Пожарная опасность установок первичной перегонки нефти

Пожаровзрывоопасность аппаратов, при эксплуатации которых  возможен выход горючих веществ  наружу без повреждения их конструкций.

Взрывопожароопасные концентрации образуются при остановке  работы аппаратов или трубопроводов  в результате неполного удаления жидкостей, паров или газов из внутреннего объема системы, а при пуске аппаратов и трубопроводов - в результате недостаточного удаления воздуха.

Непосредственными причинами образования взрывоопасных  концентраций при остановке аппаратов  являются:

неполное удаление из аппарата огнеопасных жидкостей. Если в резервуаре осталась горючая жидкость, то удалить ее последующей продувкой очень сложно;

недостаточная продувка водяным паром или инертным газом внутреннего пространства аппаратов и трубопроводов от оставшихся жидкостей и паров;

негерметичное отключение от подлежащих остановке  аппаратов соединенных с ними трубопроводов с огнеопасными жидкостями или газами.

Просачиваясь  через негерметичные задвижки, пары жидкостей постепенно накаливаясь, могут образовать взрывоопасные концентрации даже в полностью опорожненных и правильно продутых аппаратах и трубопроводах.

Нефть - легковоспламеняющаяся жидкость темно-бурого цвета, представляющая собой смесь углеводородов. Плотность 840-880 кг/м³, температура вспышки t_всп=-35⁰С, температура самовоспламенения t_с=320⁰С, температурные пределы воспламенения нижний - 21⁰С, верхний - 8⁰С, скорость выгорания 9-12 см/ч, скорость прогрева слоя и его нарастания 24-36 см/ч, температура пламени 1100⁰С, температура прогретого слоя 130-160⁰С.

Оценку пожаровзрывоопасности  среды внутри технологического оборудования производят согласно ГОСТ 12.1.044-89. Для  того чтобы среда внутри резервуара была горючая необходимо соблюдение следующего условия:

 

,

 

где: % и %.

где j_н,в-нижний и верхний концентрационные пределы распространения пламени и равны для нефти соответственно 0,9-5,36% (6). Рабочая температура 25°С,

 

.

 

Тогда

.

j_s - концентрация насыщенных паров, которая приблизительно равна рабочей концентрации в резервуаре j_р, т.е.

 

,

 

где: Р_р - рабочее давление в аппарате 1. 10⁵ Па (по условию); Р_s - давление насыщенных паров, определяется по формуле:

 

170,2 кПа.

 

Следовательно,

Отсюда делаем вывод, условие 0,9 < 1,67 < 5,36 соблюдается, следовательно, среда в аппарате пожаровзрывоопасная.

При нормальной работе хранилищ нефти возможен выход  горючих паров в случае нагрева  при изменении температуры окружающего воздуха. В этом случае имеет место «малое» дыхание. При «малом» дыхании количество выходящих паров определяют место по следующей формуле:

 

 

где G_м - масса горючих паров, вышедших из емкости, кг; V_св - величина свободного объема, м³; Р_р - рабочее давление, Па; Т₁ - начальная температура, К; Т₂ - конечная температура, К; j₁ - начальная концентрация насыщенных паров, об. доля (%); j₂ - конечная концентрация насыщенных паров, об. доля (%); j_ср - средняя концентрация насыщенных паров, об. доля (%); М - молярная масса, кг. моль^-1.

Отсюда объем  взрывоопасной смеси

 

 

j^н_г,без - безопасная концентрация паров, кг. м^-3.

Безопасную  концентрацию горючих паров определяем по уравнению:

 

 

где: j^н_{г, без.} - безопасная концентрация паров, об. доля (%); V_t= 22,413 м³. кмоль^-1 - объем, занимаемый 1 кмоль паров.

Безопасную концентрацию горючих паров определяем по уравнению:

 

j^н_{г, без}= 0,9 (j_н - 0,7R)

 

где: j_н - нижний концентрационный предел распространения пламени, %; R = 0,3 - воспроизводимость метода определения показателя пожарной опасности.

Затем принимаем взрывоопасную  зону цилиндрической формы, где высота равна диаметру. Диаметр зоны взрывоопасных  концентраций определяем по формуле:

 

Определим объем взрывоопасной  зоны при наиболее опасном случае выхода паров нефти при следующих  исходных данных:

· начальная температура 25°С

· конечная температура 40°С

Определяем  давление насыщенных паров при начальной  и конечной температуре:

 

Р_Н1= 170,2 кПа.

Р_Н2= 252,3 кПа.

