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

лекая за собой магнит 5; пропорционально этому перемещению

Рис. ІѴ.17. Принципиальная схема уровнемера УЦП-2М:

/ — герметичная труба; 2 — ограничитель хода поплавка; 3 — поплавок; 4 — кольцевой по­ стоянный магнит, закрепленный на поплавке; 5 — второй кольцевой магнит, расположенный внутри герметичной трубы; 6— цепочки; 7 —рычаг, на котором закреплены верхние концы цепочки; 8 — рычаг пневмосилового преобразователя; 9 — заслонка: 10 — сопло; 11— пневмо­ усилитель; 12 — сильфон; 13 — рычаг; 14 — передвижная опора; 15 — пружина; 16 — регули­

рующий груз.

воспринимаемое вторичным показывающим или регистрирующим прибором через трубку дистанционной линии передачи.

Фиксация положения заслонки 9 при изменившемся уровне

жидкости в емкости происходит под воздействием обратной связи пневмосилового преобразователя через сильфон 12, Г-образный рычаг 13 и передвижную опору 14. Корректировка нуля прибора производится пружиной 15. Статическое равновесие рычага 8 при

нулевом уровне в емкости регулируется с помощью груза 16.

240

Длина линий дистанционной передачи по­ казаний, м..................................................до 300

Уровнемеры УЦП-2М прошли ведомственные и государствен­

ные испытания. Промышленные испытания показали надежную

работу этих приборов.

Известны и другие перспективные направления контроля пре­

дельных уровней продукта в емкостях для сжиженных газов.

ГЛАВА 5

ИЗОТЕРМИЧЕСКОЕ ХРАНЕНИЕ СЖИЖЕННЫХ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ

Непрерывный рост производства и промышленного использо­ вания сжиженных газов требует создания экономических и на­

дежных в эксплуатации транспортных систем и хранилищ. В Со­

ветском Союзе и за рубежом для хранения сжиженных углеводо­

родных газов применяют стальные горизонтальные цилиндриче­ ские емкости и сферические резервуары, которые обладают рядом

существенных недостатков, главными из которых являются: высокая стоимость строительства и значительные металловло-

жения;

высокие эксплуатационные расходы;

потребность в больших площадях; пожаро- и взрывоопасность;

значительные колебания давления паров в зависимости от

наружных атмосферных условий.

За последние годы уделяется большое внимание замене обыч­

ных стальных резервуаров неметаллическими естественными и искусственно создаваемыми подземными емкостями, которые не

требуют для сооружения больших количеств металла и в ряде

случаев позволяют уменьшить капиталовложения. К ним относят­

ся следующие виды подземного хранения:

в заброшенных и приспособленных для этого выработках;

вемкостях, искусственно создаваемых в непроницаемых гор­ ных породах;

вподземных емкостях, создаваемых в соляных куполах путем размыва через буровые скважины.

Подземное хранение сжиженных углеводородных газов в есте­

ственных и искусственно создаваемых емкостях имеет известные

преимущества перед хранением их в наземных металлических ре­

зервуарах; снижение удельных капитальных затрат и эксплуата­

ционных расходов; большое уменьшение металлоемкости; почти полное отсутствие потерь от испарения; уменьшение пожаро- и

взрывоопасности.

Однако строительство подземных хранилищ возможно только при наличии вблизи промышленного предприятия отложений ка­ менной соли, ангидритов, гипса и других пригодных геологических

структур. Удаленность от предприятия благоприятных структур для подземных хранилищ вызывает необходимость строительства дополнительных трубопроводов, насосных станций и других со­ оружений и при определенных условиях применение подземных хранилищ становится нерентабельным.

