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

турного центра.

Каждый резервуар или группы резервуаров должны иметь об­

валование в виде бетонных стенок или грунтовой насыпи высотой не менее 0,3 и не более 1,5 м. Для отдельно стоящего резервуара

объем обвалования принимается не менее 50% емкости резервуа­ ра, а для группы резервуаров — 50% емкости самого большого ре­ зервуара плюс 10% емкости всех остальных резервуаров.

Расстояние между центрами сферических резервуаров должно

•быть не менее 1,5 диаметра резервуара.

Япония является густонаселенной страной, не имеющей доста­ точных площадей для размещения резервуаров с противопожар­

ными разрывами, принятыми в большинстве стран. Однако это не

привело к увеличению пожарной опасности резервуарных парков

Японии, так как мощное оснащение противопожарным оборудова­ нием позволяет в кратчайший срок локализовать и ликвидировать

начавшийся пожар.

Так, например, при групповой установке резервуаров со сто­ роны каждого соседнего предусматривается водяное орошение на уровне верхнего кольца жесткости стенки резервуара.

Для тушения горящих резервуаров в основном используется воздушно-механическая пена как наиболее эффективный и деше­

вый способ подавления огня.

ГЛАВА 5

ПОТЕРИ ЛЕГКОВОСПЛАМЕНЯЮЩИХСЯ ЖИДКОСТЕЙ ПРИ ХРАНЕНИИ И ПУТИ ИХ СОКРАЩЕНИЯ

Одной из серьезных проблем химической, нефтехимической и в особенности нефтяной промышленности является борьба с поте­

рями продуктов от испарения. Сокращение потерь кроме эконо­

мических выгод имеет большое значение в обеспечении безопас­

ных условий эксплуатации пожаро- и взрывоопасных производств

л в уменьшении загрязнения воздушного бассейна и водоемов.

Особенно велики потери от испарения в нефтеперерабатываю­ щей промышленности. Подсчеты по данным 1963 г. показывают,

что если бы удалось полностью ликвидировать потери от испаре­ ния в резервуарных парках, то на нефтеперерабатывающих заво­

дах страны можно было бы сэкономить около 1 млн. т нефти.

В настоящее время в связи с ростом переработки нефти поте­

ри более велики. Потери нефти и нефтепродуктов на нефтепере-

:280

рабатывающих заводах можно ориентировочно распределить сле­ дующим образом (в.%):

Из этих данных видно, что наибольшая величина потерь при­ ходится на резервуары. Это вынуждает работников нефтедобы­

вающих, нефтеперерабатывающих предприятий и организаций:

нефтесбытовой системы постоянно изучать источники потерь про­

дуктов и совершенствовать способы хранения нефти, нефтепродук­

тов и углеводородного сырья. Следует отметить, что на предприя­

тиях нефтехимической промышленности борьбе с потерями

легковоспламеняющихся жидкостей не уделяется должного вни­

мания и многие прогрессивные меры, давно известные нефтяникам,

в весьма ограниченных размерах внедряются в указанной отрасли.

В связи с этим ниже приводятся некоторые сведения об источни­

ках потери нефти и нефтепродуктов при хранении и способах сни­

жения этих потерь.

Потери легковоспламеняющихся жидкостей от испарения

Потери легковоспламеняющихся жидкостей от испарения про­

исходят при хранении, заполнении, опорожнении резервуаров и транспортных емкостей, а также при транспортировании ЛВЖ.

Причинами потерь от испарения являются высокие давления

насыщенных паров легковоспламеняющихся жидкостей. Испаре­

ние увеличивается при повышении температуры поверхности

жидкости или понижении давления в газовом пространстве ре­

зервуаров.

В течение суток емкость поглощает энергию солнечного излу­ чения, в результате чего температура и давление в газовом про­

странстве повышаются до величины, на которую рассчитан дыха­ тельный клапан, вследствие чего он открывается и паровоздушная'

смесь выходит в атмосферу, т. е. происходит «малое дыхание».

28 Г

A"h — коэффициент, учитывающий влияние высоты газового пространства Hr, выраженную в м; Ka = 0,175 (0,328 Hr -J- 5)0>57 — 0,1;

K0 — коэффициент, учитывающий влияние окраски резервуара; для алю­ миниевой краски K0 равен 1; для бел >й — 0,75; для красной или без окраски — 1,25;

р — плотность нефтепродукта, кг/м3.

