Пожарная безопасность резервуарного парка цеха подготовки и перекачки нефти НГДУ «Лянторнефть»

Δω = ωнач - ωкон, Δω = 2,56 - 0 = 2,56 м/с (2.8)

Находим приращение давления в трубопроводе при гидравлическом ударе по формуле Н. Е. Жуковского, 4.13 [3]

 

ΔP = C · Δω · ρt, Па (2.9)

ΔР = 991.4 · 2,56 · 830 = 2110830 = 2,11 МПа

 

Определяем конечное давление нефти в трубопроводе по формуле 4.2 [3]

 

Рк = Рн + ΔР, Па (2.10)

Рк = 5 · 106 + 2,11 · 106 = 7,11 · 106 Па = 7,11 МПа

 

Определяем пробное давление Рпр при испытании трубопровода по формуле [2]:

 

 

Рпр = 1.25 · Рр (при Рр > 0.5 МПа), МПа (2.11),

Рпр = 1,25·5 = 6,25 МПа

 

Таким образом, давление в магистральном трубопроводе при гидравлическом ударе (при быстром перекрытии задвижки) превышает допустимое давление: Рк = 7,11 МПа > Рпр = 6,25 МПа, что может привести к разрушению трубопровода.

Давление гидроудара зависит от времени закрытия запорных устройств и длины трубопроводов. Чем меньше период закрытия задвижки и чем длиннее трубопровод, тем больше приращение давления.

Электроприводы задвижек в резервуарном парке позволяют плавно перекрывать трубопроводы. Подачу нефти насосами во избежание гидравлического удара нельзя резко изменять. Давление при пуске или остановке насоса нельзя резко повышать или понижать. Для защиты от гидроудара предусмотрены обратные клапаны и регуляторы сглаживания волн давления.

Оценим возможность повреждения магистрального трубопровода из-за приращения давления, вызванного уменьшением сечения трубопровода при наличии отложений или неполном открытии задвижки по формуле 4.1 [3]:

 

, Па (2.12)

 

Приращение давления в результате наличия отложений (на преодоление сопротивления) определим по формуле:

ΔP = ΔP2 - ΔP1, Па (2.13)

где: ΔP1 - давление при работе трубопровода, не имеющего отложений

ΔP2 - давление при работе трубопровода с отложениями

 

 

, Па (2.14)

 

где: d1 = 0,5 м - диаметр трубопровода без отложений;

ω1 = 2,56 м/с - скорость движения нефти определена ранее при Q = 3500 м3/ч;

d2 = 0,25 м - диаметр трубопровода на расчетном участке с отложениями;

ω2 - скорость движения нефти на расчетном участке трубопровода с отложениями. Определим эту скорость из уравнения неразрывности потока:

ω1·f1 = ω2·f2 (2.15)

 

Откуда: = 10,24 м/с

 

lэкв - эквивалентная расчетная длина трубопровода с учетом местных сопротивлений , принимаем lэкв = 4000 м;

λ1 и λ2 - коэффициенты гидравлического сопротивления трению для трубопровода без отложений и с отложениями.

Определим сначала режим движения нефти в трубопроводе по числу Рейнольдса Re:

 

Re = ω·d/ν (2.16)

 

где: d1 = 0,5 м - диаметр расчетного участка трубопровода, без отложений с отложениями - d2 = 0,25 м;

ν = 0,00069 м2/с, [2] - коэффициент кинематической вязкости нефти, берем его как для бензина

Находим число Рейнольдса, Re при d1 = 0,5 м и d2 = 0,25 м;

Re1 = (2,56·0,5)/0,00069 = 1855

Re2 = 10,24·0,25/0,00069 = 3710

Здесь выполняется условие: 2320<Re<10000 т.е режим течения переходный и λ определяется по формуле 4.4 [3]:

 

 (2.17)

 

Для трубопровода нормального сечения (без отложений):

Для трубопровода уменьшенного сечения (с отложениями):

Определяем потери напора по расчетной длине трубопровода lэкв = 4000 м по формуле (2.12) для участка без отложений:

для участка с отложениями:

В итоге приращение давления на преодоление сопротивления составит по формуле (2.13):

ΔP = ΔP2 - ΔP1 = 27850178 - 1044382 = 26805796 Па = 26,8 МПа

На основании расчета делаем вывод, что образование отложений ведет к уменьшению сечения трубопровода, что на расчетной длине 4000 м от d1= 0,5 м до d2 = 0,25 м приводит к увеличению давления в трубе на 26,8 МПа, что вызовет нарушение целостности трубопровода.

