Хранение и транспортировка нефти и газа

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

поддерживается на величине близкой к атмосферной (0.005 до 0.007 мРа) и температуре - для хранения СНГ в криогенных подземных резервуарах.

Емкости для хранения СНГ часто имеют или цилиндрическую (пулевую) форму для горизонтально установленных резервуаров (вместимостью от 40 до ) или сферическую форму (до ). Хранение с использованием охлаждения типично для емкостей, вместимость которых превышает . Как горизонтальные резервуары, которые изготавливают на заводах, а затем доставляют к месту использования, так и сферические, которые изготавливают на месте, проектируются и изготавливаются в соответствии с жесткими спецификациями, формами и стандартами.

Величина давления в резервуарах не должна быть меньше чем давление паров СНГ, подлежащих хранению при максимальной рабочей температуре. Резервуары для хранения пропанбутановых соединений должны иметь проектное давление, соответствующее давлению паров 100% пропана. Необходимо учитывать дополнительное давление, вызываемое гидростатическим давлением продукта при максимальном заполнении резервуара и частичное давление неконденсируемых газов в области парообразования. В идеале, резервуары для хранения сжиженных углеводородных газов должны проектироваться под полный вакуум. Если полный вакуум не обеспечивается, необходимо устанавливать предохранительные клапаны. Проектные решения должны так же включать предохранительные устройства регулировки давления, датчики уровня жидкости, датчики давления и температуры, внутренние отсечные задвижки, предохранители обратного тока жидкости и запорных клапанов превышения потоков жидкости. На резервуаре также могут быть установлены аварийные задвижки - отсечки при сбое оборудования и сигналы высокого уровня.

Горизонтальные резервуары размещают на поверхности и на возвышенностях, или закапывают в землю, обычно с подветренной стороны от существующих и предполагаемых источников возгорания. Если днище резервуара разорвется из-за превышения давления, корпус резервуара будет двигаться в противоположном взрыву направлении. Следовательно, желательно предусмотреть размещение наземного резервуара таким образом, чтобы его горизонталь шла параллельно важным объектам (а также, чтобы концевые точки не были направлены на важные объекты или оборудование). Другими факторами при установке резервуара является рельеф участка, доступность и возможности защиты и предотвращение от огня. Нормативные документы и кодексы определяют минимальные расстояния по горизонтали между резервуарами для хранения сжатых сжиженных углеводородных газов и прилегающими объектами, резервуарами и важными структурами, а также потенциальными источниками возгорания, включая обрабатывающие цеха, факелы, нагреватели, двигатели внутреннего сгорания и газовые турбины.

Дренаж и локализация пролитых продуктов являются важными соображениями в проектировании и эксплуатации зон расположения резервуаров для хранения жидких углеводородных газов, в отношении вывода пролитых продуктов на участки, где они будут представлять минимальную опасность для сооружений и окружающей среды. Дамбы и стоки могут быть использованы там, где пролитые продукты представляют потенциальную опасность другим резервуарам и населению. Резервуарные парки обычно не используют дамбы, но землю необходимо подготовить таким образом, чтобы пары и жидкости не накапливались под и вокруг резервуаров, и не подожгли резервуар в случае возгорания.

Баллоны СНГ для использования на бытовые нужды населения, как СНГ, так и СПГ хранятся в

баллонах при температуре выше температуры горения, при нормальной температуре и давлении. Все типы баллонов СНГ и СПГ оборудованы защитными втулками, предохранительными и запорными колпачками. Основные используемые типы баллонов потребительского газа следующие:

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

·Баллоны с выводом паров (1/2 до 50 кг), используемые населением; большие баллоны обычно заряжаются или продаются на основе замены использованного на полный

·Баллоны вывода жидкости для зарядки малых потребительских, принадлежащих клиенту, перезаряжаемых баллонов

·Топливные баки транспортных средств, включая баллоны (40 кг), стационарно установленные как топливные баки на моторных транспортных средствах и используемые в горизонтальном положении, и промышленные грузовые баллоны, предназначенные для хранения, заполнения и обращения с ними в вертикальном положении, но работающие в горизонтальном положении.