Сокращение потерь от «малых дыханий» возможно за счет

-применения резервуаров оптимальной конструкции, а также по­ средством рациональных приемов ведения технологического про­

цесса.

Потери продуктов от испарения возрастают при закачке в

«атмосферные» резервуары продукта в горячем состоянии. Напри­ мер, бензин из технологических установок с температурой начала

Для уменьшения потерь от «малых дыханий» необходимо про­

дукты хранить при возможно большем наполнении резервуаров.

Это следует из основного уравнения потерь: чем больше объем газового пространства резервуара, тем больше потери (при про- 'чих равных условиях). Ниже приведены годовые потери бензина

(в %) в зависимости от степени заполнения резервуара:

Степень заполнения резервуара,

Из приведенных данных следует, что при эксплуатации резер­

вуарного парка выгодно концентрировать одноименные легковос­

пламеняющиеся жидкости в возможно меньшем числе резервуа­ ров.

«Большое дыхание» — это процесс вытеснения паровоздушной

смеси в атмосферу при наполнении резервуаров и транспортных

-емкостей жидкостями. Потери от «больших дыханий» определя­

ются весовым количеством паров в вытесненной паровоздушной

смеси.

В работе ЦНИЛ Главнефтеснаба РСФСР [57] приведены дан­ ные о потере товарного бензина А-66 от «больших дыханий» при

■средних для нефтеперерабатывающего завода коэффициентах оборачиваемости резервуаров. При емкости резервуара 5000 м3

потери бензиновых паров от «большого дыхания» составили

1750—3180 кг на одно заполнение резервуара (4300 м3). Наиболь­

всех прочих равных условиях такая разница объясняется главным

.282

образом изменением концентрации паров в выходящей из резер­

вуара паровоздушной смеси при закачке бензина. Процесс насы­

щения газового пространства бензиновыми парами в зимний пе­ риод идет быстрее, чем в теплый период. Это происходит вслед­

ствие конвекции, возникающей в газовом пространстве резервуа­

ра в результате закачки в него более теплого продукта. В зимний период температура закачиваемого продукта значительно выше

температуры крыши резервуара, вследствие чего слои паровоз­

душной смеси, граничащие со свободной поверхностью продукта,

значительно теплее, чем слои паровоздушной смеси у крыши. Это

создает благоприятные условия для возникновения конвективного-

потока, направленного от поверхности продукта к крыше, что уве­

личивает степень насыщения газового пространства резервуара,

парами бензина.

Из изложенного следует, что снижение температуры закачивае­ мого продукта, особенно в зимний период, позволяет резко со­

кратить потери продукта от «больших дыханий».

В начале выкачки продукта концентрация паров в газовом про­ странстве резервуара резко снижается в результате поступления воздуха через дыхательные клапаны. Одновременно начинается ис­

парение с поверхности жидкости, которое продолжается до тех пор, пока парциальное давление паров в газовом пространстве не-

станет равным давлению насыщенных паров данной жидкости при

соответствующей температуре. Такое состояние обычно достигает­

ся, если промежуток времени от окончания выкачки до начала сле­

дующего наполнения составляет 2—3 суток.

Если наполнение резервуара на остаток начинается вскоре по­ сле окончания предшествующей выкачки, то из газового простран­ ства вытесняется паровоздушная смесь, не полностью насыщенная-

парами продукта. Таким образом, потери от «больших дыханий»,

тем меньше, чем меньше промежуток времени от окончания вы­

качки продукта до начала следующего наполнения резервуара..

Этим следует руководствоваться при эксплуатации резервуарного,

парка.

Сокращение потерь от «больших дыханий» возможно также за?

счет рационального выбора времени закачки продукта в резерву­

ар. Желательно резервуар наполнять ночью, когда температура в газовом пространстве понижается, так как удельный объем па­ ровоздушной смеси при понижении температуры уменьшается и.

соответственно уменьшается вытесняемый из резервуара объем?