 

Определяем  рабочую концентрацию паров нефтепродуктов при начальной и конечной температурах:

j_{Р 1}= 1,702/ 101,325. 100= 1,679%

j_{Р 2}= 2,523/ 101,325. 100= 2,49%

Определим среднюю  рабочую концентрацию:

j_ср = %

Определяем  массу горючих паров вышедших из резервуаров при «малом» дыхании:

G_М=

Определим безопасную концентрацию горючих паров:

j_г.без. = 0,9 (0,9-0,7. 0,3)= 0,621%.

Определим безопасную концентрацию горючих паров в  объемных долях:

j^н_{г, без.} = кг. м^-3;

V_в.з = .

Диаметр взрывоопасной  зоны:

м.

Следовательно, радиус взрывоопасной зоны составляет 14,7 м.

Произведу оценку выхода паров нефти при «большом»  дыхании.

При «большом»  дыхании количество выходящих паров определяют по следующей формуле:

 

 

где G_б - масса горючих паров, вышедших из емкости, кг; DV - изменение объема, м³; Р_р - рабочее давление, Па; Т_р - рабочая температура, К; j_s - концентрация насыщенных паров при рабочей температуре, об. доля; М - молярная масса, кг моль^-1.

Объем взрывоопасной  зоны определяем по уравнению:

 

V_вз=

 

j^н_г,без - безопасная концентрация паров, кг м³.

Безопасную  концентрацию горючих паров определяем по уравнению:

 

 

где: j^н_г,без - безопасная концентрация паров, об. доля; V_t= 22,413 м³ кмоль^-1 - объем, занимаемый 1 кмоль паров.

Безопасную  концентрацию горючих паров определяем по уравнению:

 

j^н_г,без= 0,9 (j_н - 0,7R)

 

где: j_н - нижний концентрационный предел распространения пламени, %; R=0,3 - воспроизводимость метода определения показателя пожарной опасности.

Затем принимаем  взрывоопасную зону цилиндрической формы, где высота равна диаметру. Диаметр зоны взрывоопасных концентраций определяем по формуле:

 

 

Определяю объем  взрывоопасной зоны при наиболее опасном случае выхода паров нефти.

При следующих  исходных данных:

· температура окружающего воздуха 40°С;

· величина нижнего концентрационного предела распространения пламени 0,9%;

· объем, заполняемый нефтью 1200 м³ (степень заполнения 0,9);

· Молярная масса нефти - 121. кмоль^-1;

Определяем  безопасную концентрацию горючих паров:

j_{г, без}= 0,9 (0,9 - 0,7. 0,3)= 0,621%;

Безопасная  концентрация (массовая) горючих паров:

j^н_г,без= .

Масса вышедших паров:

G_б=

Объем взрывоопасной зоны:

V_вз=

Диаметр взрывоопасной зоны:

Следовательно, радиус взрывоопасной  зоны составляет 24,5 м.

 

3.2 Анализ источников  зажигания и путей распространения пожара

 

При ремонте и эксплуатации технологического оборудования имеет  место высечение искр при использовании  искрящего инструмента. Размеры  искр удара и трения, которые представляет собой раскаленную до свечения частичку металла, обычно не превышающую размера 0,5 мм, а их температура находится в пределах температуры плавления металла. Температура искр, образующихся при соударении металла, способных вступить в химическое взаимодействие друг с другом с выделением значительного количества тепла, и может превышать температуру плавления.

Открытые источники  огня

Пожары, вызванные  открытым огнем довольно частое явление. Это объясняется не только тем, что  открытый огонь широко используется для производственных целей, при  аварийных и ремонтных работах  и поэтому нередко создаются  условия для случайного контакта пламени с горючей средой, но и тем, что температура пламени, а также количество выделяющегося при этом тепла достаточно для воспламенения почти всех горючих веществ. Трубчатые печи с огневым обогревом характеризуются наличием горящего топлива, высоко нагретой теплообменной поверхностью и раскаленными конструктивными элементами топки. При сжигании газообразных веществ действительная температура горения колеблется в пределах 1200-1400⁰С, жидкостей 1100-1300⁰С.

При такой температуре  аппаратов огневого действия всякие повреждения и аварии смежных аппаратов, сопровождающиеся выходом наружу горючих жидкостей, паров или газов и распространением их в сторону печей, неизбежно приведут к возникновению вспышки и пожару. Для безопасного ведения процесса необходимо предусматривать паровую защиту печей.

Значительную  пожарную опасность представляют собой  огневые ремонтные и монтажные  работы. Пожарная опасность обусловлена  не только открытым пламенем, но и наличием раскаленного и расплавленного металла. При газовой сварке температура пламени дуги при использовании угольных электродов составляет 3200-3900⁰С, стальных электродов 2400-2600⁰С. При попадании на горючие материалы искры воспламеняют их.

