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

тием наружной установки. Вследствие жестких условий работы

электрозадвижек, а также наличия недостатков в их конструкции,

практически постоянно происходит утечка контактного газа, в со­

став которого входят изопрен, изобутилен, формальдегид и др.

Все эти продукты пожаро- и взрывоопасны, а также токсичны.

Как видно из рис. 1.18, участок расположения реакторов заст­

роен с одной стороны производственным помещением воздухонагнетателей II (высота здания 6 м), а с другой стороны ограничен выступом здания производства катализаторов VI (высота здания

12 м). Следовательно, здесь образуется плохо вентилируемая за­

стойная зона, в которой неизбежно скопление газов и не исклю­

чена возможность образования взрывной концентрации их в воз­

духе. Импульсов для воспламенения смесей взрывной концентра­

ции в этой ситуации более чем достаточно; рядом расположены

пароперегревательные печи IV и трубопроводы, по которым транс­ портируются перегретый пар с температурой до 750 0C и дымовые газы к перегревателю шихты с температурой до 600 °С.

Принятая проектом компоновка цеха явно не рациональна.

Производство катализаторов следовало бы разместить в зоне вспо­

могательных цехов, тогда на его место возможно было разместить

помещения воздухонагнетателей и КИП (II и III).

При проектировании установок, расположенных на открытых площадках, необходимо предварительно определять возможные

концентрации взрывоопасных и токсичных веществ в зоне обслу­ живания. Это делается посредством натурных наблюдений на ана-

-логичных установках или расчетом по эмпирическим формулам.

Некоторые из них приведены в работе Г. Н. Хазова [12]. Цели по

расчету получится, что ожидаемая концентрация вредных веществ

будет выше ПДК для производственных помещений, то необходи­ мо принять меры для уменьшения выделения вредных веществ или удалить оборудование из зон замкнутой циркуляции и установить

•его на хорошо проветриваемых площадках.

Молниезащита технологических установок

Пожары, взрывы, повреждения от разрядов молнии при ее первичном или вторичном воздействии происходят либо при отсут­ ствии молниезащиты, либо при ее неисправности или неправиль­

ном выполнении. В последнем случае прямыми ударами молнии

поражаются части зданий и сооружений, не вошедшие в зону защиты молниеотводов.

Из этого следует, что правильная молниезащита производст­

венных зданий и сооружений является важным звеном в обеспе­

чении пожаро- и взрывоопасности промышленных предприятий.

В основу классификации зданий и сооружений по устройству молниезащиты и необходимости ее выполнения положена вероят­

ность возникновения^взрыва или пожара на объектах, а также ин­

тенсивность грозовой деятельности в районе их нахождения. На

<60

основе этих положении все здания и сооружения делятся на три

категории:

к 1-й категории относят производственные здания и сооруже­ ния, которые по классификации «Правил устройства электроуста­

новок» (ПУЭ) причисляются к взрывоопасным классам B-I и B-II;

ко 2-й категории относят производственные здания и сооруже­ ния, которые по ПУЭ причисляются к взрывоопасным классам

B-Ia, В-Іб и B-IIa. Сюда же относятся наружные технологические установки и открытые склады, содержащие взрывоопасные газы,

пары, горючие и легковоспламеняющиеся жидкости, относимые по

ПУЭ к классу В-Іг. Большинство зданий и сооружений в нефтепе­ рерабатывающей и нефтехимической промышленности относится ко 2-й категории;

к 3-й категории относят производственные здания и сооруже­

ния, которые по ПУЭ причисляются к пожароопасным классам

П-І, П-П и П-Па, а также наружные установки, в которых приме­

няются или хранятся горючие жидкости с температурой вспышки

паров выше 45 °С, относимые к классу П-Ш по ПУЭ, и здания и

сооружения, причисляемые по СНиП ІІ-М.2—72 к категориям Г и Д. К третьей категории относят также жилые и общественные здания и такие сооружения, как дымовые трубы, водонапорные башни и т. д.

Данные, определяющие порядок отнесения производственных

объектов к той или иной категории, приводятся в «Указаниях» по проектированию и устройству молниезащиты зданий и сооружений

CH 305—69».

