Файл: Брейман, М. И. Инженерные решения по технике безопасности в пожаро- и взрывоопасных производствах.pdf

При определении места ввода «выметающего» газа следует учитывать условия продувки всей факельной системы. Расчетные объемы «выметающего» газа следует вводить в факельную систе­

му задолго до зажигания дежурной горелки (примерно за сутки).

Это связано с тем, что после прекращения сброса горячих газов,

находящихся в факельной системе, оставшийся газ немедленно на­

Например, в факельной системе объемом 56,6 м3 при 204°С,

если отсутствует подача «выметающего» газа, количество посту­ пившего воздуха составит 36,7 м3. Если «выметающий» газ посту­

пает в начало факельной системы и поэтому воспринимает тепло от трубопроводов и деталей системы, продувочный эффект усили­ вается. При этом сохраняется постоянный поток газов в направле­ нии к выпускному отверстию факела.

В работе Р. Д. Рида [30] приводятся соображения по объемам

газов, необходимым для продувки факельной системы. Один из

исследователей считает, что объем «выметающего» газа должен обеспечить скорость потока в стояке факела, равную 0,03 м/с. Сам Р. Д. Рид предполагает, что это исследование соответствует толь­ ко газам при нормальной наружной температуре. При более вы­

соких температурах для продувки требуются большие объемы

газов. По данным других авторов, на основании многократных про­ верок установлено, что для предотвращения глубокого проникно­

газ — метан). Потребность в «выметающем» газе значительно уве­ личивается при повышении скорости ветра. Полученная при испы­

тании необходимая скорость истечения газа 0,91 м/с соответствует

скорости ветра на уровне земли 32 км/ч.

Как видно, приведенные данные противоречивы, не обоснова­

ны точным расчетом, недостаточно проверены на практике, и пе­

ред нашими научно-исследовательскими организациями открыва­

ется широкое поле деятельности для исследований по этому важ­ ному вопросу.

О последствиях попадания воздуха в факельные системы мож­

но судить по некоторым авариям, описанным ниже.

На заводе «Чоколейт бейю» фирмы «Монсанто» (США) про­

изошел взрыв в факельной системе. Факельная система (рис. ІІІ.8) была предназначена для сжигания газов, образующихся при пе­ реработке нефти и поступающих в систему от предохранительных

клапанов и по системе продувания. Обычно в факельную систему

поступали вещества, представляющие собой смесь легких газо­

образных углеводородов и небольшого количества паров, вызыва­

ющих коррозию. Факельная система была снабжена сборником конденсата 4, установленным в основании стояка факела. Верх-

170

ний конец стояка расположен приблизительно на 60 м выше уров­

ня земли.

В качестве опоры этого стояка, а также для нескольких других

стояков для сжигания и выброса газов, была использована метал­

лическая конструкция (вышка). На верхних концах стояков для

факелов установлена дежурная горелка 1. Стояк факела укреплен

в верхней части вышки. Между основанием стояка и сборником

конденсата находилось компенсационное соединение 3. Система непрерывно продувалась природным газом. Расход вдуваемого в

коллектор выметающего

газа был выбран так,

чтобы предотвратить

распространение пламе­

ни от факела внутрь системы в случае образо­ вания взрывоопасной смеси.

В июле 1966 г. в фа­

кельной системе произо­

шинстве таких аварий, точную причину взрыва установить не уда­ лось. Разрушения в системе были ограничены компенсационным

соединением и сборником конденсата, расположенным в основании

стояка факела. Компенсационное соединение оказалось полностью выведенным из строя. Его осколки были найдены на расстоянии

9 м от сборника конденсата. Осмотр отдельных частей компенса­ ционного соединения показал, что в них имеются отверстия диа­

метром 12,7 мм. Эти отверстия образовались в результате корро­ зии, были обнаружены еще до взрыва, и новое компенсационное

соединение было уже доставлено на завод для замены прокорро-

дировавшего.

Расположенный в основании стояка факела сборник конденса­ та имел в нижней своей части дренажный трубопровод. Осмотр сосуда показал, что место соединения сваркой сборника с этим

трубопроводом подверглось действию интенсивной коррозии.

Как уже было отмечено выше, для предотвращения обратного распространения пламени при проникновении в факельную систе­

171

му воздуха всю систему продували природным газом. За два дня до аварии подача природного газа была прервана и временно за­

менена подачей азота. Причиной замены выметающего газа азотом

была подготовка к текущему ремонту предохранительных клапа­

нов. Поскольку этот ремонт предстояло осуществить при работа­ ющей факельной системе, замена выметающего газа азотом умень­ шала опасность выделения взрывоопасной среды.

Предохранительные клапаны после ремонта были поставлены на свое место приблизительно за 5 ч до взрыва. В тот момент, когда произошел взрыв, продолжалась подача азота. Приблизи­ тельно за 20 ч до взрыва произошло временное прекращение пода­

чи электроэнергии на всем заводе. Это обстоятельство усложнило

проведение расследования. Связь между аварией в энергосети и взрывом установить не удалось. В результате аварии в энергосети колонный перегонный аппарат, который продувался в факельную систему, на некоторое время был остановлен для очистки системы

предварительного подогрева сырья. При вводе колонны в дейст­

вие произошел взрыв. Остальная часть оборудования функциони­ ровала нормально.

Взрыв произошел в результате проникновения воздуха в фа­ кельную систему. Воздух попал в систему либо через отверстия в сильно корродированном компенсационном соединении, либо в результате подсоса в факельную систему из перегонной колонны во время ввода ее в действие. Наиболее вероятной причиной попа­

дания воздуха в систему было повреждение компенсационного со­ единения в результате коррозии. При нормальных условиях рабо­ ты скорость выметающего газа была достаточной для предотвра­

щения поступления воздуха через прокорродировавшие места в

систему. Дежурная горелка факела, по-видимому, стала источни­ ком воспламенения находившейся в системе взрывоопасной смеси.

