Анализ пожарной опасности процесса первичной переработки нефти на установке АТ и разработка мер противопожарной защиты

1 2

---

Содержание

Введение 1. Описание технологического процесса 2. Анализ пожарной опасности технологического процесса 2.1 Анализ пожарной опасности обращающихся веществ и материалов 2.2 Оценка возможности образования горючей среды внутри технологического оборудования 2.3 Оценка возможности образования горючей среды при выходе веществ из технологического оборудования 2.4 Оценка возможности появления источников зажигания (инициирования горения) 2.5 Определение возможных причин и путей распространения пожара 3. Основные мероприятия и технические решения по обеспечению пожарной безопасности технологического процесса 3.1 Основные мероприятия и технические решения, направленные на предотвращение образования горючей среды внутри технологического оборудования 3.2 Основные мероприятия и технические решения, направленные на предотвращение повреждения технологического оборудования и образования горючей среды при выходе веществ наружу 3.3 Основные мероприятия и технические решения, направленные на предупреждение возникновения источников зажигания (инициирования горения) 3.4 Основные мероприятия и технические решения, направленные на предупреждение распространения пожара Заключение Список использованной литературы

Введение

Защита промышленных предприятий от пожаров и взрывов неразрывно связана с изучением пожаро-взрывоопасности технологического процесса производства. Без выявления причин возникновения и распространения пожара или взрыва нельзя провести качественно пожарно-техническое обследование объектов, исследование имевших место пожаров и взрывов, а следовательно, — необходимости дальнейшего улучшения защиты объектов. Разработка эффективной противопожарной защиты предполагает, помимо знаний общей методики анализа пожарной опасности, наличие глубокого понимания сущности технологии и пожароопасных свойств обращающихся в производстве веществ. Используемые в производстве вещества обычно претерпевают ряд физических и химических превращений: нагреваются, охлаждаются, реагируют друг с другом и т.д. Все эти процессы широко используются в большинстве современных производств и поэтому называются основными технологическими процессами. Наиболее распространенными в промышленности и пожароопасными являются процессы нагрева, ректификации, абсорбции и сушки. Целью курсового проекта является осуществление анализа пожарной опасности технологического процесса, и разработка мер противопожарной защиты. Метод анализа пожарной опасности и защиты технологических процессов производств основан на выявлении в производственных условиях причин возникновения горючей среды, источников зажигания и путей распространения огня. Таким образом, при анализе пожарной опасности и защиты технологических процессов производств необходимо:

1. Выяснить, какие вещества и в каком количестве обращаются в производстве, каковы их основные физико-химические и пожароопасные свойства. В нашем случае это жидкость. Поэтому необходимо выяснить: химический состав, температуру кипения, плотность паров по воздуху, температуру вспышки, нижний и верхний температурные пределы воспламенения (взрыва), концентрационные пределы воспламенения (взрыва), температуру воспламенения и самовоспламенения, теплоту горения, токсичность, средства для тушения.
2. Установить пожаровзрывоопасность среды внутри производственного оборудования с учетом свойств веществ и режима работы аппаратов.
3. Установить, по каким причинам может происходить выход горючих веществ из аппаратов и трубопроводов наружу, т.е. выявить возможные причины повреждений и аварий аппаратов и к каким последствиям это может привести.
4. Выявить причины появления источников зажигания и путей распространения пожара.
5. По всем рассмотренным вопросам определить основные направления противопожарной защиты.

В нашем случае объектом анализа пожарной опасности выступает технологический процесс первичной перегонки нефти на АТ установке. Нефтеперерабатывающая промышленность является одной из ведущих и высокоразвитых отраслей индустрии нашей страны. Постоянно совершенствуются технологии, происходит комбинирование технологических установок, внедряются новые процессы с глубокими химическими превращениями сырья. Наряду с совершенствованием технологий переработки нефти необходимо также учитывать особенности пожарной опасности применяемых установок и предусматривать комплекс организационных мероприятий и технических средств, направленных на предупреждение возникновения и распространения пожара на нефтеперерабатывающих заводах.

