выявление опасных воздействий, оказываемых на

А.П. Усачев, А.Л. Шурайц, А.А. Феоктистов, М. А. Усачев, Б.Т. Имангалиев
ВЫЯВЛЕНИЕ ОПАСНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ, ОКАЗЫВАЕМЫХ
НА РЕЗЕРВУАРНЫЕ УСТАНОВКИ СЖИЖЕННОГО УГЛЕВОДОРОДНОГО ГАЗА С ИСКУССТВЕННЫМ ИСПАРЕНИЕМ
Одной из основных причин возникновения рисков аварий на резервуарных установках (РУ) сжиженных углеводородных газов (СУГ) с искусственным
испарением (ИИ) является недостаточный технический уровень систем обеспечения их промышленной безопасности. На передний план в настоящее время
выходят технические причины, обусловленные недостаточной изученностью
технологических процессов на опасных производственных объектах, несовершенством технических устройств, отсутствием информации по внешним опасным воздействиям (ВОВ).
Резервуарные установки сжиженного углеводородного газа с искусственным испарением состоят из подземного резервуара, являющегося источником
газоснабжения, и системы регазификации (СР). Под внешними опасными воздействиями, оказываемыми на СР РУ; понимаются такие, которые создают
риск возникновения аварийной ситуации.
Отсутствие данных по анализу ВОВ на СР СУГ не позволяет разработать
технические решения по их эффективному устранению.
На СР СУГ с искусственным испарением имеют место следующие внешние опасные воздействия (см. рисунок).
1.
Воздействие свободной и растворенной воды (Fвод, всегда
находящейся в СУГ, заключается в образовании из нее и пропан бутановых смесей кристаллогидратных или ледяных пробок [1] на
различных участках СПР,
что создает риск прекращения подачи газа
потребителю.
Воздействие
непредельных
углеводородов
(F непр)
на
СР
заключается в полимеризации непредельных углеводородов на внутренней
поверхности испарительного устройства [2], дальнейшем снижении
интенсивности теплообмена, неполном испарении жидкой фазы, ее
попадании в газопровод низкого давления и газогорелочные устройства
потребителя, резком вскипании, повышении давления и отрыве пламени.
Воздействие
жидких
пентан
- амиленовых
фракций
(Fn/a)
заключается в возможности
их попадания в газогорелочные устройства,
что
может привести к погасанию пламени и, как следствие, к утечкам
паровой фазы в объем помещения.
4.
Воздействие твердых механических частиц (Fм.ч.) заключается в
истирании уплотнительных элементов,
нарушении герметичности
запорных устройств, предохранительно-запорных и сбросных клапанов,
регуляторов давления,
недопустимом
повышении давления у
потребителя, загрязнении теплообменных поверхностей испарительного
змеевика.
5.
Воздействие высокого содержания бутанов
на СР (Fм.д.)
с
искусственным испарением СУГ заключается в недопустимом снижении
фактического избыточного давления газа Рф [2]
в резервуаре и перед
регулятором давления ниже требуемого Ртр, т.е., Рф < Ртр.
6. Воздействие смесей (FCM) из двух и более углеводородов на СР СУГ
заключается в уменьшении коэффициента теплоотдачи от внутренней поверхности испарительной трубы к кипящей пропан-бутановой смеси при увеличении разности концентраций пропана в паровой и жидкой фазах [3,4] и, как
следствие, в неполном испарении жидкой фазы.
7. Воздействие высокого объемного показателя перехода жидкой фазы в
паровую (Fon п) при испарении пропана, бутана и их смесей в трубах заключается в возникновении и увеличении амплитуды колебаний давления и объемного
расхода выше максимально допустимой, приводящих к срабатыванию предохранительно-запорного клапана, прекращению газоснабжения, попаданию
жидкой фазы в газопровод потребителя.
8. Воздействие высоких удельных тепловых потоков теплоносителя (Ртеп)
на проточные регаэификаторы СР с искусственным подводом тепла заключается в возникновении кризиса кипения жидкой фазы СУГ, сопровождающегося
резким снижением коэффициента теплопередачи [3], нехваткой испарительной
поверхности, неполным испарением жидкой фазы, попаданием ее в газогорелочные устройства потребителя.
9.
Опасные
коррозионные воздействия (FKop) с наружной и с
внутренней сторон труб и оборудования СР создают изъязвления,
трещины, вплоть до сквозных повреждений и разгерметизации стенок
испарителя [1].
10. Механические воздействия (FMex) на трубопроводы СР и
фундамент, проложенные в зоне просадочных, сейсмически активных,
пучинистых сезоннопромерзающих грунтов, создают вероятность обрыва
трубопроводов и разгерметизации сварных швов.
