Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 31
1.
Описание анализируемого опасного производственного объекта
1.1
Характеристика процесса
Процесс пиролиза (высокотемпературного распада) этановой фракции осуществляется в четырехпоточных трубчатых радиантно-конвекционных печах и предназначен для получения пирогаза, который дальше поступает на газоразделение и из которого в конечном счете выделяется этилен – основное сырье для тяжелого органического синтеза. Данный процесс является взрыво- и пожароопасным. Взрыво- и пожароопасность связана с применением легко воспламеняющихся и взрывоопасных газов и жидкостей, образующих с воздухом взрывоопасные смеси. Кроме того при содержании газов и паров жидкостей в воздухе выше предельно-допустимых норм они оказывают вредное воздействие на организм человека и могут вызвать отравление. Также в цехе имеются различные по назначению и конструкции аппараты, работающие под большим давлением и высокой температурой В связи с этим все оборудование, участвующее в технологическом процессе, представляет опасность и оценивается по показателям риска. Оценка степени риска рассматриваемого объекта включает прогноз частоты аварийных ситуаций на узле пиролиза и оценку возможных потерь газа. По полученным показателям риска планируются мероприятия по улучшению технологического состояния, обслуживания, диагностики и ремонта проектируемых сооружений анализируемого объекта. 1.2
Классификация объектов по взрывоопасности и санитарной характеристике
Согласно НПБ 107-97 по пожарной опасности установка относится к категории Ан, поскольку в ней перерабатываются горючие газы с температурой вспышки менее 28 о
С. Класс взрывоопасной зоны по ПУЭ-98 – ВI-г (пространства у наружных технологических установок, содержащих горючие газы или ЛВЖ). 1.3
Основные физико-химические, токсические, взрывоопасные свойства веществ, обращающихся в технологическом процессе
Таблица 1.1 – Компонентный состав сырья – этановой фракции
Таблица 1.2 – Компонентный состав пирогаза
1.4 Технологическая схема работы узла пиролиза этановой фракции
Процесс пиролиза этановой фракции осуществляется в четырехпоточных печах, укомплектованных акустическими горелками типа АГГ с вертикальными радиантными змеевиками. Этановая фракция с температурой окружающей среды и давлением 10-20 кгс/см2
поступает по трубопроводу диаметром 200 мм в подогреватель Т-1а, где подогревается до температуры не более 80ºC водяным паром 7,0 кгс/см2
конденсат пара после которого поступает в деаэраторную колонну К-3. Этановая фракция, выходящая из аппарата Т-1а дросселируется через регулирующий клапан поз.1017 до (6,5-8,5) кгс/см2
поступает в аппараты К-1, где происходит отделение механических примесей и жидких продуктов от этана. Далее этан и этан-сырье поступает четырьмя потоками в змеевики предварительного нагрева конвекционной части, состоящие из 3-х труб каждый, где нагревается до температуры ~ 209°C. Для уменьшения коксообразования и снижения парциального давления углеводородных паров в змеевик конвекционной части, после секций предварительного нагрева этановой фракции, подается пар разбавления в количестве (30-40)% от подаваемого этана с температурой ~ 195°C и давлением 7,0 кгс/см2
. Таблица 1.3 - Основные физико-химические, токсические, взрывоопасные свойства веществ, обращающихся в технологическом процессе
Газообразная смесь пара и этана с температурой ~ 203°C нагревается в (5-10)-м рядах четырехпоточного горизонтального змеевика конвекционной секции и с температурой ~ 639°C поступает в вертикальный четырехпоточный змеевик секции радиации, где происходит пиролиз этановой фракции при температуре (800-835)°C. Пирогаз с давлением на выходе из печи 1-1,2 кгс/см2
и с температурой до 835°C объединяется на печи П-1 из всех потоков в один и поступает в трубное пространство закалочно-испарительного аппарата (ЗИА) первой ступени, а потом в ЗИА второй ступени, расположенных вертикально и конструктивно связанных по межтрубному пространству с сепаратором-паросборником Е-4. В ЗИА в трубном пространстве происходит охлаждение пирогаза до температуры (295-430)ºC с помощью питательной воды подаваемой в межтрубное пространство. Питательная вода для охлаждения пирогаза в ЗИА подается насосом Н-1 в змеевик предварительного нагрева конвекционной части печей пиролиза, где нагревается от 105ºC до 182ºC. Далее питательная вода из печи П-1 подается через паросборник Е-4 в межтрубное пространство ЗИА. На печах пиролиза П-1 образовавшийся насыщенный пар 30 кгс/см2