1. Описание технологического процесса

Установка АТ (атмосферная трубчатка) предназначена для перегонки нефти до мазута. Сырье, поступающее на установку, т.е. сырая нефть, представляет сложный раствор взаиморастворимых углеводородов различного молекулярного веса (жидких, твердых и газообразных с примесями различных солей, и воды). От избыточного содержания солей и воды нефть очищается перед началом процесса перегонки. Разнообразие углеводородов, входящих в состав нефти, и их различные температуры кипения дают возможность получать из нефти фракции с различными интервалами температур кипения от наиболее легких фракций до тяжелых. На установках АТ, осуществляя совокупность ряда физических процессов (нагревание, испарение, конденсация), из сырой нефти получают бензины, керосины, дизельное топливо и в остатке – мазут. Сырая нефть, очищенная от солей и воды, хранится на сырьевом складе в резервуарах (1). Из сырьевых резервуаров нефть забирается насосом и подается на установку для ее перегонки. Поступая на установку, нефть, прежде всего подогревается до температуры 100-120 °С в теплообменниках-подогревателях (2). Подогрев нефти ведется за счет использования теплоты конечного продукта перегонки мазута, который при выходе из низа ректификационной колонны имеет температуру до 350 °С. От подогретой до 100-120 °С сырой нефти уже можно отделить наиболее легкие пары – пары бензина и растворенные в нефти газы. Для этого нефть из теплообменников (2) подают в предварительный испаритель (3). Предварительный испаритель – это вертикальная колонна с тарелками. При движении нефти по тарелкам колонны сверху вниз из нее отделяются пары легкого бензина и по трубопроводу (7) подаются в основную ректификационную колонну (8). В нижней части колонны (3) скапливается отбензиненная нефть, которая забирается горячим песком (4) и под давлением до 1,6 МПа подается для основного подогрева в змеевик трубчатых печей (5). За счет тепла сжигаемого топлива нефть в трубчатой печи подогревается до температуры кипения мазута и поступает по линии (6) на ректификацию (разделение) в основную ректификационную колонну (8). Так как давление в колонне небольшое, (немного выше атмосферного), то на линии (6) имеется редуктор для снижения давления нефти, выходящей из трубчатой печи, до требуемой величины. Ректификационная колонна представляет собой высокий вертикальный цилиндрический аппарат с тарелками. Нижняя часть колонны подогревается острым перегретым водяным паром, подаваемым по линии (24). Верхняя часть колонны питается орошением бензином, подаваемым по линиям (13). Поступающая в колонну нефть, за счет взаимодействия жидкой фазы, движущейся по тарелкам сверху вниз, с паровой фазой, движущейся по колонне снизу вверх, разделяется на нужные фракции. Из верхней части колонны выходит самая легкая фракция – пары бензина в смеси с водяным паром. Эта смесь по шлемовой трубе (9) поступает на конденсацию и охлаждение в конденсатор-холодильник (10). Полученная смесь конденсата (бензин + вода) и несконденсировавшихся продуктов (пары бензина + легкие углеводородные газы) поступает на разделение в газосепаратор (11). В газосепараторе вода отстаивается от бензина и отводится из нижней части аппарата в дренажную канализацию. Бензин из средней части газосепаратора забирается насосом (12) подается на орошение по линии (13) и в резервуар товарной продукции (14). Газовая фаза отводится из верхней части газосепаратора на утилизацию. Фракция тракторного керосина отводится из колонны (8) в холодильник и в охлажденном виде насосом (15) по линии (17) подается в товарный парк. Фракция дизельного топлива отводится из колонны (8) в холодильник (19) и охлажденная, по линии (20) подается в резервуар товарного парка. Остаток от перегонки нефти – горячий мазут, из нижней части ректификационной колонны (8) прокачивается через подогреватели-теплообменники (2) для подогрева сырой нефти. Затем мазут для окончательного охлаждения проходит холодильник (23) и насосом (22) по линии (21) подается в резервуары с мазутом. Все аппараты, кроме насосов, расположены на открытых площадках. Насосы размещаются в насосной станции. Рисунок 1 — План и продольный разрез установки

2. Анализ пожарной опасности технологического процесса

  Пожарная опасность установок первичной переработки нефти характеризуется следующими факторами:

• наличием большого количества нефти и нефтепродуктов;
• возможностью образования горючей среды внутри технологического оборудования и на открытой технологической площадке;
• возможностью повреждения стенок аппаратов и трубопроводов в процессе эксплуатации;
• расположением аппаратуры с нефтепродуктами высоко над уровнем земли, что при аварии может вызвать разлив и растекание их на значительной площади;
• возможностью самовоспламенения веществ при выходе из ректификационных колонн;
• постоянным наличием открытого огня в трубчатых печах, расположенных в комплексе с аппаратами, являющимся потенциальными источниками загазованности технологической площадки;
• возможностью взрыва в топочном пространстве и боровах трубчатых печей;
• наличием разветвленной системы продуктопроводов и инженерных коммуникаций, по которым возможно быстрое распространение пожара.