Здания и сооружения 1-й категории независимо от их место­

расположения на территории СССР подлежат обязательной мол-

ниезащите от прямых ударов молнии, вторичных ее воздействий и

заноса высоких потенциалов через надземные и подземные метал­ лические коммуникации.

Здания и сооружения 2-й категории подлежат обязательной

молниезащите от прямых ударов молнии, вторичных ее воздей­

ствий и заноса высоких потенциалов через надземные и подзем­

ные металлические коммуникации только в местностях со средней грозовой деятельностью 10 и более грозовых часов в году, а на­ ружные технологические установки, относимые к классу B-Ir по

ПУЭ,— на всей территории СССР.

Мероприятия по молниезащите для сооружений 3-й категории

определяются в зависимости от характера объектов и числа гро­

зовых часов в году в месте расположения объектов, причем вер­ тикальные вытяжные трубы промышленных предприятий и котель­

ных и водонапорные башни высотой более 30 м защищаются на всей территории СССР.

При определении молниезащиты важно точно установить зону

взрывоопасности объекта. Технологические выбросы горючих па­

ров и газов, связанные с нормальным или аварийным режимом

работы аппаратов и установок, происходят через постоянно или

61

периодически действующие воздушки, свечи, газоотводные трубы,

по специальным аварийным стравливающим линиям, а также че­

рез дыхательные и предохранительные клапаны. Перечисленные

устройства располагаются, как правило, на зданиях, наружных

установках, рабочих площадках и этажерках, а также в виде от­

дельно стоящих труб — свечей высотой более 30 м.

В определенном пространстве около таких устройств могут со­ здаваться зоны взрывоопасности. Контакт непосредственно кана­ ла молнии или нагретых ей до высокой температуры частей мол­

ниезащитных устройств с взрывоопасной средой этой зоны может привести к воспламенению, взрыву и разрушениям. Из этого сле­

дует, что молниезащита взрывоопасных зданий и наружных уста­

новок должна решаться с учетом величины возможных зон взры­

воопасности. Ситуация в зоне взрывоопасности должна учитывать­

ся при выборе схемы и типа молниезащитного устройства, мест расположения молниеотводов и др. Например, при наличии боль­ шого числа газоотводных труб, выбросов вентиляционных уст­

ройств и других источников газовыделений защиту зданий целе­

сообразно осуществлять при помощи отдельно стоящих молниеот­ водов.

Большие затруднения возникают при определении зоны взры­

воопасности, так как в литературных и нормативных источниках имеются весьма противоречивые указания. V

Заслуживают внимания исследования по этим вопросам, прове­

денные В. Н. Черкасовым [13]. Им было исследовано распределе­

ние взрывоопасных концентраций и зон взрывоопасности горючих

смесей при непрерывном выбросе их в атмосферу. Для ЛВЖ оно проводилось при выделении паров бензина через дыхательные и предохранительные клапаны и открытые замерные люки назем­ ных вертикальных резервуаров. C учетом коэффициента надежно­

сти 3, принимаемого при расчетах, зона взрывоопасности паров

бензина в данном случае оказалась равной 2 м по горизонтали и 1 м по вертикали от места выделения паров бензина.

При исследовании зоны взрывоопасности, которая может со­ здаваться при выбросе паров псевдобутилена и стирола через га­

зоотводные трубы, свечи и промышленную вентиляцию, взрыво­

опасных концентраций не обнаруживалось.

Опыты по определению зон взрывоопасности при выбросе в ат­

мосферу природного газа проводили на газораспределительной станции її газгольдерном пункте при температуре воздуха 24 oC

и скорости ветра 1 м/с. Содержание метана в природном газе со­ ставляло 94 98%. Из опытов следует, что при свободном выбро­

се горючих газов и паров легче воздуха зону взрывоопасности можно учитывать только по вертикали, причем она будет иметь

тем большие размеры, чем выше избыточное давление, при ко­ тором происходит выброс газа. Этого способа выброса паров и

газов следует избегать, особенно при избыточном давлении более

500 мм вод. ст.