этой смеси. Откачивать продукт следует днем, в те часы, когда? температура повышается. Соблюдение этих условий позволит зна­

чительно уменьшить потери от «большого дыхания».

Потери от вентиляции газового пространства емкости в неко­

торых случаях могут превышать потери от «малых» и «больших»

дыханий. При негерметичной крыше резервуара происходит вы­ ветривание паров продукта из газового пространства, при этом более тяжелые пары продукта выходят через ниже расположен-

283,

лые отверстия, а воздух входит через верхние отверстия. Эти по­ тери происходят также при неправильной установке дыхательных

клапанов, через открытые люки и т. п. При наличии ветра потери от вентиляции газового пространства резко возрастают.

В связи с высокой температурой закачиваемых в резервуар

нефтей и нефтепродуктов при отрицательных температурах на

многих нефтеперерабатывающих заводах в зимнее время демон­

тируют дыхательные клапаны и огневые предохранители. Такая операция делается, чтобы избежать примерзания тарелки клапана

к седлу. Это приводит к интенсивной вентиляции газового про­

странства резервуаров и потери могут увеличиться до громадных размеров. Наблюдения за процессом испарения автомобильного

ляции газового пространства при снятых дыхательных клапанах.

Для сокращения потерь от вентиляции газового пространства

необходимо на резервуарах устранить отверстия в корпусе и

крыше, закрыть все люки, установить непримерзающую дыхатель­

ную арматуру.

Потери паровоздушной смеси могут происходить через отвер­ стия для тросов управления хлопушками и через гидравлические

затворы замерных устройств. Поэтому необходимо периодически проверять уровень жидкости в гидрозатворе и ее состояние. Саль­ ники периодически подтягивают, а высохшую и изношенную саль­

никовую набивку заменяют новой.

Пеносливные камеры могут служить источником больших

потерь при нарушении их герметичности. Из негерметичной каме­ ры пары продукта могут выходить в атмосферу через поврежден­ ную диафрагму по пеносливной трубе или через неплотно затя­ нутую крышку, которая крепится приваренными шпильками, не создающими в условиях усиленной коррозии плотного прижатия.

Расчеты показывают, что потери пеносливных камер с повреж­

денными диафрагмами в результате образования «газового сифо­

на» могут достигнуть 10% от всех потерь в резервуарном парке. Для сокращения потерь производится замена стационарных пе­

носливных камер модернизированными закидными пеносливами и

использование генераторов высокократной пены ПГВ-600. Потери легковоспламеняющихся жидкостей из-за утечки могут

оказаться довольно внушительными, что следует из приведенных ниже расчетов.

Одна падающая в секунду капля дает потери до 130 л в месяц;

:284

Технические средства для сокращения потерь легковоспламеняющихся жидкостей от испарения

Потери легковоспламеняющихся жидкостей от испарения мо­ гут быть частично уменьшены при правильном выборе режима эксплуатации складов. Однако наиболее эффективным средством

сокращения потерь является применение резервуаров специаль­

ных конструкций: с газовым пространством переменного объема,

без газового пространства и повышенного давления.

Хранение легковоспламеняющихся жидкостей под избыточным давлением позволяет полностью исключить потери продуктов от

«малых дыханий» и значительно сократить потери от «больших

дыханий». Наибольшее распространение получили цилиндриче­

ские резервуары со сферической крышей и сфероидальные.

К цилиндрическим резервуарам со сферической крышей отно­ сятся резервуары типа ДИСИ емкостью 700, 1000 и 2000 м3 и ти­

па «Гибрид» емкостью 5000 м3. Резервуары типа ДИСИ рассчи­

таны на избыточное давление 1500—1800 мм вод. ст., а резервуар типа «Гибрид» — на избыточное давление 2500 мм вод. ст. и ва­ куум 100 мм вод. ст.

Институт Проектстальконструкция разработал конструкцию каплевидного резервуара, рассчитанного на внутреннее давление

7000 мм вод. ст. и вакуум 100 мм вод. ст.

К сожалению, в нефтехимической и частично в химической

промышленности резервуары для хранения легковоспламеняю­

щихся жидкостей сооружаются с расчетным давлением до 200 мм вод. ст. по экономическим соображениям или из-за отсутствия не­

обходимой технической информации. Между тем за счет сниже­

ния потерь, например при хранении нефтепродуктов, первоначаль­

ное удорожание строительства резервуаров с повышенным давле­ нием окупается в течение 3—7 лет для средней зоны и 2—5 лет

для южной зоны.