В настоящее время широкое внедрение получает эффективный способ хранения сжиженных углеводородных газов при низкой

температуре и под давлением, близком к атмосферному,— так на­

зываемое изотермическое хранение. Например, при температуре

—42 °С пропан можно хранить уже при атмосферном давлении. В этом случае уменьшается расчетное давление при определении толщины стенок резервуаров; становится достаточным, чтобы стенки емкости выдерживали только гидростатическое давление

залитого продукта. Следовательно, для хранения переохлажден­ ных сжиженных газов могут быть использованы тонкостенные

резервуары. Это позволяет сократить расход металла в 8—15 раз

в зависимости от хранимого продукта и объема резервуара. Принципиальная схема изотермического хранилища изображе­

на на рис. IV.18. Хранилище состоит из двух основных частей: термоизолированной низкотемпературной емкости 1 и комплекса

холодильного и технологического оборудования 2.

Для изотермического хранения сжиженных углеводородных

газов применяют наземные металлические резервуары и подзем­

ные резервуары различных видов.

Как уже раньше подробно описывалось, складам сжиженных

газов с наземными резервуарами, работающими под давлением,

и с обычной температурой хранимого продукта, свойственна вы­ сокая пожаро- и взрывоопасность. Это обстоятельство диктует не­ обходимость соблюдения больших пожарных разрывов. Поэтому

площадь, занимаемая резервуарным парком сжиженных газов,

иногда в несколько раз превышает площадь основного производ­

ства. Размещение парков на больших территориях приводит, в свою очередь, к удлинению трубопроводов, дорог и других инже­ нерных сооружений, что значительно удорожает строительство.

Положение резко меняется при сооружении резервуарного пар­ ка низкотемпературных изотермических резервуаров. Это видно из примера компоновки оборудования, принятой для изотермиче­

ского хранилища пропана на газовом заводе в Западном Харт-

лимуне (Англия). Все оборудование холодильного блока разме­

щено на открытых площадях под навесом. В помещении располо-

242

жены только вторичные приборы контроля и автоматики, а также

пускатели электрооборудования.

Холодильный блок расположен непосредственно у обвалования

резервуара для изотермического хранения пропана, оборудование

размещено очень компактно, размер площадки холодильного бло­

вблизи Миннеаполиса. Компоновку его оборудования и принятую

систему безопасности можно в известной степени рассматривать

как типовое решение.

Площадка для размещения резервуаров внутри обвалования

спланирована с уклоном, достаточным для быстрого отвода лю­

бого количества жидкости на такое расстояние, чтобы в случае пожара резервуар оказался бы на значительном расстоянии от очага горения.

Холодильное оборудование размещено в первом здании, нахо­

дящемся на расстоянии 76 м от резервуара. Здесь же расположе­

ны компрессоры цикла хранения и панель местного управления.

Все оборудование, размещенное в здании, установлено во взрыво­ защищенном исполнении. Во втором здании установлены газомо­

токомпрессоры со своей панелью управления. В этом здании име­ ются с трех сторон большие раздвижные двери, которые автома­ тически раскрываются в момент запуска компрессоров. Системы

КИП и автоматики пневматические; освещение и двигатели, при­ водящие в движение двери, установлены во взрывозащищенном

исполнении. Однако в связи с тем, что газовые двигатели пред­

ставляют некоторую опасность, здание хорошо вентилируется и

на 30 м отнесено от первого здания компрессоров цикла хра­ нения.

На расстоянии 45 м от этой группы сооружений расположено третье здание, в котором размещены центральный пульт управ­ ления, пульт телеуправления всеми электродвигателями, транс­ форматоры, реле и т. и. В этом же здании установлены резерв­ ный электрогенератор и воздушный компрессор. Третье здание в связи с отдаленностью от двух первых зданий и резервуаров не рассматривается как взрывоопасная зона, поэтому в нем не все оборудование установлено во взрывозащищенном исполнении.

Все трубопроводы для удобства осмотра и обслуживания

расположены над землей на опорах высотой около 1,2 м. На от­ ветственных участках площади установлено противопожарное оборудование и оборудование техники безопасности.