62

Когда на газоотводных трубах имеются защитные колпаки, зо­

на взрывоопасности значительно уменьшается. Однако в этом слу­ чае следует учитывать зону взрывоопасности также и по горизон­

тали.

Возможен вариант выброса с устройством на конце свечи из­ гиба под углом .120° к вертикали. При такой конструкции свечи

определяющим являются размеры зоны взрывоопасности по гори­

зонтали. В зависимости от избыточного давления при выбросе па­

ров и газов размеры такой зоны могут быть весьма значительны­ ми (например, до 20 м при избыточном давлении 0,5 кгс/см2).

Такой вариант конструктивного выполнения устройств для выбро­

са (особенно при избыточном давлении 0,5 кгс/см2 и более) в

большинстве случаев следует считать не удовлетворяющим усло­

виям пожаро- и взрывобезопасности.

При проектировании молниезащиты зданий с взрывоопасной средой и наружных установок с устройствами для выброса горю­

чих паров и газов в атмосферу расчет молниеотводов следует про­

изводить с учетом зон взрывоопасности. При этом минимальная

удаленность молниеотводов от места выброса паров и газов будет

определяться размерами зон взрывоопасности по горизонтали, а

необходимая высота молниеотводов — тем, чтобы устройства для

выброса с их зонами взрывоопасности были бы полностью вписа­

ны в зону защиты молниеотводов.

К сожалению, это положение не всегда учитывается в проек­

тах, и уже при приемке объектов в эксплуатацию приходится пе­

реносить воздушки или молниеотводы.

Иногда представляется возможным разбавить горючие газы пе­ ред их выбросом инертным газом до безопасных концентраций.

Такое мероприятие могло бы значительно упростить молниезащи-

ту и повысить пожаро- и взрывобезопасность объекта при усло­

вии, что стабильность процесса разбавления надежно гарантиро­

вана.

При решении вопросов снижения загазованности территории

предприятия следует также учитывать конструкцию устройства для выброса газов и паров. Например, на одном производстве

формалина верхние концы газоотводящих труб выхлопных газов,

содержащих метанол, были выполнены с загибом под углом 120°

к вертикали. На наружной установке и на значительной террито­

рии предприятия постоянно наблюдалась загазованность. Состоя­

ние воздушной среды резко улучшилось, когда ликвидировали за­

гибы сбросных устройств.

Обеспечение нормальных условий эксплуатации установок, вынесенных на открытые площадки

Необходимым условием для выноса оборудования на открытые

площадки является возможность дистанционного контроля и уп­ равления производственным процессом. При наличии таких усло-

63

вий представляется возможным эксплуатировать на открытом воз­ духе даже аппараты, в которых циркулируют продукты, склонные

к замерзанию и застыванию.

Обеспечение нормальных условий эксплуатации оборудования, коммуникаций и контрольно-измерительных приборов в зимнее

время связано с выполнением дополнительных мероприятий, уст­

раняющих замерзание продуктов и размораживание материало-

проводов. Там, где это не учитывается, могут создаваться ава­ рийные ситуации.

В цехе экстрактивной дистилляции на заводах синтетического каучука имеется технологический узел водной отмывки углеводо­

родов, размещенный на открытой площадке. Углеводороды отмы­ ваются от ацетона в отмывных насадочных колоннах водой. Ко­ лонны работают по принципу противотока: сжиженные углеводо­

роды поступают в нижнюю часть колонны и отводятся с верха колонны на склад; вода подается на верх колонны и выводится

сниза колонны. Часть циркулирующей воды постоянно отводится

вспециальную колонну регенерации, работающую под незначи­ тельным избыточным давлением.

Надежность и безопасность эксплуатации узла водной отмывки углеводородов зависят от выдерживания заданного раздела фаз

в колоннах. В данном случае это достигается применением типо­

вой схемы автоматического регулирования раздела фаз: на колон­ не был установлен регулятор уровня типа РУКЦ, который через

вторичный прибор компонуется регулирующим клапаном, установ­

ленным на линии нагнетания насоса, откачивающего воду из ку­ ба колонны.