 

Тепловое  проявление химической реакции

По условиям технологии, находящиеся в ректификационных колоннах, трубчатых печах, насосах, жидкости нагреты до температуры превышающей температуру их самовоспламенения. Появление неплотностей в аппаратах и трубопроводах и соприкосновение с воздухом выходящего наружу продукта, нагретого выше температуры самовоспламенения, сопровождается его загоранием.

Определенную  опасность в возникновении загораний  и пожаров являются случаи самовозгорания отложений сернистых соединений железа.

Окисление сернистых  соединений железа начинается с подсыхания поверхности и соприкосновения ее с кислородом воздуха, при этом температура постепенно повышается, появляется голубой дымок, а затем и пламя. В результате этого отложения разогреваются иногда до температуры 600-700⁰С.

Избежать самовозгорания сернистого железа можно путем химической очистки от сероводорода, поступающих на обработку нефтепроводов и самой нефти.

Возможные пути распространения пожара

Пожары на нефтеперерабатывающих  заводах протекают в сложных  условиях с быстрым распространением огня на соседние аппараты и участки, и, зачастую, принимают характер катастрофы с огромным материальным ущербом. Наличие больших объемов легковоспламеняющихся и горючих жидкостей приводит к тому, что пожар на установке может принять значительные размеры. Условиями распространения горения на установке являются: разливы по территории установки горючих и легковоспламеняющихся жидкостей; разветвленная сеть промышленной канализации при неэффективности гидравлических затворов в колодцах; отсутствие аварийных сливов из емкостных аппаратов, линий стравливания газовоздушных смесей из аппаратов; разветвленная сеть трубопроводов при отсутствии на них гидравлических затворов. При пожаре возможен взрыв, так как имеет место образование взрывоопасных концентраций в них. Испарение паров легковоспламеняющихся жидкостей и газов будет создавать газовоздушную смесь, которая при ветреной погоде будет перемещаться к возможному очагу пожара.

Расчет  аварийного слива резервуара с нефтью.

Продолжительность аварийного слива нефтепродуктов из емкостей определяется зависимостью

 

τ_слив=τ_опор.+τ_о.п.≤[τ_слив],

 

где: τ_слив - производительность аварийного слива, с;

τ_опор - опорожнения аппарата, с;

τ_о.п - продолжительность операций по приведению системы слива в действие, с;

[τ_слив] - допустимая продолжительность аварийного слива, с.

Резервуар с  нефтью - вертикальный цилиндрический аппарат d=15,2 м, Н=12 м, V=2000 м³, степень заполнения e=0,9.

Продолжительность опорожнения емкости определяется по формуле

 

τ_опор = ,

 

где: Н, D - соответственно высота и диаметр резервуара, м

j_сист - коэффициент расхода системы

¦_вых - сечение сливного трубопровода на выходе в аварийную емкость, м

h - расстояние (по вертикали) от выпускного отверстия до выходного сечения аварийного трубопровода, м

Определим сечение  сливного трубопровода на выходе в аварийную емкость:

 

 

где: d - диаметр выходного патрубка, м принимаем d _вых =0,28 м.

.

Расстояние  от выпускного отверстия емкости  до выходного сечения аварийного трубопровода принимаем h=6,5 м. Аварийную емкость необходимо расположить на расстоянии 30 м от аппаратуры наружной установки. Аварийный слив осуществляется самотеком. Вместимость аварийной емкости принимаем 2000 м³_. Трубопровод аварийного слива проложим с односторонним уклоном в направлении аварийной емкости. Линия аварийного слива от распространения пламени защищается гидравлическим затвором.

Определим коэффициент  расхода системы методом последовательных приближений

 

,

где: x_сист - коэффициент сопротивления системы.

 

x_сист= ,

 

где: - коэффициент сопротивлению трения для рассматриваемого участка трубопровода;

l_i, d_i - соответственно длина и диаметр рассматриваемого участка трубопровода, м;

- коэффициент местного сопротивления  на рассматриваемом участке системы  слива.

Коэффициент λ  ориентировочно берем из справочной литературы.

λ=0,0365 для d=280 мм₁+l₂=30 м d₁=d₂=280 мм

По справочным данным находим коэффициент местных  сопротивлений:

прямой ввод в сливной патрубок ξ₁=0,5;

внезапное сужение  трубы (в месте врезки аварийного трубопровода):

тройник для  прямого потока ξ=2·0.55=1,1

полностью открытая задвижка ξ=0,15;

гидравлический  затвор ξ=1.3;