Следует привести описание порядка ввода в эксплуатацию

этого изотермического хранилища и порядка первоначального за­ полнения емкости. Во время первого запуска при вводе в эксплу­ атацию оборудования вокруг резервуаров и компрессорных уста­ новок были расставлены передвижные воздуходувки, чтобы

обдувать места возможных утечек газа или жидкости. Перед пер­

вым заполнением резервуары и обвязка были подвергнуты про­

дувке азотом, а затем парами пропана. На обвязке были установ­

лены дренажные и продувочные линии со сбросом на свечу

таким образом, что продувка производилась постепенно по участ­

кам, в конечной части которых были установлены газоанализа­ торы непрерывного действия. Площадку хранилища периодически

контролировали для обнаружения взрывоопасных концентраций газа, особенно в местах возможных утечек через запорную арма­ туру и другое оборудование.

Смесь паров азота и пропана отводилась из резервуара, за­

тем конденсировалась большая порция пропана, которая дроссе­ лировалась обратно в емкость. При продувке теплообменника

потребовалось удалить значительное количество газа, пока содер­ жание азота в смеси не упало до 1%. Отбираемый газ проходил

через очиститель, откуда несконденсировавшаяся часть шла на свечу.

Эти операции проводились с двоякой целью: для очистки газа

от азота и для охлаждения резервуара. Примерно в одно время,

была закончена продувка, и на дне емкости скопилось некоторое количество жидкости при температуре —46,7 °С. Скорость про­

дувки и охлаждения выбиралась по производительности компрес­

соров из условий обеспечения равномерного охлаждения сталь­

ных стенок резервуара. Температура стенок контролировалась

многоточечным прибором, регистрировавшим показания десяти

термопар, расположенных на внутренней оболочке крыши, стенок

и днища резервуара.

После отвода газовой смеси и достаточного охлаждения резер­

вуара через наполнительную линию начинает подаваться пропан

244

со скоростью, позволяющей поддерживать рабочее давление в

резервуаре. Окончательно охлажденный резервуар заполняется до

заданного уровня с максимальной скоростью, а все процессы пе­ реводятся на автоматическое управление.

В литературе имеются описания устройств по газотермическо­ му хранению сжиженных углеводородных газов, применяемых в

других зарубежных странах. Описаны также подземные храни­ лища, в том числе используемые в нашей стране. В данной рабо­

те эти вопросы не освещаются, и читатель отсылается к специаль­

ной литературе*.

В течение нескольких лет во ВНИИпромгазе проводились ис­

следования в лабораторных условиях и опытно-промышленных

подземных хранилищах. На основании проделанной работы реко­

мендована перспективная конструкция герметизирующего устрой­

ства.

Особый интерес представляет изотермический низкотемпера­

турный способ хранения сжиженных газов в замороженном грун­

те. Основные преимущества ледогрунтовых хранилищ — почти полное отсутствие металла сравнительно невысокая стоимость при значительных объемах, долговечность, надежность и большая по­

жарная безопасность по сравнению с наземными резервуарами.

В работе H. Е. Сапунова и др. [46] сообщается об исследова­

нии пожароопасности подземной изотермической ледогрунтовой емкости для хранения сжиженных углеводородных газов. Хотя

вопросы, относящиеся к ледогрунтовым емкостям, здесь не рас­ сматриваются, но полученные исследованием материалы, возмож­

но, могут быть использованы при разработке мер тушения горя­

щих сжиженных газов.

Исследованиями установлено, что главным фактором, опреде­ ляющим скорость горения сжиженных углеводородных газов, яв­ ляется процесс подачи воздуха и образования газовоздушной

смеси.

Визуально пламя горящих сжиженных углеводородных газов в изотермической емкости напоминает пламя горящего в резер­ вуаре бензина, но выглядит менее коптящим. Отдельные языки пламени отрываются от факела. Угол отклонения пламени от вер­ тикали по направлению ветра не превышает 45° при скорости вет­ ра до 3 м/с. Средняя температура факела, измеренная оптиче­ ским пирометром, составляла около 1270°С, диаметр факела и.

высота примерно равны соответственно диаметру и 1,8—3,2 диа­

метра емкости.

По мере выгорания продукта высота пламени уменьшается, а

турбулентное горение принимает локонообразную форму. Темпе­ ратура ниже зеркала жидкости при горении в емкости оставалась

практически постоянной (в пределах от —17 до —190C). Горение

* См., например, Иванцов О. Μ. Хранение сжиженных углеводородных

газов. Μ., «Недра», 1973, 224 с.

