000 м3 для каждого склада.

Рациональная планировка резервуарного парка склада сжи­

женных углеводородных газов в значительной мере определяет

его пожарную безопасность.

Вышеупомянутый проект «Противопожарных норм и техниче­

ских условий» предусматривает, что склады сжиженных углево­

дородных газов должны разделяться на сектора общей емкостью

не более 10 000 м3. Расстояние между резервуарами двух смеж-

.218

ных секторов должно быть не менее 50 м. Секторы делятся на

группы емкостью не более 4000 м3.

Расстояние между сферическими резервуарами смежных групп должно быть равно двум диаметрам наибольшего резервуара, но не менее 20 м. Расстояние между сферическими резервуарами в

группе должно приниматься не менее диаметра наибольшего ре­ зервуара. Сферические резервуары в группе допускается распола­ гать не более чем в два ряда.

При хранении сжиженных углеводородных газов в горизон­ тальных резервуарах расстояние между группами таких резер­

вуаров должно быть не менее 20 м. В каждой группе горизон­

тальные резервуары должны располагаться блоками емкостью до 1000 м3 каждый с расстоянием между резервуарами смежных блоков не менее 10 м. Внутри блока горизонтальные резервуары должны располагаться не более чем в два ряда. Расстояние меж­

ду продольными сторонами горизонтальных резервуаров в блоке

должно равняться диаметру, но не менее 3 м, а между торцами — не менее 5 м.

Эти нормативные требования являются приемлемыми, и с их введением в действие представится возможность упорядочить

хранение сжиженных газов.

Для предохранения сооружений и зданий, обслуживающих

склад сжиженных газов при пожаре, в проекте нормативов приня­

Состав, компоновка, планировка вспомогательных и производ­

ственных помещений должны решаться с учетом обеспечения мак­

симальных условий безопасной эксплуатации склада сжиженных

углеводородных газов.

Некоторые вспомогательные помещения ухудшают условия бе­

зопасной эксплуатации склада, хотя бы потому, что в них, как

правило, установлено электрооборудование в нормальном испол­

нении. При возникновении аварийной ситуации на складе (зага­ зованность взрывоопасной средой) электрооборудование, установ­

ленное в этих помещениях, может служить импульсом взрыва.

219