11. Воздействие
недопустимо
высокого
нагрева
F Har
на
уплотнительные
прокладки
фланцев,
штуцеров,
запорных
предохранительных устройств заключается в их растрескивании и потере
герметичности.
12. Воздействия, обусловленные прямым
способом подвода
дымовых газов к СУГ (Fnp.Cn) заключаются
в появлении изъязвлений,
трещин, что создает вероятность сквозных повреждений в теплообменной
стенке, разделяющей СУГ и первичный энергоноситель.
13. Воздействия,
обусловленные
выносом
контура
жидкого
промежуточного теплоносителя за пределы взрывоопасной зоны вокруг
СР РУ (FB.K0H). В этом случае возникает опасность одновременной
разгерметизации стенок контура промежуточного теплоносителя (ПТ)
сразу в двух местах: 1) в стенке, разделяющей СУГ и ПТ; 2) в стенке,
разделяющей ПТ и топку котлоагрегата с последующей утечкой в топку и
возгоранием СУГ, повышением
его давления, возможным разрушением
котлоагрегата.
14. Воздействие на СПР источника зажигания (FИCT.3) при его
возникновении одновременно с образованием взрывоопасной
концентрации смеси паров СУГ с воздухом, заключается в воспламенении
последней сразу во всем объеме взрывоопасной утечки, в образовании
ударной волны и высокого теплового излучения, в риске возникновения
аварии.
15. Воздействие FH/TT от снижения температуры теплоносителя tтеп
ниже температуры конца кипения жидкой фазы, т.е. tтеп < tгк, приводит к
неполному испарению парожидкостной смеси СУГ и к попаданию жидкой
фазы в газогорелочные устройства потребителя.
16. Воздействие FB/TT от повышения
температуры теплоносителя
tтеп, в СР выше максимальной величины tmax т, т.е. tтеп > tmax теп. приводит к
повышению температуры перегрева паровой фазы на выходе из
проточного регазификатора, образованию трещин, снижении эластичности
резиновых мембран и уплотнительных прокладок
регуляторов давления,
предохранительных сбросных и запорных клапанов, сквозном повреждении.
Кроме этого, повышение температуры теплоносителя приводит к опасности появления трещин, расслоений, выхода из строя отдельных участков резиновой и
полихлорвиниловой изоляции проводов к электронагревателям и уплотнительных прокладок, нарушения работы регуляторов температуры, расположенных
на корпусе испарителя.
17. Воздействие на СР высокого давления СУГ (Fв.д.). Повышение
давления Рсуг в СР выше максимальной величины Рmах, т.е. Рсуг > Рmах,
возникающее при переполнении жидкой фазой испарительного устройства
и последующем
его нагревании, а также при
использовании
некондиционного газа,
приводит к опасности разрушения и
разгерметизации стенок трубопроводов и запорных клапанов.
18. Воздействие на СР климатических факторов (Fкл). Уменьшение
температуры наружного воздуха tHapB
ниже температуры конца кипения
к
СУГ, т.е. tHAP.B < tг , может привести
к
конденсации паровой фазы,
сопровождающейся
образованием
кристаллогидратов
в
регуляторе
давления и прекращению газоснабжения. Снижение
t HAP.B ниже tгк,
осложненное высокой скоростью ветра, или высокой влажностью воздуха,
или наличием осадков, усиливает конденсацию паровой фазы и
образование кристаллогидратов в регуляторе давления.
Выводы
1.
В процессе проведенного анализа были
выявлены внешние
опасные воздействия на
систему
регазификации
резервуарных
установок. Выявлены
эксплуатационные риски, возникающие при
опасных воздействиях.
2.
Результаты
проведенного анализа являются исходными
параметрами для разработки теоретической модели, а на ее основе и
конструкции системы защиты СР
РУ от внешних опасных воздействий,
позволяющей исключить вероятные эксплуатационные риски.
Литература
1.
Стаскевич Н.Л. Справочник по сжиженным углеводородным
газам/ Н.Л. Стаскевич. Л.: Недра, 1986. 543 с.
Курицын
Б.Н.
Системы
снабжения
сжиженным
газом/
Б.Н. Курицын. Саратов: Изд- во Сарат. ун-та, 1988. 196 с.
Преображенский
Н.И.
Сжиженные
углеводородные
газы/
Н.И. Преображенский. Л.: Недра, 1975. 279 с.
4.
Кутепов
A.M.
Гидродинамика
и
теплообмен
при
парообразовании/ A.M. Кутепов, Л.С. Стерман, Н.Г. Стюшин. М.: Высшая
школа, 1977.352 с.