245

продолжалось в течение 310 мин, что при начальной высоте стол­

ба жидкости 155 см дало среднюю скорость выгорания 5 мм/мин.

При понижении уровня жидкости в процессе выгорания стенки

емкости обнажаются и, нагреваясь, разрушаются вследствие тая­

ния льда. Оттаявший грунт с водой сползает со стенок в емкость, вызывая дополнительное испарение продукта и увеличивая диа­ метр и высоту факела. Однако выбросов сжиженного газа из под­ земной емкости на поверхность не наблюдалось. К концу пожара верхняя часть стен емкости оказалась разрушенной по диаметру

на 0,5 м, а дно было покрыто слоем песка.

Была сделана попытка тушения пожара в опытной емкости

высокократной пеной. В начале тушения факел увеличился по диа­

метру в 1,5 и по высоте в 2 раза. При дальнейшем увеличении

скорости подачи пены вдвое и по достижении толщины изолирую­

щего сплошного слоя пены около 1 м пламя было погашено через

5 мин. Однако через 7 мин после прекращения подачи пены пары

сжиженных углеводородов разрушили сплошность пенного по­

крытия и произошло вторичное воспламенение газа от травы, го­ рящей в 5 м от емкости.

Опыт показал неэффективность тушения пожаров сжиженных

углеводородных газов пеной даже при скоростях ее подачи в

40—60 раз больших, чем при тушении бензинов. При тушении бензина пена изолирует горящий слой жидкости от воздуха, одно­

временно нижний слой пены разрушается, и образующаяся при этом вода, охлаждая верхний нагретый слой бензина, уменьшает его испарение. При тушении сжиженных углеводородов вода, на­

против, усиливает испарение продукта, имеющего низкую темпе­ ратуру, что приводит к нарушению сплошности пенного покрова и выходу паровой фазы на поверхность пены.

Попытка тушения пожара сжиженных углеводородов фреоном

также оказалась неудачной. Несовершенный подвод огнегасяще­

го средства в факел емкости увеличил подсос воздуха и турбу­

лентность пламени.

В подземной изотермической емкости уровень жидкости нахо­

дится ниже отметки поверхности земли, поэтому разлив жидкого газа по поверхности при пожаре невозможен и испарение продук­ та из емкости незначительно. При пожаре наземных резервуаров

эта особенность исключается. По-видимому, здесь основным эле­

ментом тактики тушения должны быть откачка сжиженных угле­

водородов из емкости, на которой возник пожар. При сооружении

емкости необходимо предусматривать устройства, позволяющие вести дистанционный отбор продукта из нижней части емкости.

НЕКОТОРЫЕ ОБОБЩЕНИЯ ПО РАЗДЕЛУ

Сжиженные углеводородные газы обладают рядом специфи­

ческих особенностей, выделяющих их из других взрывоопасных и пожароопасных веществ, используемых в промышленности. Из

246

этих опасных свойств особо следует выделить высокую плотность,

по воздуху вследствие чего СУГ скапливаются на поверхности земли, медленную диффузию в атмосферу, что способствует от­ носительно длительному их сохранению в приземных слоях, ши­

рокую область воспламеняемости смесей с воздухом, взрывающих­

ся при импульсах небольшой интенсивности, повышенную способ­

ность к электризации и накоплению зарядов статического электричества.

Все большее значение для безопасности производства приоб­

ретает, возникшая относительно недавно, необходимость защиты

магистральных и технологических трубопроводов от закупорки их

образованиями, прекращающими нормальное движение жидко­ стей и газов и создающими поэтому аварийные ситуации. Особен­ но ощутимо эта опасность проявляется при использовании сжи­

женных углеводородных газов, когда при определенных еще не всегда изученных условиях, образуются кристаллогидраты и раз­

личные полимеры, нарушающие ведение нормального технологи­

ческого процесса. Для предотвращения образования кристалло­ гидратов основными путями являются обезвоживание продукта и его подогрев, а в случае образования гидрата — разрушение его

метанолом. Опасность образования полимеров устраняется мера­

ми технологического порядка и применением ингибиторов (сто-

перов).