В летнее время технологическая схема работала устойчиво. Зи­

мой, вследствие замерзания воды в РУКЦ, нарушалось регулиро­

вание границы раздела фаз в кубе колонны. В зависимости от по­

ложения границы раздела фаз возможны следующие нарушения.

При высоком положении границы раздела фаз происходит унос воды с углеводородами, направленными на склад, что вызывает

замерзание соответствующих трубопроводов и емкостей. При низ­ ком положении границы раздела фаз неизбежен унос углеводо­

родов с водой, которая частично направляется в колонну регене­

рации циркулирующей воды. Поскольку эта колонна рассчитана

для работы при незначительном избыточном давлении, попадание в нее сжиженных газов недопустимо; кроме того, происходит зага-

зовывание атмосферы.

Из-за отсутствия условий для надежного поддержания задан­

ного уровня раздела фаз в колонне водной отмывки углеводородов

цех экстрактивной дистилляции практически в зимнее время ока­

зался неработоспособным.

Между тем достаточно было создать нормальные условия для работы регулятора уровня, и все трудности остались позади. Это

было достигнуто за счет усовершенствований схемы обвязки

64

контрольно-измерительных приборов, приближение РУКЦ к кор­

пусу колонны и его изоляции совместно C колонной.

Возможны и другие технические решения, исключающие нару­ шение нормальной работы приборов в зимнее время при размеще­ нии аппаратов на открытом воздухе.

При эксплуатации технологических установок непрерывного

действия на открытых площадках в зимнее время главным обра­

зом возникают затруднения в поддержании в рабочем состоянии

коммуникаций контрольно-измерительных приборов и средств ав­

томатики.

Исключение замерзания продуктопроводов, как следует из при­

веденного выше примера, достигается прежде всего за счет пред­

отвращения увлажнения продуктов. Эта задача иногда успешно

решается путем включения в схему дополнительных отстойников.

Часто замерзание продуктов в трубопроводах происходит из-за

перерывов в откачке продукта. Последнее имеет место, когда про­ изводительность установленных насосов не соответствует потреб­ ности в отборе продукта из технологических аппаратов или от­

сутствуют условия для нужного регулирования материальных по­

токов при неправильном выборе регулирующего клапана.

Такие затруднения сравнительно легко устраняются в процес­ се эксплуатации, но лучше их учитывать и исключать на стадии

проектирования объекта.

Радикальной мерой предотвращения размораживания емко­

стей, трубопроводов, запорной и регулирующей арматуры следу­ ет считать обезвоживание продуктов непосредственно на техноло­ гических установках, где их получают. Однако это далеко не всег­

да возможно.

Впроизводственной практике почти повсеместно применяется

принудительный обогрев материалопроводов и аппаратов при по­

мощи спутников, рубашек и змеевиков. Эффективность такого

обогрева определяется двумя факторами: теплоносителем и конст­

рукцией обогревающего элемента.

Вкачестве теплоносителя могут быть применены водяной пар, горячая вода, минеральные масла, незамерзающие жидкости. Вы­ бор теплоносителя определяется исходя из условий технологиче­

ского процесса допустимым пределом нагрева продукта.

Вшихтовальной установке цеха эмульсионной сополимериза­

ции дивинила и стирола в производстве синтетического каучука размещены вертикальные емкости для мономеров и их смеси

(шихты). Для приготовления шихты используются также возврат­

ные увлажненные мономеры: чтобы предотвратить замерзание выслаивающейся из них воды, днища емкостей оборудованы змееви­

ками для обогрева продукта.

В качестве теплоносителя для обогрева емкости первоначаль­

но применялся водяной пар. Такое решение оказалось неприемле­ мым главным образом потому, что высокая температура теплоно­ сителя способствовала ускорению процесса термополимеризации

мономеров с образованием так называемого губчатого полимера.

Впоследствии для обогрева емкостей с шихтой вынуждены были смонтировать локальную циркуляционную обогревающую установ­ ку с использованием в качестве теплоносителя антифриза.