2.1 Анализ пожарной опасности обращающихся веществ и материалов

Одним из факторов, характеризующих пожарную опасность установок первичной переработки нефти является большое количество нефти и нефтепродуктов, у которых показатели пожарной опасности колеблются в широких пределах. Так, в некоторых аппаратах (ректификационных колоннах, трубчатых печах) одновременно может находиться от 20 до 30 тон нефти и горючих нефтепродуктов. Значения температуры вспышки tвсп различных веществ составляют: у нефти – от — 35 до + 36 °С и выше, бензинов – от — 36 до – 7 °С, лигроинов – от — 7 до + 17 °С, керосинов – от + 115 до + 60 °С и выше, мазутов – от + 60 до + 120 °С, минеральных масел – от + 120 до + 220 °С. Таблица 1. Показатели пожарной опасности обращающихся веществ и материалов Анализ данных показателей пожарной опасности показывает, что в производственных условиях, даже при нормальных режимах работы технологического оборудования нефтепродукты представляют собой опасность и могут образовывать взрывоопасные и горючие концентрации, а также воспламеняться. Кроме того, горючая концентрация может образоваться не только в паровоздушном пространстве аппаратов, но и при выходе паров наружу. Поэтому данный процесс требует строжайшего соблюдения технологического регламента, правил эксплуатации технологического оборудования, правил пожарной безопасности, и своевременного принятия пожарно-профилактических мер.

2.2 Оценка возможности образования горючей среды внутри технологического оборудования

  Для образования горючей концентрации насыщенных паров жидкости внутри аппаратов необходимо наличие паро-воздушного объема и достижения жидкостью температуры, лежащей между нижним и верхним температурным пределом воспламенения. При установившемся режиме работы установок первичной переработки нефти возможность образования горючих смесей внутри ректификационных колонн, в подогревателях, дефлегматорах сепараторах и холодильниках-конденсаторах практически исключена, так как весь их объем полностью заполнен горючими продуктами (нефтью, дистиллятами и их парами) и, вследствие этого, паро-воздушный объем в аппаратах отсутствует. Кроме того, в ректификационных колоннах флегма на тарелках находится при температуре кипения, то есть кипит. А это значит, что рабочая температура Тр в колоннах всегда превышает значение верхнего температурного предела воспламенения Твпв. Опасность образования горючей среды внутри колонн и других аппаратов ректификационных установок может возникать в периоды их остановки и пуска в эксплуатацию. Так, в колпачковых и клапанных колоннах после прекращения их работы на тарелках всегда остается слой флегмы, соответствующий высоте сливных патрубков. Удаление оставшейся флегмы требует промывки водой и длительного пропаривания. Наряду с этим в нижней части ректификационных колонн находится большое количество остатка (высококипящего нефтепродукта). Неполное освобождение колонны от горючих веществ, неполное отключение от всех связанных с ней аппаратов и недостаточная продувка водяным паром могут привести при открывании люков к образованию взрывоопасных концентраций внутри колонны. В процессе пуска колонны в эксплуатацию горючая среда может образоваться из-за неполного удаления из системы воздуха. При нормальных режимах работы установок возможность образования горючих концентраций существует в дышащих аппаратах. Горючие концентрации паров в смеси с воздухом могут образовываться в мерилках, промежуточных емкостях и напорных баках. Эти аппараты с переменным уровнем жидкости соединяются через дыхательные линии с атмосферой и, следовательно, имеют паро-воздушный объем. В трубчатых печах, когда печь временно не эксплуатируется, горючая среда в ее объеме может образоваться вследствие утечек топлива из форсунок (горелок) и системы топливоподачи, а также при подтекании горючего продукта из змеевиков. Такие ситуации могут возникать, если:

• не обеспечена достаточная герметичность топливопроводов и змеевиков;
• неплотно перекрыты трубопроводы системы топливоподачи и трубопроводы, подводящие горючий продукт к змеевику;
• неисправны вентили и задвижки, перекрывающие подачу топлива и нагреваемого продукта;
• не произведено освобождение змеевиков от горючего продукта и не обеспечена их продувка инертным газом или водяным паром перед остановкой трубчатой печи.