Не все виды защиты от опасных образований в трубопроводах и аппаратах найдены и проверены. Для образования кристалло­

гидратов имеет большое значение сужение проходных сечений продуктопроводов, отсюда вытекает необходимость сокращать на

трубопроводах число устройств, вызывающих дросселирование:

таких как замерные диафрагмы, регулирующие клапаны, запор­

ная арматура (особенно вентили). Однако с другой стороны увеличение числа арматуры делает более гибким технологический процесс и управление им. Определение оптимального числа уст­

ройств, вызывающих дросселирование, является инженерной за­

дачей и ее предстоит решать как в общем виде, так и для каждо­

го конкретного случая. Сложной и нерешенной до конца инженер­ ной задачей является определение круга веществ, способствующих

образованию опасных полимеров, а также нахождение новых

эффективных ингибиторов.

Наиболее экономичным и безопасным является транспортиро­

вание сжиженных углеводородных газов трубопроводным транс­

портом. Большинство крупных потребителей газа располагается вблизи от поставщиков и пользуется трубопроводами, иногда до­

полняя перевозки СУГ — перевозкой в железнодорожных цистер­

нах. Бурное развитие в ближайшее время отраслей химической

промышленности, потребляющих этилен, вызывает необходимость,

его транспортирования на значительные расстояния и на повест­ ку дня встает вопрос организации этих перевозок как трубопро­

водным, так и железнодорожным транспортом. При этом должны

247

РАЗДЕЛ V

УСЛОВИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ТРАНСПОРТИРОВАНИИ И ХРАНЕНИИ ЛЕГКОВОСПЛАМЕНЯЮЩИХСЯ ЖИДКОСТЕЙ

Миллионы тонн нефти, нефтепродуктов и углеводородного сырья ежегодно перемещаются по транспортно-распределитель­

ным системам Советского Союза. Большинство этих продуктов

относится к обширному классу легковоспламеняющихся жидко­

стей (ЛВЖ). Отдельные представители этого класса жидкостей

способны при транспортировании и хранении образовывать пере­

кисные соединения, другие обладают пирофорными свойствами,

третьи являются сильно действующими ядами. Сернистая нефть,

которая добывается в больших количествах, вызывает значи­ тельную коррозию стальных аппаратов и коммуникаций. Поэтому

обеспечение безопасности транспортирования и хранения легко­

воспламеняющихся жидкостей имеет важное народнохозяйствен­ ное значение.

ГЛАВА 1

ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ ЛЕГКОВОСПЛАМЕНЯЮЩИХСЯ ЖИДКОСТЕЙ

В настоящее время почти все нефтедобывающие районы стра­

ны связаны с нефтеперерабатывающими заводами магистральны­

ми трубопроводами. Широкое развитие получила сеть межзавод­

ских технологических трубопроводов для перекачки нефтепродук­ тов и нефтехимического сырья.

Бурный рост трубопроводного транспорта нефти можно на­

глядно видеть на примере одного из самых крупных в нашей стране Управления северозападными магистральными нефтепро­

водами. Здесь в 1961 —1970 гг. были построены и сданы в экс­ плуатацию нефтепроводы Альметьевск—Горький II диаметром

800 мм; Горький—Рязань диаметром 700 мм, Горький—Ярославль

диаметром 800 мм, Альметьевск—Куйбышев I диаметром 1000 мм.

Все эти нефтепроводы большого для того времени диаметра

осваивались впервые в Советском Союзе. Управление североза­ падными нефтепроводами к концу 1972 г. имело более 6000 км

трубопроводов, 47 насосных станций, более 1 млн. м3 резервуар­

ной емкости.

Трубопроводный транспорт нефти, нефтепродуктов и углеводо­ родного сырья наиболее экономичен. Он способствует ритмичной

работе нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий,

позволяет значительно уменьшить объем хранилищ сырья и гото-

249