Пожежна небезпека ректифікаційних колон

Пожежна небезпека ректифікаційних установок характеризується пожежонебезпечними властивостями горючих речовин, що обертаються на установці (ЛЗР, ГР, горючі зріджені гази), їхньою кількістю (через перетин колони середньої продуктивності при первинній перегонці нафти за 1год. проходить до 60 т. парів і близько 20-40 т. флегми), режимом роботи установки (температура, тиск) складністюапаратурного оформлення (на РУ найбільш небезпечними є колони висотою від 6-8 до 60м і більш діаметром - від 1 до 6м), можливістю ушкодження апаратів, джерелами запалювання, шляхами поширення пожежі.

Продуктивність РУ звичайно задається кількістю ректифікату, який потрібно одержати в одиницю часу, або кількістю самої суміші, яку необхідно переробити в одиницю часу. Для оцінки пожежної небезпеки процесу необхідно знати кількість і властивості всіх речовин, що обертаються в установці; вихідної суміші, ректифікату, флегми, кубового залишку, пожежонебезпечні властивості яких неоднакові. Визначити ці кількості можна з рівняння матеріального балансу ректифікаційної установки:

G_см = G_рек + G_ост

де G_см - кількість вихідної суміші, кг/год;

G_рек - кількість одержуваного ректифікату, кг/год;

G_ост - кількість одержуваного залишку, кг/год

У кубовій частині великогабаритних колон і на тарілках може знаходитися велика кількість ЛЗР і ГР, що нараховується тонами і десятками тон (при перегонці нафти на установці середньої продуктивності одночасно знаходиться до 20т ЛЗР і ГР). Обєм рідини, що знаходиться в тарілчастій ректифікаційній колоні, можна визначити по формулі:

V = (D²-md²_кн) h_Тn+D²H_куб (I)

де V - обємг рідини в колоні, м³.

D - внутрішній діаметр колони, м

d_кн - зовнішній діаметр ковпачка, м;

H_куб - висота рідини в кубі, м;

h_Т - висота рідини на тарілці, м;

n - кількість тарілок у колоні;

m - кількість ковпачків на тарілці.

Пожежонебезпечні речовини знаходяться не тільки в колоні, але й в інших апаратах ректифікаційної установки; теплообмінниках, збірниках, проміжних ємностях, ємностях зрошення й ін. Це необхідно враховувати при оцінці пожежовибухонебезпеки конкретної РУ.

При нормальному режимі роботи РУ горюче середовище усередині апаратів не утворюється, тому що повітря в колоні немає (температура у всіх місцях по висоті колони дорівнює температурі кипіння флегми, тому робочий тиск створюють тільки пари киплячої рідини; з розчином, що надходить на ректифікацію, повітря також потрапити не може в колону, тому що весь перетин труби заповнений рідиною) і температура кипіння рідини завжди вище температури верхньої межі запалення. У холодильниках, дефлегматорах, сепараторах, насосах горюче середовище не утвориться по тим же причинам.

t_р > t_впв

Горюче середовище утворюється в апаратах з перемінним рівнем рідини (мірники, проміжні ємності, збірники), якщо вони поєднані з атмосферою через дихальні клапани (труби) і виконуються наступне умова:

t_нпв t_р t_впв

Горюче середовище в РУ може утворитися в періоди зупинки їх на ремонт, пуску в експлуатацію, а також при проведенні ремонтних робіт. Неповне звільнення колон і інших апаратів від продукту, неповне відключення від усіх зв'язаних з ними апаратів і недостатня продувка водяною парою або інертним газом при відкриванні люків приводять до утворення горючого середовища усередині апаратів.