Свойства углеводородных газов Согласно определению НТНА, воспламеняющимися горючими газами называются также газы,

которые горят при нормальной концентрации кислорода в воздухе. Горение воспламеняющихся газов сходно с горением паров воспламеняющихся углеводородных жидкостей в том отношении, что обеим необходима температура углевозгорания определенной величины, а также в том, что оба продукта горят только в определенном диапазоне соотношения газ-воздух. Воспламеняющиеся жидкости имеют точку горения, которая является температурной величиной (всегда ниже температуры кипения жидкости), при которой жидкость испускает достаточное для возгорания количество паров. Для воспламеняющихся газов нет определенных точек горения, так как их нормальная температура выше точек кипения, даже в сжиженном состоянии, и, следовательно, они всегда имеют температуру сильно превышающую температуру точки горения.

НТНА (1976) дала также определение сжатым и сжиженным газам:

·"Сжатыми газами являются также те, которые при нормальной атмосферной температуре внутри своих контейнеров, под давлением существуют только в газообразном состоянии".

·"Сжиженными газами являются те, которые внутри своих контейнеров находятся частично в жидком, частично в газообразном состояниях, а также находятся под давлением столь долго, сколь долго содержится в контейнере ".

Основным фактором, определяющим давление внутри емкости, является температура хранящейся внутренней жидкости. При контакте с атмосферным воздухом сжиженный газ очень быстро переходит в парообразное состояние, растекаясь по поверхности земли или воды, если только не рассеивается в атмосфере силой ветра или движением воздуха, вызываемого механизмами. При нормальной атмосферной температуре, примерно одна треть жидкости в контейнере обратиться в пар.

Воспламеняющиеся газы также подразделяются на топливные газы и промышленные газы. Топливные газы, включая природный газ (метан) и СНГ (пропан и бутан) сжигают в воздухе для производства тепла в печах, топках, водяных нагревателях и котлах. Горючие промышленные газы, такие как ацетилен, используется в производственных процессах, сварочных работах, резке и горячей обработке. Различие горючих свойств СПГ и СНГ показано в таблице 102.11 .

Таблица 102.11 Типовые приблизительные характеристики горения сжиженных углеводородных газов

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Факторы риска СПГ и СНГ Опасные свойства, присущие всем видам СПГ связаны с воспламеняемостью, химической

реактивностью, температурой и давлением. Самым опасным фактором риска, связанным с СПГ является непредумышленный выброс газа из контейнеров (баллонов и резервуаров) и контакт с источниками возгорания. Причиной выброса может стать неправильная работа контейнеров или клапанов, вызванная самыми различными причинами, такими как переполнение контейнера или избыточное давление в вентиляционных каналах во время расширения газа при нагревании.

Жидкая фаза СНГ имеет высокий коэффициент расширения; жидкий пропан расширяется в 16 раз, а бутан в 11 больше, чем вода при том же самом подъеме температуры. Это свойство необходимо принимать в расчет при заполнении контейнеров, оставляя пространство для парообразной фазы. Правильное количество подлежащее заполнению определяется рядом переменных, включая физико-химический состав, температуру на момент заполнения и ожидаемую температуру хранения, размер, тип (с теплоизоляцией или на поверхности). Нормативные документы и кодексы установили допускаемые количества, известные как "плотность наполнения", для отдельных газов или семейств газов со сходными свойствами. Плотность наполнения может быть дана в единицах веса и быть абсолютной или быть выражена объемом жидкости, который должен корректироваться в зависимости от температуры.

Максимальный объем резервуара СНГ высокого давления, которое можно заполнить жидкостью составляет 85% мощности резервуара при температуре (менее при более высокой температуре). Так как СПГ хранят при низких температурах, емкости можно заполнять жидкостью на 90-95%. На всех емкостях устанавливаются предохранительные капаны сверхдавления, которые активизируются при величинах давления, связанных с температурой жидкости, превышающей нормальную атмосферную температуру. Если клапаны не могут снизить внутреннее давление до атмосферного, жидкость всегда будет иметь температуру выше точки кипения. Чистые сжатые и сжиженные углеводородные газы не коррозивны для стали и большинства жидких сплавов. Однако коррозия может быть серьезной проблемой, если газ имеет серные компоненты и примеси.

