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

Длина линий дистанционной передачи по­ казаний, м..................................................до 300

Уровнемеры УЦП-2М прошли ведомственные и государствен­

ные испытания. Промышленные испытания показали надежную

работу этих приборов.

Известны и другие перспективные направления контроля пре­

дельных уровней продукта в емкостях для сжиженных газов.

ГЛАВА 5

ИЗОТЕРМИЧЕСКОЕ ХРАНЕНИЕ СЖИЖЕННЫХ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ

Непрерывный рост производства и промышленного использо­ вания сжиженных газов требует создания экономических и на­

дежных в эксплуатации транспортных систем и хранилищ. В Со­

ветском Союзе и за рубежом для хранения сжиженных углеводо­

родных газов применяют стальные горизонтальные цилиндриче­ ские емкости и сферические резервуары, которые обладают рядом

существенных недостатков, главными из которых являются: высокая стоимость строительства и значительные металловло-

жения;

высокие эксплуатационные расходы;

потребность в больших площадях; пожаро- и взрывоопасность;

значительные колебания давления паров в зависимости от

наружных атмосферных условий.

За последние годы уделяется большое внимание замене обыч­

ных стальных резервуаров неметаллическими естественными и искусственно создаваемыми подземными емкостями, которые не

требуют для сооружения больших количеств металла и в ряде

случаев позволяют уменьшить капиталовложения. К ним относят­

ся следующие виды подземного хранения:

в заброшенных и приспособленных для этого выработках;

вемкостях, искусственно создаваемых в непроницаемых гор­ ных породах;

вподземных емкостях, создаваемых в соляных куполах путем размыва через буровые скважины.

Подземное хранение сжиженных углеводородных газов в есте­

ственных и искусственно создаваемых емкостях имеет известные

преимущества перед хранением их в наземных металлических ре­

зервуарах; снижение удельных капитальных затрат и эксплуата­

ционных расходов; большое уменьшение металлоемкости; почти полное отсутствие потерь от испарения; уменьшение пожаро- и

взрывоопасности.

Однако строительство подземных хранилищ возможно только при наличии вблизи промышленного предприятия отложений ка­ менной соли, ангидритов, гипса и других пригодных геологических

структур. Удаленность от предприятия благоприятных структур для подземных хранилищ вызывает необходимость строительства дополнительных трубопроводов, насосных станций и других со­ оружений и при определенных условиях применение подземных хранилищ становится нерентабельным.

В настоящее время широкое внедрение получает эффективный способ хранения сжиженных углеводородных газов при низкой

температуре и под давлением, близком к атмосферному,— так на­

зываемое изотермическое хранение. Например, при температуре

—42 °С пропан можно хранить уже при атмосферном давлении. В этом случае уменьшается расчетное давление при определении толщины стенок резервуаров; становится достаточным, чтобы стенки емкости выдерживали только гидростатическое давление

залитого продукта. Следовательно, для хранения переохлажден­ ных сжиженных газов могут быть использованы тонкостенные

резервуары. Это позволяет сократить расход металла в 8—15 раз

в зависимости от хранимого продукта и объема резервуара. Принципиальная схема изотермического хранилища изображе­

на на рис. IV.18. Хранилище состоит из двух основных частей: термоизолированной низкотемпературной емкости 1 и комплекса

холодильного и технологического оборудования 2.

Для изотермического хранения сжиженных углеводородных

газов применяют наземные металлические резервуары и подзем­

ные резервуары различных видов.

Как уже раньше подробно описывалось, складам сжиженных

газов с наземными резервуарами, работающими под давлением,

и с обычной температурой хранимого продукта, свойственна вы­ сокая пожаро- и взрывоопасность. Это обстоятельство диктует не­ обходимость соблюдения больших пожарных разрывов. Поэтому

площадь, занимаемая резервуарным парком сжиженных газов,

иногда в несколько раз превышает площадь основного производ­

ства. Размещение парков на больших территориях приводит, в свою очередь, к удлинению трубопроводов, дорог и других инже­ нерных сооружений, что значительно удорожает строительство.

Положение резко меняется при сооружении резервуарного пар­ ка низкотемпературных изотермических резервуаров. Это видно из примера компоновки оборудования, принятой для изотермиче­

ского хранилища пропана на газовом заводе в Западном Харт-

лимуне (Англия). Все оборудование холодильного блока разме­

щено на открытых площадях под навесом. В помещении располо-

242

жены только вторичные приборы контроля и автоматики, а также

пускатели электрооборудования.

Холодильный блок расположен непосредственно у обвалования

резервуара для изотермического хранения пропана, оборудование

размещено очень компактно, размер площадки холодильного бло­

вблизи Миннеаполиса. Компоновку его оборудования и принятую

систему безопасности можно в известной степени рассматривать

как типовое решение.

Площадка для размещения резервуаров внутри обвалования

спланирована с уклоном, достаточным для быстрого отвода лю­

бого количества жидкости на такое расстояние, чтобы в случае пожара резервуар оказался бы на значительном расстоянии от очага горения.

Холодильное оборудование размещено в первом здании, нахо­

дящемся на расстоянии 76 м от резервуара. Здесь же расположе­

ны компрессоры цикла хранения и панель местного управления.