Головною причиною небезпеки працюючих колон і зв'язаних з ними апаратів є вихід назовні горючих парів і флегми при наявності нещільностей і ушкоджень, що приводять до підсмоктування усередину апаратів визначеної кількості повітря. Наслідки витоку залежать від місця ушкодження, від робочої температури в колоні і температури самозапалювання речовини, що виходить. По співвідношенню величини робочої температури і температури самозапалювання речовини, що виходить назовні, колони можна розділити умовно на дві групи:

перша група - колони, у яких t_р < t_cв (колони для виділення спиртів, ефірів, бензину, ароматичних вуглеводнів і ін). При виході назовні речовин можуть утворюватися пожежовибухонебезпечні концентрації, для запалення яких необхідне зовнішнє джерело запалювання. При виділенні зі слабких водяних розчинів ЛЗР або ГР пожежна небезпека буде зв'язана лише з верхньою частиною колони, де знаходяться легкокиплячі рідини (ЛЗР, ГР), а нижня частина - негорючий водяний розчин;

друга група - колони, у яких робоча температура вище температури самозапалювання речовин, тобто t_р > t_cв (разгонка мазутів, крекінгу нафти і газу, кам'яновугільних смол і т.п). У цих колон небезпечний низ, тому що з нижньої частини таких колонвиходить продукт, що займається при зіткненні з повітрям.

Характерними причинами утворення нещільностей і ушкоджень при експлуатації РУ можуть бути:

механічні впливи; (удари, вібрація, ерозія, гідроудар; вібрація колон або трубопроводів спостерігається при неякісному їхньому кріпленні і впливі вітру, а також при струсі від працюючих машин і пульсуючого тиску, ерозія виникає найчастіше в місцях уведення вихідної суміші в колону, коли струмінь розчину вдаряється в стінку колони, протилежну введенню, а також у верхній частині шлемової труби;

температурні впливи на матеріал апаратів: небезпечні температурні впливи на матеріал апаратів і трубопроводів спостерігаються при різкій зміні температур, впливі атмосферних, опадів, при ушкодженні теплоізоляції, у тому числі впливи теплоти пожежі;

хімічний знос матеріалів: корозії піддаються в основному внутрішня поверхню корпуса колони, патрубки, ковпачки і шлемова труба; посиленому хімічному зносу сприяє наявність у нафтопродуктах сірчистих сполук, вільної сірки, хлористих солей кальцію і магнію, висока температура і безупинний рух потоків.

· підвищення тиску.

ПІДВИЩЕННЯ ТИСКУ В РК може бути при:

· порушенні матеріального балансу;

· підвищенні температурного режиму;

· порушенні процесу конденсації парів;

· влученні у високотемпературні колони рідин з низькою температурою кипіння.

· Порушення матеріального балансу відбувається в результаті збільшеної подачі вихідної суміші в колону, порушення відбору з колон парової фази і залишку через утворення твердих відкладень, пробок у виді коксу, смол, полімерів, льоду або кристалогідратів у трубах для відводу пари і висококиплячого залишку, а також у патрубках і отворах тарілок колони.

G_см + G_ф ¹ G_п +G_ост

Підвищення температури в колоні (порушення теплового балансу) відбувається при подачі вихідної суміші з підвищеною температурою, збільшенні подачі теплоносія в кип'ятильники або подачі його з підвищеною температурою, зменшенні кількості флегми, подаваної на зрошення.

Q_кип + Q_см + Q_фл = Q_п + Q_ост + Q_пот

де Q_кип,Q_см,Q_фл - кількість тепла, що надходить у колону відповідно через кип'ятильник, з початковою (вихідною) сумішшю, із флегмою Q_п,Q_ост,Q_пот - кількість тепла, що відводиться з колони відповідно в дефлегматор з паром, із залишком, втрати в навколишнє середовище.