При пуске трубчатых печей в эксплуатацию горючая среда может образоваться главным образом из-за:

• наличия в системе топливоподачи воздушных пробок;
• использования обводненного топлива;
• неисправности системы розжига;
• негерметичности топливопроводов и змеевиков;
• нарушения технологической инструкции, регламентирующей порядок пуска печи в эксплуатацию.

В случае неисправности системы розжига, загрязнения электродов свечей зажигания, образования на них нагара и т.п. может возникнуть ситуация, когда при подаче горючей смеси из форсунок или горелок не появится искра. Это также приведет к тому, что топливо будет поступать в топочное пространство не сгорая и образовывать там в смеси с воздухом взрывоопасные концентрации. Опасность образования горючей среды в период пуска установок в эксплуатацию неизбежна, если обслуживающий персонал нарушает последовательность операций при розжиге. При пуске в эксплуатацию трубчатых печей могут возникнуть температурные напряжения в трубах змеевиков, если они не были предварительно прогреты водяным паром. В результате возникновения температурных напряжений возникает опасность повреждения теплообменных труб, и при подаче продукта в змеевики может произойти его утечка с образованием горючей среды в топочном пространстве. В режиме установившейся работы печи горючая среда в ее объеме может образоваться в следующих случаях:

• при плохом распыле топлива и его неполном сжигании;
• при обрыве пламени при попадании в систему топливоподачи воды, засорении топливопроводов, топливных фильтров и форсунок, а также при временном прекращении подачи топлива;
• при возникновении неплотностей и повреждений в топливопроводах и змеевиках.

В режиме остановки трубчатой печи горючая среда может образовываться главным образом при неплотном перекрытии трубопроводов системы топливоподачи. В процессе эксплуатации задвижек их рабочие части изнашиваются, деформируются и загрязняются твердыми отложениями. Все это приводит к тому, что и в закрытом состоянии задвижки способны жидкость, газы и пары. Просачиваясь через задвижки, горючие вещества могут образовывать в топочном пространстве взрывоопасные концентрации. Опасность образования горючей среды увеличивается в режиме аварийной остановки, когда происходит утечка продукта из змеевика. Если своевременно не обеспечена подача пара в змеевик м топочное пространство, то также могут возникать ситуации, приводящие к взрыву и пожару.  

2.3 Оценка возможности образования горючей среды при выходе веществ из технологического оборудования