Еще более эффективное сокращение потерь дают резервуары

без газового пространства (с плавающими покрытиями); в таких

резервуарах при современных конструкциях затворов потери от

«малых» и «больших» дыханий сокращаются на 80—90% по

■сравнению с резервуарами без покрытий.

Один из важнейших узлов конструкции плавающей крыши и понтона является затвор, т. е. система уплотнения кольцевого пространства между стенкой резервуара и понтоном. Основным требованием конструкции затвора является обеспечение надеж­

ной герметизации. Конструкции затворов весьма разнообразны, они могут быть мягкого и жесткого типа.

На рис. V.9 показана конструкция затвора мягкого типа с пе­ нополиуретаном для резервуара с плавающей крышей, а на рис.

V.10 — конструкция затвора мягкого типа с жидким наполните­

лем. Затвор с наполнителем из пенополиуретана конструктивно

более прост и надежен в эксплуатации, чем затвор с жидким на­

285

полнителем, повреждение его оболочки не приводит к потере гер­ метизирующей способности.

Затвор жесткого типа — это уплотнение из скользящих метал­

лических листов, прижатых к стенке резервуара системой рыча­

гов, связанных между собой шарнирами и пружинами. Гермети­ зация кольцевого пространства обеспечивается мембраной из ре­ зинотканевого материала, расположенной непосредственно над

лиуретан).

продуктом. Кольцевое пространство и рычажная система защи­

щены от атмосферных осадков стальным щитком.

Эффективным средством сокращения потерь от «больших ды­

ханий» являются диски-отражатели (рис. V. 11).

Подвешенный под монтажным патрубком дыхательного клапа­

на дискоотражатель препятствует распространению струи входя­ щего в резервуар воздуха в глубь газового пространства, изменяя

направление струи с вертикального на горизонтальное. Слои га­ зового пространства, находящиеся у поверхности продукта, не

перемешиваются входящей струей воздуха, и поэтому концентра­ ция паров продукта в паровоздушной смеси, вытесняемой в атмо­ сферу при заполнении резервуара, уменьшается, что снижает по­

тери от «больших дыханий».

Простота конструкции и короткий срок окупаемости позволя­

ют широко внедрять диски-отражатели в резервуарах. Диаметр

диска-отражателя обычно равен 2,6—2,8 диаметра люка резервуа­

ра, сделанного для дыхательного клапана. Диск-отражатель под­

286

вешивается под патрубком люка на расстоянии, равном диаметру

последнего, на стойке с фиксатором.

При изотермическом хранении легковоспламеняющихся жидко­

стей потери от «малых дыханий» могут быть устранены полно­ стью:

устройством специальных защитных кожухов для резервуаров; тепловой изоляцией резервуаров;

мерных оболочек. Резервуары таких конструкций, разработанные ВНИИСК совместно с НИИРП, прошли успешные промышленные

испытания. Конструкция полимерной оболочки-вкладыша этих ре­

зервуаров разработана таким образом, что верхняя часть ее сле­ дует за уровнем продукта при заполнении и опорожнении резер­

вуара, т. е. она представляет собой емкость переменного объема,

в которой полностью отсутствует газовое пространство, а следова­

тельно, и потери от «больших» и «малых» дыханий.

На предприятиях химической, нефтехимической и нефтеперера­ батывающей промышленности находится в эксплуатации много

резервуаров, рассчитанных на давление до 200 мм вод. ст. Для

сокращения потерь легковоспламеняющихся жидкостей при экс­ плуатации указанных выше резервуаров могут быть рекомендова­

ны следующие мероприятия:

287

оборудование понтонами;

оборудование дисками-отражателями;

применение газоуравнительной системы с газосборником или без газосборника;

орошение водой;

лучеотражательная изоляция.

Здесь были приведены только сведения об основных направле­

ниях, в которых могут и должны развиваться технические реше­

ния по снижению потерь легковоспламеняющихся жидкостей при хранении. Более подробные сведения по этим вопросам приведены

вработе ЦНИИТЭнефтехим [56], в этой работе имеется также обширная библиография.