Чтобы избежать отложений, трубопроводы периодически чистят промышленными скребками. Для предупреждения гидравлических ударов в задвижках с электроприводом предусмотрена установка датчиков, сигнализирующих о неполном открытии задвижек.

Причиной повреждения трубопроводов может явиться химическое воздействие, а именно, химическая и электрохимическая коррозия, а также механическое воздействие - эрозия (истирание стенок движущейся нефтью). Защита от серной коррозии аналогична защите от нее резервуаров.

Для защиты от электрохимической коррозии применяются: катодная защита, протекторная и дренажная защита.

 

3.5 Особенности повреждений резервуаров и возникновения пожаров в резервуарном парке

 

Особую опасность для объектов предприятия и прилегающей территории представляют случаи полного разрушения резервуаров с нефтью. Наиболее опасным фактором возникающего при этом пожара являются гидродинамическое истечение нефти. Так за период с 1970 по 1990 годы в бывшем СССР произошло 46 случаев аварий, связанных с частичным или полным разрушением резервуаров. Из этих аварий в 23 случаях (50%) возникали крупные пожары, в 11 случаях (24%) - разрушения резервуаров с нефтепродуктами пожарами не сопровождались и квалифицировались как аварии 1 и 2 категории, остальные 13 разрушений произошли при гидравлических испытаниях резервуаров.

Поток нефтепродукта при гидродинамическом истечении разрушает или промывает защитное обвалование (в 22 случаях из 46), или перехлестывает через него (в 12 случаях из 46). Это можно объяснить тем, что обвалование, выполненное согласно требований норм [7], рассчитано на гидростатическое удержание выходящей из резервуара нефти и оно не способно выполнить защитные функции при гидродинамическом истечении. Только в 8 случаях из 46 при разрушении резервуаров обвалование выполнило свои функции, но при этом истечение происходило из частично заполненных резервуаров, разрушившихся от внутреннего взрыва; 15 аварий сопровождались разливом нефтепродуктов за пределы территории резервуарных парков и катастрофическими последствиями с большим материальным ущербом и гибелью людей. В остальных случаях разливы жидкости ограничивались территорией резервуарного парка или нефтебазы.

Другой особенностью гидродинамического растекания является перенос вместе с горящей жидкостью открытого пламени, его теплового излучения и других опасных факторов пожара, что может привести к быстрому распространению огня на прилегающей к резервуарному парку территории.

Анализ полных аварийных разрушений резервуаров указывает на необходимость устройства специальных обвалований резервуарных парков, расположенных рядом с жилыми и промышленными объектами.

Пожар в резервуарном парке начинается, как правило, со взрыва смеси паров ЛВЖ с воздухом, находящейся в газовом пространстве резервуара. В результате взрыва происходит полное или частичное разрушение крыши резервуара и загорается жидкость на всей свободной поверхности. Значительно реже взрыв паровоздушной смеси сопровождается разрушением стенок резервуара с изливом его содержимого наружу.

Если концентрация смеси паров горючей жидкости (нефти) с воздухом в резервуаре будет выше верхнего концентрационного предела распространения пламени, то пожар, чаще всего, начинается с воспламенения и факельного горения струи, выходящей через дыхательную арматуру, открытые люки или через неплотности в крыше и верхней части корпуса резервуара.

Если резервуар после взрыва паровоздушной смеси загорелся, то в первые же минуты горения на поверхности жидкости (нефти), устанавливается температура, близкая к температуре ее кипения. Для нефтей эта температура непостоянна и превышает 100°С, постоянно увеличиваясь по мере выгорания легких фракций жидкости.

Скорость выгорания жидкости зависит от ее летучести, условий горения и скорости ветра.

Для нефти Vвыг = 9-12 см/ч, для сравнения скорость выгорания у бензина Vвыг - до 30 см/ч, у дизельного топлива 18-20 см/ч, с увеличением скорости ветра до 8-10 м/с скорость выгорания возрастает на 30-50% [8]. Имея ввиду, что теплота выгорания нефтепродуктов составляет 44000 КДж/кг, при пожаре будет выделяться большое количество тепла.