  Горючая среда в производственных помещениях или на открытой площадке может образоваться при выходе горючих веществ из аппаратов наружу. Такие условия могут возникнуть как при нормальной работе технологического оборудования, так и при его повреждении. Горючая среда на технологических площадках, где расположены установки первичной переработки нефти, может образоваться в случае выхода нагретых продуктов из аппаратов и трубопроводов при образовании неплотностей и повреждений. Последствия утечек зависят от места повреждения, от рабочей температуры в аппаратах и о пожаровзрывоопасных свойств выходящих веществ. Так, если температура выходящего нефтепродукта не будет превышать значения температуры вспышки Твсп, то образование горючей смеси исключено. Если же Траб > Твсп, то будет иметь место загазованность технологического участка с образованием горючих концентраций. А если рабочая температура нефтепродукта будет превышать значение температуры самовоспламенения Тсв, то его контакт с воздухом приведет к возникновению пламенного горения. В ректификационных колоннах рабочая температура по высоте неодинакова. В нижней части колонны наблюдается максимум температуры, в верхней – минимум. Исходя из этого, можно сделать вывод о том, что возможность самовоспламенения смеси наиболее вероятна при выходе веществ из нижней части колонны. В остальных случаях будет наблюдаться загазованность территории с образованием горючих концентраций. Следует акцентировать внимание на том, что утечка нефтепродуктов с загазовыванием территории более опасна, чем горение струи выходящего продукта или разлившейся жидкости. Это связано с тем, что смесь паров с воздухом может воспламениться от любого источника зажигания, и вследствие этого огнем мгновенно будет охвачена вся территория и аппараты, расположенные на ней. В процессе эксплуатации ректификационных колонн неплотности чаще всего образуются в местах соединения отдельных конструктивных элементов. Кроме того, ректификационные колонны имеют значительное количество люков, лазов, смотровых окон, патрубков для присоединения трубопроводов, контрольных приборов, регулирующих и защитных устройств. Все эти места опасны тем, что могут быть причиной утечек продуктов. Небольшие утечки через образовавшиеся неплотности в корпусе колонны не всегда удается быстро обнаружить, так как колонны для поддержания постоянного температурного режима и для уменьшения потерь тепла в окружающую среду имеют теплоизоляцию. Выходящий наружу продукт постепенно пропитывает теплоизоляцию, образуя на поверхности маслянистые пятна. В случае неплотного прилегания теплоизоляции к корпусу колонны горючая жидкость, стекая по стенке вниз, будет пропитывать теплоизоляцию на большой площади. При этом создаются все условия для самовозгорания теплоизоляции, а в случае возникновения пожара горение по теплоизоляции может распространиться на всю колонну. Наибольшую пожарную опасность при эксплуатации ректификационных колонн представляют различного рода повреждения. Классификация основных причин повреждений приводится на рисунке 2. Повышенное давление внутри ректификационных колонн может образоваться из-за нарушения материального или теплового баланса, а также при попадании в высоко нагретые колонны жидкостей с низкой температурой кипения. Механические повреждения возникают в результате нарушения их материального и теплового баланса, нарушения нормального процесса конденсации паровой фазы, а также при попадании в высоко нагретые колонны жидкостей с низкой температурой кипения. Повышенное давление в ректификационной колонне может возникнуть в результате увеличения подачи начальной смеси или в результате нарушения отбора из колонны паровой фазы и остатка. Одной из характерных причин повышенных давлений в ректификационной колонне является образование твердых отложений в виде кокса, полимеров, кристаллогидратов в трубах и отверстиях тарелок. Рисунок 2 — Основные причины повреждения ректификационных колонн.   Условия для образования горючей среды могут возникнуть при применении аппаратов с открытой поверхностью испарения, с дыхательными устройствами, периодически открываемые для загрузки и выгрузки и с сальниковыми уплотнениями. В данном технологическом процессе имеются следующие аппараты, при эксплуатации которых возможен выход горючих веществ без повреждения их конструкции. Аппараты с дыхательными установками представляют собой закрытые емкости, внутренний объем которых сообщается с атмосферой с помощью дыхательных установок (дыхательных труб, клапанов и т.п.). Их применяют в тех случаях, когда работа аппарата по условиям технологии требует изменения уровня жидкости. К ним относятся резервуары и другие емкостные аппараты для приема и хранения ЛВЖ и ГЖ, мерники, дозиметры и т.п. Выход горючих паров у этих аппаратов происходит при больших и малых дыханиях, которые на практике могут происходить одновременно или в разное время. Вытеснение паров может привести к образованию горючей паровоздушной смеси около дыхательных устройств, если рабочая температура жидкости в аппарате больше или равна нижнему температурному пределу воспламенения паров жидкости. Герметичные аппараты, работающие под избыточным давлением, также могут быть источником выделения горючих паров и газов, так как они имеют различные разъемные и неразъемные соединения, уплотнения валов и т.д., через которые даже при их исправном состоянии могут происходить небольшие утечки горючих веществ. К таким аппаратам относятся ректификационные колонны, насосы, трубопроводы под избыточным давлением и т.п. Однако эти утечки происходят хоть и непрерывно, но чаще всего не вызывают реальной пожарной опасности, так как горючие пары выходят в виде отдельных небольших струек, рассредоточенных по поверхности аппаратов или трубопроводов, при наличии воздухообмена легко рассеиваются в воздухе. Опасность образования горючей среды снаружи трубчатой печи возникает при выходе нагреваемого в змеевиках продукта через двойники. Выход продукта наружу через двойники наблюдается при неплотном прилегании пробки к корпусу двойника, выбросе пробки, нарушении герметичности соединения труб с корпусом двойника и при повреждениях корпуса. Чаще всего утечка продукта из двойников происходит из-за слабой затяжки пробки нажимными болтами или негерметичном ее прилегании к конусным отверстиям. Образование горючей среды становится неизбежным при выбросе пробок или срыве двойников с теплообменных труб, при этом струя горячего продукта выбрасывается наружу под большим давлением и загазовывает территорию. Если температура выходящего горючего продукта будет превышать tсв, то возможно его самовоспламенение при смешивании с воздухом. Основными причинами выброса пробок и срыва двойников являются работа печи при повышенном давлении в змеевиках или резкое изменение давления и температуры. Опасность образования горючей среды на технологической площадке у трубчатой печи может возникать также при разгерметизации насосов, трубопроводов и другого оборудования системы топливоподачи. Если не принять своевременные меры по ликвидации утечек, то загазованная зона может принять значительные размеры. Исходя из сказанного, можно сделать вывод о том, что горючая среда может образовываться при выходе веществ как их поврежденного оборудования (вследствие аварийных режимов работы), так и из нормально работающего оборудования (вследствие особенностей его конструкции). А это означает, что технологическое оборудование и аппараты, входящие в процесс первичной перегонки нефти, представляют собой большую пожарную опасность и требуют постоянного контроля рабочих параметров оборудования, соблюдения мер пожарной безопасности и своевременного проведения пожарно-профилактических мероприятий.