К Другим многочисленным обстоятельствам, которые в той или иной степени могли стать причиной взрыва, можно отнести:

проведение ремонтных работ без выключения системы;

неудачный выбор материала для компенсационного соедине­ ния;

отсутствие возможности отключить от системы предохрани­

тельные клапаны.

Включение факельной системы в работу после ремонта — весь­

ма ответственная операция.

На одном нефтехимическом предприятии фирмы «Монсанто»

(США) произошел взрыв в факельной системе из-за попадания

в нее углеводородов во время подготовки системы к продувке азо­

том после текущего ремонта.

Факельная система была предназначена для сжигания газов

при продувке аппаратов технологических установок и сбросов с

предохранительных клапанов. Факельный ствол оснащен дежур­

ной горелкой и сборником конденсата, установленным у его осно­ вания. Сборник конденсата не был оборудован гидрозатвором.

172

При остановке производства на текущий ремонт факельная си­

стема была освобождена от газа, все предохранительные клапаны отглушены от факельных трубопроводов, дежурная горелка пога­

шена.

После окончания ремонтных работ на установке приступили к

подготовке факельной системы к пуску, при этом сняли ранее ус­

При расследовании причин взрыва выявилось, что взрывоопас­

ные газы попали в факельную систему через неплотно закрытый

пробковый кран, установленный после предохранительного клапа­

на и служащий для отключения установки от факельной системы.

При снятии заглушки за клапаном (по ходу потока) возник под­ сос воздуха в факельную систему. Источником воспламенения

взрывоопасной смеси послужил временный факел, расположенный

в непосредственной близости от основного факельного ствола и обслуживающий временную установку.

Взрывы и аварии в факельной системе могут происходить

вследствие попадания в систему газов, которые вступают в хими­

ческое взаимодействие. Дж. Л. Килби [31] описывает обстоятельст­

ва взрыва в факельной системе, происшедшего по указанной выше причине.

На одном производстве имелись две самостоятельные факель­

ные системы. Одна факельная система обслуживала технологиче­

скую установку «А», другая — установку «В». При нормальном

режиме на установке «А» в факельную систему стравливались

инертные газы, а при нарушении режима в факельную систему

вместе с инертными газами стравливался ацетилен. В аналогич­

ных условиях из установки «В» в свою факельную систему страв­ ливались инертные газы, этилен и хлор.

Однажды появилась необходимость в ремонте факельного ствола, на котором сжигаются газы из установки «В». Во избежа­

ние останова установки «В» был смонтирован временный трубо­

провод, соединивший факельную систему этой установки с факель­

ной системой установки «А». Через некоторое время, когда обе

установки пользовались одним факельным стволом, произошел

взрыв.

Как потом выяснилось, в период работы на один факельный

ствол на установке «В» вследствие нарушения технологического

режима в факельную систему попал хлор. Одновременно был на­ рушен технологический режим на установке «А» и в факельную систему попал ацетилен. Известно, что ацетилен с хлором реаги­

рует со взрывом.

Из приведенных выше примеров следует, что безопасность экс­

плуатации пожаро- и взрывоопасных производств в значительной степени зависит от герметичности факельных систем и особенно от

наличия н поддержания в них постоянного минимального избыточ­ ного давления.

173

Особое внимание должно быть уделено организации ремонтных

работ на факельных системах и технологических установках, свя­

занных с факельными системами, чтобы во время производства

ремонта не допустить проникновения в систему воздуха и образо­

вания там взрывоопасных концентраций.

Предотвращение распространения пламени в факельных системах

При эксплуатации факельных систем существует потенциаль­

ная опасность распространения фронта пламени от факельного

ствола в факельные газопроводы и даже до технологической уста­

новки, с которой происходит стравливание газов.

Ниже приводится описание аварии, которая произошла на од­ ном нефтеперерабатывающем заводе фирмы «Монсанто» (США).

Факельная система была предназначена для сжигания газов,

поступающих с технологических установок при сбросах с предо­ хранительных клапанов. Как обычно, рядом с факельным стволом

постоянно горела дежурная горелка. У основания факельного

ствола был смонтирован сборник конденсата, оборудованный гид­

розатвором.

Однажды из-за резкого повышения давления в системе техно­

логической установки открылся предохранительный клапан, уста­

новленный на реакторе. После восстановления нормального ре­ жима в реакторе выяснилось, что нарушена герметичность предо­

хранительного клапана, в связи с чем вынуждены были остано­

вить установку.

Для безопасной работы по ревизии и ремонту предохранитель­ ного клапана следовало предварительно отключить клапан от фа­ кельной системы пробковым краном, установленным после кла­

пана. Однако рабочие, не перекрыв кран, сняли предохранитель­

ный клапан. В этот момент в факельной системе произошел взрыв и огонь вырвался из открытого фланца, с которого сняли предо­

хранительный клапан.

Эта авария произошла главным образом по следующим причи­

нам:

гидрозатвор сборника конденсата в результате утечки воды

оказался сухим;

после снятия предохранительного клапана естественная тяга в системе вызвала подсос воздуха;

пробковый кран, расположенный на стороне низкого давления

предохранительного клапана, не был перекрыт; 1

дежурные горелки факела послужили источником обратного

удара пламени.

Предотвращение распространения фронта пламени в факель­ ных системах обычно обеспечивается за счет установки на подво­ дящем газопроводе к факельному стволу огнепреградителя или

гидрозатвора. В отечественной нефтехимической и химической про­

174