Все оборудование, размещенное в здании, установлено во взрыво­ защищенном исполнении. Во втором здании установлены газомо­

токомпрессоры со своей панелью управления. В этом здании име­ ются с трех сторон большие раздвижные двери, которые автома­ тически раскрываются в момент запуска компрессоров. Системы

КИП и автоматики пневматические; освещение и двигатели, при­ водящие в движение двери, установлены во взрывозащищенном

исполнении. Однако в связи с тем, что газовые двигатели пред­

ставляют некоторую опасность, здание хорошо вентилируется и

на 30 м отнесено от первого здания компрессоров цикла хра­ нения.

На расстоянии 45 м от этой группы сооружений расположено третье здание, в котором размещены центральный пульт управ­ ления, пульт телеуправления всеми электродвигателями, транс­ форматоры, реле и т. и. В этом же здании установлены резерв­ ный электрогенератор и воздушный компрессор. Третье здание в связи с отдаленностью от двух первых зданий и резервуаров не рассматривается как взрывоопасная зона, поэтому в нем не все оборудование установлено во взрывозащищенном исполнении.

Все трубопроводы для удобства осмотра и обслуживания

расположены над землей на опорах высотой около 1,2 м. На от­ ветственных участках площади установлено противопожарное оборудование и оборудование техники безопасности.

Следует привести описание порядка ввода в эксплуатацию

этого изотермического хранилища и порядка первоначального за­ полнения емкости. Во время первого запуска при вводе в эксплу­ атацию оборудования вокруг резервуаров и компрессорных уста­ новок были расставлены передвижные воздуходувки, чтобы

обдувать места возможных утечек газа или жидкости. Перед пер­

вым заполнением резервуары и обвязка были подвергнуты про­

дувке азотом, а затем парами пропана. На обвязке были установ­

лены дренажные и продувочные линии со сбросом на свечу

таким образом, что продувка производилась постепенно по участ­

кам, в конечной части которых были установлены газоанализа­ торы непрерывного действия. Площадку хранилища периодически

контролировали для обнаружения взрывоопасных концентраций газа, особенно в местах возможных утечек через запорную арма­ туру и другое оборудование.

Смесь паров азота и пропана отводилась из резервуара, за­

тем конденсировалась большая порция пропана, которая дроссе­ лировалась обратно в емкость. При продувке теплообменника

потребовалось удалить значительное количество газа, пока содер­ жание азота в смеси не упало до 1%. Отбираемый газ проходил

через очиститель, откуда несконденсировавшаяся часть шла на свечу.

Эти операции проводились с двоякой целью: для очистки газа

от азота и для охлаждения резервуара. Примерно в одно время,

была закончена продувка, и на дне емкости скопилось некоторое количество жидкости при температуре —46,7 °С. Скорость про­

дувки и охлаждения выбиралась по производительности компрес­

соров из условий обеспечения равномерного охлаждения сталь­

ных стенок резервуара. Температура стенок контролировалась

многоточечным прибором, регистрировавшим показания десяти

термопар, расположенных на внутренней оболочке крыши, стенок

и днища резервуара.

После отвода газовой смеси и достаточного охлаждения резер­

вуара через наполнительную линию начинает подаваться пропан

244

со скоростью, позволяющей поддерживать рабочее давление в

резервуаре. Окончательно охлажденный резервуар заполняется до

заданного уровня с максимальной скоростью, а все процессы пе­ реводятся на автоматическое управление.

В литературе имеются описания устройств по газотермическо­ му хранению сжиженных углеводородных газов, применяемых в

других зарубежных странах. Описаны также подземные храни­ лища, в том числе используемые в нашей стране. В данной рабо­

те эти вопросы не освещаются, и читатель отсылается к специаль­

ной литературе*.

В течение нескольких лет во ВНИИпромгазе проводились ис­

следования в лабораторных условиях и опытно-промышленных

подземных хранилищах. На основании проделанной работы реко­

мендована перспективная конструкция герметизирующего устрой­

ства.

Особый интерес представляет изотермический низкотемпера­

турный способ хранения сжиженных газов в замороженном грун­

те. Основные преимущества ледогрунтовых хранилищ — почти полное отсутствие металла сравнительно невысокая стоимость при значительных объемах, долговечность, надежность и большая по­

жарная безопасность по сравнению с наземными резервуарами.

В работе H. Е. Сапунова и др. [46] сообщается об исследова­

нии пожароопасности подземной изотермической ледогрунтовой емкости для хранения сжиженных углеводородных газов. Хотя

вопросы, относящиеся к ледогрунтовым емкостям, здесь не рас­ сматриваются, но полученные исследованием материалы, возмож­

но, могут быть использованы при разработке мер тушения горя­

щих сжиженных газов.

Исследованиями установлено, что главным фактором, опреде­ ляющим скорость горения сжиженных углеводородных газов, яв­ ляется процесс подачи воздуха и образования газовоздушной

смеси.

Визуально пламя горящих сжиженных углеводородных газов в изотермической емкости напоминает пламя горящего в резер­ вуаре бензина, но выглядит менее коптящим. Отдельные языки пламени отрываются от факела. Угол отклонения пламени от вер­ тикали по направлению ветра не превышает 45° при скорости вет­ ра до 3 м/с. Средняя температура факела, измеренная оптиче­ ским пирометром, составляла около 1270°С, диаметр факела и.

высота примерно равны соответственно диаметру и 1,8—3,2 диа­

метра емкости.

По мере выгорания продукта высота пламени уменьшается, а

турбулентное горение принимает локонообразную форму. Темпе­ ратура ниже зеркала жидкости при горении в емкости оставалась

практически постоянной (в пределах от —17 до —190C). Горение

* См., например, Иванцов О. Μ. Хранение сжиженных углеводородных

газов. Μ., «Недра», 1973, 224 с.

245