Потери от испарения могут быть значительно снижены при

использовании газоуравнительной системы, предусматривающей соединение газовых пространств резервуаров системой трубопро­

водов, по которым паровоздушная смесь перетекает из резервуара

врезервуар при закачке и выкачивании продукта. Газоуравни­

тельной системой могут быть объединены резервуары, заполнен­

ные продуктами одинакового состава. Газоуравнительные системы

могут быть двух типов: с газосборником и без него.

Газоуравнительную систему без газосборника применяют на однотипных резервуарах при совпадении производительности за­ качки и выкачивании и при соответствии пропускной способности

трубопроводов объемам закачки (выкачки).

Применение газоуравнительных систем с газосборником сни­ жает потери легковоспламеняющихся жидкостей от испарения.

На Салаватской перекачечной станции для группы бензиновых

резервуаров емкостью 5000 M3 каждый с максимальным избыточ­

ным давлением в газовом пространстве 200 мм вод. ст. была ис­

честве бензиновых паров, перешедших в газосборник. Однако ра­

ботоспособность газосборника оказалась ненадежной.

Экспериментальное конструкторское бюро ЭКБ ВНИИСТ раз­

работало принципиально новую конструкцию газоуравнительной

системы типа резервуар—газгольдер (рис. V. 12), предназначен­ ную для сбора и хранения паровоздушной смеси, поступающей из типовых резервуаров с избыточным давлением 200 мм вод. ст. и вакуумом 25 м вод. ст. Газгольдер этой системы емкостью 220 м3

был изготовлен на экспериментальном полигоне ЭКБ и установ­

лен на одной нефтебазе. Опытный газгольдер имеет форму ци­

линдра длиной 11 м с полусферическими торцами диаметром

5,5 м. Внутреннее пространство цилиндра разделено гибкой под­

вижной мембраной на две (верхнюю и нижнюю) изолированные

одна от другой части.

При перемещении мембраны объем одной части увеличивает­ ся, а другой — соответственно уменьшается. При этом их объем

288

может меняться от 0 до 220 м3. В нижнюю часть газгольдера по­ ступает газовая смесь из резервуара, а в верхнюю — атмосферный воздух при помощи непрерывно работающего вентилятора. Дав­ ление воздуха в верхней части постоянно и равно 100 мм вод. ст.

При наполнении резервуара, связанного с газгольдером, в га­

зовом пространстве резервуара создается избыточное давление, равное 160—200 мм рт. ст. Под этим давлением газовая фаза вы­

давливается в полость, образуемую мембраной, находящейся в

нижней части газгольдера. Под действием паровоздушной смеси

мембрана начинает подниматься вверх и выдавливать воздух из

Рис. V.12. Газоуравнительная система типа резервуар-газгольдер:

/ — резервуар; 2 — нефтепродукт; 3— паровоздушная смесь; 4 — корпус газгольдера; 5 — га­ зовый отсек; 6 — воздушный отсек; 7 — положение мембраны в процессе заполнения газголь­ дера (давление снизу больше); 8 — положение мембраны в процессе опорожнения газголь­

труба; 16 — фундамент для закрепления растяжки; 17— растяжка для закрепления газголь­ дера; 18— приемо-раздаточная труба резервуара.

верхней части газгольдера через его дыхательную аппаратуру в

атмосферу.

Подъем мембраны происходит до тех пор, пока она не станет соприкасаться всей своей поверхностью с внутренней стенкой ме­

таллического цилиндра газгольдера. При этом объем газа, запол­

няющего полость мембраны, будет равен объему газгольдера.

Дальнейший прием паровоздушной смеси в газгольдер происходит

уже за счет повышения давления в газгольдере до 160 мм вод. ст.,

на которое устанавливается предохранительная аппаратура.

Возвращение паровоздушной смеси из газгольдера в резервуар

происходит под действием избыточного давления паровоздушной смеси в газгольдере, создаваемого вентилятором, и вакуума в ре­

зервуаре; мембрана при этом перемещается в обратном направ­

лении.

В результате проведенных испытаний газгольдера выяснилось,