2.4 Оценка возможности появления источников зажигания (инициирования горения)

Взрывы и пожары на участке переработки нефти неизбежны в том случае, когда одновременно с выходом из аппаратов нефтепродуктов и образованием горючей среды возможно появление какого-либо источника зажигания. Вот почему необходимо уметь правильно прогнозировать и предотвращать возможные ситуации, связанные с появлением источников зажигания. В процессе эксплуатации ректификационных установок и при ремонтных работах может произойти не только воспламенение горючих смесей от открытого огня горелок и форсунок нагревательных печей и электросварочных аппаратов, но и самовоспламенение нагретого до высокой температуры продукта, самовозгорание пирофорных отложений на стенках аппаратов и т.д. Источниками зажигания горючих смесей на участках первичной переработки нефти могут явиться: — открытый огонь и сильно нагретые конструктивные элементы трубчатых печей;

• пламя факельных установок, предназначенных для сжигания газовых выбросов;
• искровые разряды статического электричества;
• теплота самовозгорания пирофорных отложений;
• искры, вылетающие из выхлопных труб автомашин (в том числе и пожарных автомобилей);
• тепловые проявления (искры, дуги, перегрев и т.п.), возникающие при аварийных режимах работы силового и осветительного оборудования, а также при несоответствии эксплуатируемого оборудования требованиям ПУЭ;
• искровые разряды молнии;
• искры при работе стальным инструментом;
• искры и открытое пламя при проведении огневых работ.

На территории ректификационных установок или на близ лежащих установках находятся печи или реакторы с огневым обогревом. Естественно, что теплоносители и повреждение оборудования могут привести к контакту образующейся паровоздушной смеси с пламенем горелок или сильно нагретыми конструктивными элементами печи. Самовозгорающиеся соединения, которые отлагаются на внутренней поверхности аппаратов, трубопроводов и резервуаров, представляют опасность, как источники зажигания в период остановки оборудования или опорожнения для осмотра, очистки или ремонта. Нередко происходит самовозгорание отложений на стенках ректификационных колон, разделяющих сернистые нефти и нефтепродукты, а также случаи самовозгорания остатков зачисткой массы, сложенной около колонны. Для трубчатых печей характерными источниками зажигания являются:

• открытый огонь;
• искры и нагревательные спирали систем электророзжига;
• сильно нагретые конструктивные элементы установок;
• искровые разряды статического электричества;
• теплота самовозгорания отложений;
• самовоспламенение горючих веществ;
• искровые разряды молнии и ее вторичные проявления;
• искры и открытое пламя при проведении огневых работ;
• искры механического происхождения;
• тепловые проявления (искры, дуги, перегрев и т.п.), возникающие при аварийных режимах работы силового и осветительного электрооборудования.

Проанализировав возможность появления источников зажигания, можно сделать вывод о том, что при первичной перегонке нефти опасность образования горючей среды усугубляется тем, что в технологическом процессе присутствует большое количество источников зажигания, способных привести к воспламенению горючих смесей, рабочих жидкостей и др.

---

1 2