Следует избегать парового обогрева змеевиков, установлен­ ных в емкостях для хранения продуктов, которые не смешиваются

с водой.

На промежуточных складах заводов синтетического спирта ем­ кости для пиролизной смолы были оборудованы внутренними змеевиками, обогреваемыми водяным паром. Однажды, когда про­

худился змеевик, в нижней части емкости скопился перегретый конденсат. Конденсат бурно вскипел, давление образовавшегося водяного пара вызвало разрыв крыши емкости и выброс пиролиз­

ной смолы. Применение водяного пара для обогрева смолы в дан­ ном случае было нежелательно также и по технологическим сооб­ ражениям: высокая температура теплоносителя вызывает увели­

чение плотности пиролизной смолы, меняя ее исходные свойства. Для предотвращения замерзания подсмольной воды достаточно было применение обогрева горячей водой.

При транспортировании по трубопроводам сжиженных газов

и низкокипящих легковоспламеняющихся жидкостей применение

паровых спутников часто приводит к аварийным ситуациям. Ког­

да временно прекращается подача продуктов и при этом участок

трубопровода отключается с двух сторон закрытой запорной ар­

матурой, в трубопроводе возникает давление, соответствующее давлению при температуре водяного пара. В таких случаях, как

правило, происходит нарушение герметичности фланцевых соеди­ нений трубопроводов и выброс продукта под большим напором.

Замена водяного пара горячей водой повышает безопасность экс­

плуатации материалопроводов.

Кроме перечисленных выше технологических недостатков паро­

вых спутников, последние менее надежны в эксплуатации по срав­

нению со спутниками, у которых теплоносителем является горячая вода. Наличие в паровых спутниках парожидкостной смеси неред­ ко приводит к гидравлическим ударам и разрывам трубопроводов. Непременным условием нормальной эксплуатации пароспутников является четкая работа отводчиков конденсата. Между тем на­ дежных конструкций конденсатоотводчиков пока мало.

Еще в большей степени сказываются эти недостатки в случае

применения водяного пара для змеевиков, смонтированных внут­

ри аппарата или на аппарате. Когда змеевик вмонтирован внутри

аппарата, его ремонт является исключительно трудоемким и опас­ ным. При расположении змеевика на внешней поверхности аппа­

рата для его ремонта необходимо удалить изоляцию и произво­ дить сварочные работы в условиях действующего цеха.

Применение водяного пара в качестве теплоносителя для спут­

ников и змеевиков не оправдано также по экономическим сообра­

жениям. /

66

В последнее время горячая вода все шире применяется в каче­

стве теплоносителя для спутников и змеевиков. В одних случаях

кулирующей воды. При третьем способе представляется возмож­ ным нагревать теплоноситель до необходимой температуры, следо­

вательно, исключается опасность перегрева транспортируемых продуктов. Применение горячей воды в спутниках и змеевиках можно рекомендовать для широкого внедрения.

Когда по трубопроводам транспортируются очень вязкие про­ дукты, взамен спутников применяют обогревающие рубашки (тру­

ба в трубе). Фланцевые соединения при этом способе обогрева

часто являются уязвимым местом, так как по условиям монтажа

рубашка не доводится до самого фланца. Это положение можно

исправить, если при монтаже трубопроводов применять нестан­ дартные фланцы, а рубашку при этом доводить до упора фланца.

Во избежание застывания продукта в запорной и регулирующей арматуре, она либо выбирается специальной конструкции или ар­ матура оборудуется рубашкой.

В последнее время в нашей стране и за рубежом внедряется

новый способ обогрева трубопроводов, по которым транспортиру­

ются вязкие продукты,— электрообогрев.

СКВ «Транснефтьавтоматика» разработало гибкий нагрева­

тельный элемент (ГНЭ) для обогрева маслопроводов трех моди­ фикаций: без изоляции, пропитанный силиконовыми красителями и гуммированный. \

Гибкий нагревательный элемент представляет собой тканную

из стекловолокна плоскую полосу, в которой часть нитей основы заменена нихромовыми проволоками.