При порушенні процесу конденсації пари-ректифікату, що надходить з колони в дефлегматор і конденсатор-холодильник у всій ректифікаційній колоні (установці) підвищуються температура і тиск. Причина - зменшення і повне припинення подачі холодоагента, надходження його з більш високою початковою температурою або сильне забруднення теплообмінної поверхні малотеплопроводними відкладеннями. Частина пари, що нескондесувалося, може виходити назовні через дихальну лінію на ємності ректифікату, створюючи місцеву горючу суміш з повітрям (див, приклад пожежі на НПЗ Новоярославському)

a * G_см * i

Dp = ---------- * P_о

V_св * r_t

де Р_о – тиск навколишнього середовища, Па;

a - ступінь неповноти конденсації парів, с/с;

G_n – продуктивність колони по парі, кг/с;

t - тривалість порушення, с;

V_{віл –} вільний об’єм системи, м³;

r_t – густина, кг/м³.

У випадку попадання у високонагріті колони рідин з низькими Т_кип через помилкові переключення, подачу в колонну обводненої пари відбувається перегрів і миттєве скипання рідин зі швидким (вибуховим) ростом тиску. Вода, що залишилася, у колоні після гідравлічного іспиту, з наступною подачею в неї нагрітого до високої температури проекту викликає таку ж небезпеку.

Величину збільшення тиску Dp у цьому випадку визначають:

де P_о – атмосферний тиск, (0,1 МПа);

m - кількість рідини, що потрапила в колону і цілком випарувалася в ній; кг;

r_t - щільність пар рідини, кг/м³

V_св - вільний об’єм колони, м³.

МОЖЛИВІ ДЖЕРЕЛА ЗАПАЛЮВАННЯ:

· самоспалахування ГР і парової фази при виході назовні і зіткненні з повітрям;

· печі, реактори, вогневі ремонтні роботи на території або на прилеглих технологічних установках, нагріті елементи конструкцій, якщо їхня температура перевищує Т_св пароповітряної суміші;

· самозаймання відкладень на внутрішніх поверхнях колон і трубопроводів, утворення пірофорних сполук;

· іскри, що утворюються при користуванні інструментом, що іскриться, у ході чищення і ремонту, іскри від електроустаткування, розрядів статичної електрики і т.д.

Можливі шляхи поширення пожежі:

· по поверхні що розлилися (частіше нагрітих) ЛЗР і ГР;

· по парогазоповітряній хмарі, дихальним лініям;

· по трубопроводах промислової каналізації, трубопроводам, звільненим від продукту;

· по поверхні теплоізоляції;

· по поверхах, по площадках етажерок і по території установки.

· іскри, що утворяться при користуванні інструментом, що іскриться, у ході чищення і ремонту, іскри від електроустаткування, розрядів статичної електрики і т.д.

Висновок: таким чином, ректифікаційні колони являють собою складні аппараты, що працюють у жорстких умовах і мають велику пожежну небезпеку, що обумовлюється насамперед наявністю великої кількості горючих речовин, а також імовірністю виникнення джерел запалювання і наявності шляхів поширення пожежі.

ЗАВДАННЯ НА САМОПІДГОТОВКУ

1.М.В.Волков, О.М.Алексеев, Н.Ф.Шатров. Пожарная профилактика технологических процесов производств. М.: ВИПТШ.-1986. С.215-242.

2.В.С.Клубань, А.П.Петров, В.С.Рябиков. Пожарная безопасность предприятий промышленного и агропромышленного комплекса. М. “Строй-издат.-1987.-с.-152-164.

3.Г.М.Котов, О.М.Волоков, В.П.Пустомельник Противопожарные мероприятия на нефтеперерабатывающих заводах М.:Стройиздат.-1981.- с.32-37

4.0бщие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств Госгортехнадзор СРСР. 1988.- (Сб. №30).

5.Правила пожежної безпеки в Україні. Київ. -“Укрархбудинформ”.-1995. С.80.

6.Ведомственные указания по противопожарному проектированию предприятий, зданий и сооружений нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. ВУПП-88. (Сб. №31).

Лекцію підготував: к.т.н. О.М. Роянов

Дата добавления: 2014-01-11