СНГ в 1,5-2 раза тяжелее воздуха, и при попадании в воздух имеет тенденцию быстро рассеиваться вдоль поверхности земли или воды и собирается в низинах. Однако, как только газ будет разбавлен воздухом и образует воспламеняющуюся смесь, ее плотность, как правило, равна плотности воздуха, и она рассеивается в пространстве. Ветер значительно снижает расстояние рассеивания любых объемов утечки. Реакция СПГ на смешение с воздухом отличается от реакции СНГ. Так как природный газ имеет низкую плотность паров (0,6), он будет быстрее смешиваться и рассеиваться в открытом воздухе, снижая вероятность формирования воспламеняющейся смеси с воздухом. Природный газ скапливается в закрытых пространствах и образует облако пара, которое может воспламениться. На рис. 102.17 показано, как облако пара сжиженного природного газа распространяется по ветру в различных ситуациях при выбросах.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Рис. 102.17 Облако пара СПГ распространяется под действием ветра от различных пунктов утечки (скорость ветра 8.05 км/час)

Несмотря на то, что СПГ бесцветен, при утечке в воздух его пары различимы из-за конденсации и замерзания водяных паров, содержащихся в атмосфере, в которую попали пары газа. Это может не произойти, если пары имеют температуру близкую к температуре окружающего воздуха, а давление относительно низкое. Имеются приборы, которые способны обнаружить наличие утечки СПГ и подать сигнал тревоги уже на довольно низких уровнях в 15-20% от нижней границы воспламеняемости (НГВ). Эти приборы могут также блокировать все операции и активировать системы гашения, если концентрация газа в жидкости достигает 40-50% (сжиженное жидкое топливо). Некоторые промышленные предприятия используют принудительную вентиляцию для того, чтобы держать концентрацию утечки топливо-воздух ниже нижней границы воспламеняемости. Котельные и печные форсунки также могут иметь устройства автоматического прекращения подачи газа, если пламя потухло.

Утечки СПГ из емкостей и резервуаров можно свести к минимуму применением устройств контроля и ограничения потока газа. При компрессии и утечке СПГ будет вытекать из емкости при низком отрицательном давлении и низкой температуре, поэтому при выборе материалов для изготовления емкостей и задвижек, необходимо учитывать температуру самоохлаждения продукта. При низком давлении для того, чтобы предотвратить снижение прочности металла под воздействием низких температур, которое может повлечь разрыв корпуса и сбои в работе задвижек.

СПГ может содержать воду как в своей жидкой, так и в газообразной фазе. Водяные пары могут насытить газ в строго определенных количествах при данных температуре и давлении. При изменении температуры и давления, или если содержание водных паров превышает границу парообразования, вода конденсируется. Это может вызвать создание ледяных пробок в клапанах и регуляторах, и также сформировать кристаллы углеводородных гидратов в трубопроводах, устройствах и другом оборудовании. Эти гидраты можно разрушить подогревом газа, снижением давления газа или вводом продукта, такого как метанол, который сжижает давление водяных паров.

Существуют различия в характеристиках сжатых и сжиженных газов, которые необходимо принимать во внимание при решении вопросов безопасности, здоровья и противопожарной защиты. В качестве примера в таблице 102.12 приводятся различия в характеристиках газа и СПГ.

Таблица 102.12 Сравнительные характеристики сжатых и сжиженных газов

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Потенциальные опасности для здоровья, связанные с СУГ (Сжиженными углеводородными газами)

Основным профессиональным повреждением при обращении СУГ является опасность обморожения кожного покрова и глаз при контакте с жидкостью во время операций обработки и хранения, включая взятие проб, проведения замеров, закачку, прием и отгрузку. Также как и другие топливные газы при нарушении технологии сжигания, сжатые и сжиженные углеводородные газы выделяют нежелательные объемы окиси углерода.

При атмосферном давлении и низкой концентрации, сжатые и сжиженные углеводородные газы, как правило, не токсичны, но они являясь асфиксиантами - вытесняют кислород (воздуха), попадая в закрытые и ограниченные пространства. Если сжатые или сжиженные углеводородные газы содержат сернистые соединения, особенно гидроген сульфид, они могут быть токсичными. Так как СУГ не имеют цвета и запаха, защитные меры для облегчения обнаружения утечек включают добавление одорантов, таких как меркаптан, в потребительский топливный газ. Необходимо выполнять правила техники безопасности для защиты рабочих от воздействия меркаптанов и других присадок при их хранении и впрыскивании. Воздействия паров СНГ в концентрациях, равных или выше уровня ГУВ может вызвать депрессию общей центральной нервной системы, сходную с воздействием анестезирующих газов или интоксикантов.