Ниже приведена техническая характеристика гуммированного

гибкого нагревательного элемента:

Габаритные размеры активной части, мм

Использование гибкого нагревательного элемента взамен паро­

вого обогрева значительно улучшает условия труда при эксплуа­ тации трубопроводов, по которым транспортируются вязкие про­

дукты, уменьшает металлоемкость коммуникаций и снижает

энергозатраты. Гибкий нагревательный элемент эксплуатируется

на Киришском нефтеперерабатывающем заводе в течение года с периодическим включением. Как сообщается в работе В. А. Быко­

ва и др. [15], за время эксплуатации электрообогрева каких-либо отклонений от нормальных условий не наблюдалось. Надо ду­

мать, что этот вид обогрева имеет большое будущее.

ГЛАВА 5

ЗАПОРНАЯ АРМАТУРА

Быстрый рост отраслей промышленности, связанных с добы­ чей, переработкой нефти и газа, а также бурное развитие нефте­ химической промышленности вызывает необходимость применения огромного количества труб и трубопроводной арматуры. Напри­

мер, на современном нефтеперерабатывающем заводе трубопрово­

ды вместе с арматурой составляют 50—60% общей металлоемко­

сти завода. Требования к арматуре возрастают в связи с заменой

периодических технологических процессов непрерывными и ростом

уровня автоматизации и механизации промышленных производств.

Герметичность арматуры в затворе

Важным фактором надежности эксплуатации пожаро- и взры­ воопасных производств является герметичность в затворе запор­

ной арматуры. Пропуск в затворе может оказывать решающее

влияние на ход технологического процесса. В этом можно убе­ диться при рассмотрении технологической схемы каталитического

разложения диметилдиоксана в производстве изопрена, опцсанной

в гл. 2.

Для исключения попадания газов регенерации (паровоздуш­

ная смесь) в контактный газ, и наоборот, установлены электроза­ движки, управляемые командно-электрическим прибором (КЭП).

Однако из-за негерметичности в затворе приходится почти при каждом переключении дозакрывать запорную арматуру вручную. При очередном переключении во избежание перегрузки электро­

привода задвижки необходимо предварительно, также вручную,

приоткрыть запорную арматуру. Таким образом, применение за­

К сожалению, при подборе арматуры не всегда руководствуют­

ся действующим ГОСТ 9544—60, нормирующим герметичность

затвора.

Требования к герметичности затвора арматуры определяются особенностями того технологического процесса, который арматура обслуживает. Затворы арматуры в зависимости от степени герме­

тичности разделяют на три класса плотности (табл. 1.7).

В табл. 1.8 приводятся нормы допускаемого пропуска среды

через затвор арматуры в зависимости от класса плотности и ус­

ловного прохода.

58

Таблица 1.7. Классы плотности арматуры в зависимости от ее назначения (по ГОСТ 9544—60)

py 40 кгс/см2

Примечание. Классификация распространяется на все виды затворов (запорной армату­ ры) с Ду 2000 мм и для py ≤J 200 kγc∕cm2.

* Допускается образование росы на краях уплотняющих поверхностей, не превращающейся в стекающие капли (при испытании водой или керосином), а также образование неотрывающихся пузырьков (при испытании воздухом).

Герметичность в затворах арматуры возможна, если при сопри­

косновении уплотнительных поверхностей зазор между ними бу­

дет меньше весьма малой величины, определяемой явлениями на

границе раздела фаз (среда — уплотнение —атмосфера), и раз­

мерами молекул. В реальных условиях уплотнительные поверхно­ сти имеют некоторую шероховатость и другие отклонения. Поэтому

для обеспечения герметичности затвора уплотнительные по­

верхности помимо соприкосновения должны быть прижаты усили­

ем, обеспечивающим деформацию поверхностей и создание непре­

рывного контакта.

В работе «Расчет и конструирование трубопроводной армату­ ры» [16] Д. Ф. Гуревич определяет удельное давление, которое не­ обходимо создать на стальных уплотнительных поверхностях для

обеспечения герметичности затворов арматуры, по эмпирической формуле

69