Стенка резервуара выше уровня нефти (горючей жидкости) под воздействием теплоты пожара сильно раскаляется и через 15-20 мин от начала пожара деформируется, если не принять меры к ее охлаждению. Под действием теплового потока от горящего резервуара, а при ветре и за счет непосредственного воздействия пламени, будет нагреваться стенка, крыша, дыхательная и другая арматура на соседних резервуарах. Нагрев дыхательной арматуры опасен тем, что прогретый до высоких температур огнепреградитель, перестает выполнять свои защитные функции, и при наличии взрывоопасной смеси внутри резервуара приводит к проскоку пламени внутрь резервуара, воспламенению смеси и взрыву. Если в резервуаре концентрация паров выше верхнего предела распространения пламени, то образующееся при нагреве стенок избыточное давление приводит к выходу паровоздушной смеси через дыхательную арматуру и воспламенению ее. Горение факела паров над арматурой будет дополнительно подогревать арматуру и конструкции резервуара в связи с чем может произойти деформация конструкции. Нагрев стенок при пожаре соседнего с горящим резервуара, имеющего концентрацию паров ниже φнпрп, может привести к интенсивному испарению нефти в соседнем с горящим резервуаре и повышению концентрации паров до φнпрп. При этом пламя, проскочив внутрь резервуара, вызовет его взрыв.

 

 

3.6 Источники зажигания

 

Характерными источниками зажигания для резервуарного парка могут являться:

1. Самовозгорание сернистых отложений (парофоров) в резервуарах с нефтью;

2. Механические искры при:

- ручном замере уровня жидкости в резервуаре и отборе проб нефти;

- использовании стальных инструментов (молотков, зубил, стальных скребков, лопат) при проведении ремонтных работ; ударах ключей о металл в момент подтягивания гаек; падении металлических инструментов;

3. Удары молнии и ее вторичные проявления;

4. Теплота при перегреве сальников уплотнений насосов, подшипников и электродвигателей;

5. Искры на контактах неисправных магнитных пускателей электрозадвижек и насосов;

6. Разряды статического электричества при перемещении нефти по трубопроводам;

7. Искры и дуги при проведении электросварочных, газосварочных, газорезательных работ, использовании открытого пламени паяльной лампы, факелов для отогрева замерзших труб, задвижек, разогрева битума и т.д..

При замере уровня взлива нефти в резервуарах образование искр наиболее вероятно при ударах о корпус резервуара замерных приспособлений, ремонтного инструмента при высоте их падения более 2-х метров.

Снижение пожаровзрывоопасности при замере уровня и отборе проб обеспечивается установкой на резервуарах безопасных дистанционных устройств замера уровня и сниженных пробоотборников, а также соблюдением правил пожарной безопасности, учитывающих особенности накопления статического электричества при перекачке нефти.

Так, для предотвращения опасного разряда статического электричества целесообразно отбирать пробы и замерять уровни нефти только через некоторое время после прекращения перекачки жидкости, когда произойдет естественное рассеивание накопленных зарядов. Для предотвращения создания разности потенциалов между поверхностью наэлектризованной жидкости и пробоотборником, которые приобретают заряды разноименных знаков, целесообразно устраивать перфорированную замерную трубку, устраняющую накопление электрического заряда в массе жидкости внутри резервуара и вблизи ее наружной поверхности.

При наличии в резервуарах сернистых отложений железа следует производить очистку оборудования от этих отложений, постепенное окисление образовавшихся в резервуаре самовозгорающихся отложений при очистке резервуаров (добавление небольших количеств воздуха к водяному пару, подаваемому на продувку, или постепенное заполнение водой и постепенное снижение ее уровня).

Перегревы подшипников и сальников насосов и электродвигателей могут возникнуть при нарушении смазки рабочих поверхностей, перекосах, чрезмерной затяжке подшипников, загрязнении их поверхностей, работе агрегатов при отключенной системе смазки.

Для исключения разогрева подшипников до высоких температур должно быть предусмотрено применение подшипников качения. Должна быть предусмотрена система смазки подшипников с использованием того сорта масла и в том количестве, которое установлено правилами эксплуатации для данного подшипника. Необходим постоянный контроль за температурой подшипника и очистка его корпуса от грязи и пыли.

Кроме того, необходимо устройство автоматики, предотвращающее пуск агрегатов при срабатывании агрегатных и общестанционных систем защиты.

Для предотвращения возникновения пожаров от разрядов атмосферного электричества, все резервуары, здание насосной и другие объекты резервуарного парка оборудованы молниезащитой.

 

3.7 Пути распространения пожара

 

Возникшие пожары в резервуарных парках принимают большие размеры, если имеются пути распространения пожара.

Путями распространения пожара в резервуарном парке могут быть:

1. Дверные, оконные и технологические проемы в помещении насосной;