Пожарная опасность СУГ Сбой в работе емкости, содержащей сжиженные газы (СПГ и СНГ) представляет собой более

серьезную опасность, чем отказ в работе контейнеров, содержащих сжатый газ, так как при выбросе вытекает большее количество газа. Сжиженные газы реагируют на нагрев иначе, чем сжатые, потому что они являются двухфазовыми (жидкость-пар) продуктами. Во время поднятия температуры давление пара жидкости увеличивается, что приводит к росту давления внутри контейнера. Сначала расширяется паровая фаза, затем следует расширение жидкости, которая сжимает пар. Проектное давление резервуаров СУГ, следовательно, принимается близким к давлению газа при максимально возможной температуре окружающей среды.

При воздействии огня на резервуар со сжиженным газом, может возникнуть серьезная ситуация, если позволить нагреться металлу в пространстве, занимаемом паром. В отличие от жидкой фазы паровая фаза адсорбирует немного тепла. Это позволяет металлу быстро нагреваться до достижения кристаллической точки, при которой произойдет мгновенное, катастрофическое разрушение резервуара взрывом. Это явление известно как БЛИВ. Величина БЛИВа зависит от объема обращенной в пар при разрушении резервуара жидкости, размеров фрагментов резервуара, расстояние, которое они пролетели и от зоны поражения. Резервуары СНГ, не имеющие теплоизоляции можно защитить от БЛИВа применением водяного охлаждения к тем частям резервуара, где газ находится в паровой фазе (но не в контакте с СНГ).

Другие более распространенные факторы риска, связанные со сжатыми и сжиженными углеводородными газами, включают разряды электростатического электричества, взрывы при

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

сгорании газа внутри резервуара, мощные взрывы в открытом воздухе и небольшие утечки из уплотнителей насосов, резервуаров, клапанов, труб, шлангов и соединений.

·Электростатические заряды могут генерироваться во время прохождения СУГ по трубам, при загрузке и разгрузке, при смешении и фильтрации, а также во время очистки резервуара.

·Внутренние тепловые взрывы возникают в результате утечки газа или пара в замкнутые пространства или сооружения, когда при смешивании с воздухом образуется воспламеняющаяся смесь Когда воспламеняющиеся смеси входят в контакт с источником возгорания, они горят моментально и быстро, производя экстремальную температуру. Очень горячий воздух быстро расширяется, вызывая значительное повышение давления. Если пространство или структура не достаточно прочны, чтобы сдержать давление, возникает внутренний тепловой взрыв.

·Возгорание происходит, когда отсутствует удержание выходящих газов и паров, или возгорание происходит, когда произошел выход небольших количеств газа.

·Мощные взрывы вне резервуаров происходят, когда крупная авария на резервуаре приводит к выбросу большого облака паров газа, которое воспламеняется, не успев рассеяться.

Контроль источников возгорания в опасных зонах является важным условием безопасного обращения со сжатыми и сжиженными углеводородными газами. Этого можно достичь, внедрив систему выдачи разрешений на проведение и контроль горячих работ, выделением мест для курения, регламентируя работы моторных транспортных средств, двигателей внутреннего сгорания иного назначения, а также использования открытого огня в зонах транспортировки, хранения или работы со сжатыми и сжиженными углеводородными газами. Другие меры защиты включают использование сертифицированного электрического оборудования и систем заземления, рассеивания и нейтрализации от электростатического электричества.

Лучшим средством уменьшения риска возгорания вытекающих сжатых или сжиженных углеводородных газов является остановка утечки или откачка поступления продукта, если это возможно. Несмотря на то, что большинство СНГ превращается в пар при контакте в воздухе, СНГ с низкой величиной давления парообразования, такие как бутан, и даже некоторые СНГ с высокой величиной давления парообразования, такие как пропан, не будут рассеиваться, если низка температура окружающей среды. Нельзя подавать воду на скопления этих газов, так как это создаст турбулентность и увеличит скорость парообразования. Парообразование скопления вытекшего газа можно контролировать обработкой пеной. Вода, если ее правильно направить на пропускающую задвижку или на небольшой разрыв в корпусе резервуара, может замерзнуть при контакте с холодным СНГ и блокировать утечку. Предотвращение возгорания СНГ требует охлаждения резервуаров и емкостей водой, чтобы не допустить их нагревания. В то время как горение сжатых и сжиженных углеводородных газов можно ликвидировать с помощью огнетушителей, распыления воды или сухого порошка, часто бывает более рационально позволить продукту выгореть, контролируя этот процесс таким образом, чтобы не сформировалось горючее взрывоопасное облако пара и не произошло повторное возгорание, если утечка газа продолжается уже после ликвидации пожара.