из Е-4 подается в пароперегреватель конвекционной части печей, где нагревается до 240ºC, далее нагретый пар 30 кгс/см2
(3,0 МПа) подается двумя потоками в коллектор пара 30 кгс/см2
(3,0 МПа) цеха. С целью удаления солей и других отложений схемой предусмотрены периодическая продувка с закалочно-испарительных аппаратов Т-2 и непрерывная продувка с паросборников Е-4. В качестве топливного газа для печей используется метано-водородная фракция, поступающая из цехов газоразделения. При необходимости топливная сеть общества подпитывается этаном или природным газом, поступающим из ГРС-2 через ГРП. 2
Исходные данные для анализа риска
пиролиз этановая фракция риск При анализе риска аварий на анализируемом объекте использовались: · Краткое описание технологической схемы работы узла пиролиза этановой фракции, см. раздел 1.4; · Перечень основного технологического оборудования и количество опасного вещества, содержащегося в нем, см. таблицу 1.4. Основные причины разрушения технологического оборудования
Механические разрушения в результате гидроиспытаний, дефектов сварного шва, Концентраций напряжений в зоне упорного уголка, при осадках основания фундамента и др. Основные причины аварий на напорных нефтепроводах
Перечень основного технологического оборудования и условия содержания в нем опасного вещества
Условное обозначение оборудования Наименование технологического оборудования Кол-во единиц оборудования Коэффициент заполнения аппарата, Ψ Количество опасного вещества в оборудовании, т Агрегатное состояние опасного вещества, образующегося в оборудовании Четырехпоточная с акустическими горелками типа АГГ-3 по 24 шт. на каждой печи. Производительность по сырью – 8 т/час Давление сырья: на входе – 3,1 кгс/см2
(0,31 МПа); на выходе – 1,2 кгс/см2
(0,12 МПа); Температура сырья: на входе в печь - 45°C; Температура пирогаза на выходе из печи - 825°C; Длина – 14370 мм; Ширина – 4143 мм; Высота – 16000 мм; Поверхность теплообмена: А) радиантной камеры – 123,52 м2
Б) конвекционной камеры – 142,86 м2
; Газ Р = 0,31 МПа; t = 800 о
С Теплообменник кожухотрубный, наклонный Трубное пространство: Среда – пирогаз Давление рабочее – 1,5 кгс/см2
(0,15 МПа) Давление расч. – 2,5 кгс/см2
(0,25 МПа) Рабочая температура на входе 650°C на выходе - 420°C Объем – 0,35 м3
Трубки – 38 х 3,5 мм Длина трубок – 3500 мм Количество – 127 шт. Межтрубное пространство: Среда – питательная вода Давление рабочее – 34 кгс/см2
(3,4 МПа) Давление расч. – 39 кгс/см2
(3,9 МПа) На выходе рабочая температура воды - 240°C Объем – 2,6 м3
Диаметр аппарата – 800 мм Поверхность теплообмена – 51 м2
Длина – 5920 мм Газ Р = 0,2 МПа; t = 500 о
С Вертикальный цилиндрический аппарат. В нижней части смонтирована насадка из уголков. В верхней части установлены ситчатые тарелки. Количество тарелок – 6. Давление: расчетное – 3 кгс/см2
(0,3 МПа) рабочее – (0,8-1,0) кгс/см2
(0,08-0,1) МПа Температура рабочая: на входе в аппарат - 115ºC на выходе из аппарата - 75ºC Объем – 185 м3
. Диаметр нижней части - 4536 мм, верхней части - 2800 мм. Высота - 23925 мм. Газ; Р = 0,1 МПа; t = 100 о
С Вертикальный цилиндрический аппарат со смесительной трубой. Давление: расчетное - 3 кгс/см2
(0,3 МПа) рабочее - (0,8-1,0) кгс/см2
(0,08-0,1) МПа Температура рабочая на входе в аппарат - 75ºC на выходе из аппарата - 70ºC. Объем – 64 м3
. Диаметр – 2200 мм, высота – 16829 мм Газ Р = 0,1 МПа; t = 75 о
С КАТЕГОРИРОВАНИЕ НАРУЖНОЙ УСТАНОВКИ ПО ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ
Определение категорий наружных установок следует осуществлять путем последовательной проверки их принадлежности к категориям от высшей (Ан
) к низшей (Дн
), таким образом наружная установка гидроочистки керосиновой фракции относится к категории Ан
. Категория наружной установки
Горючи газы ЛВЖ с tвсп
< 28 о
С в таком количестве, что могут образовывать взрывоопасные смеси при воспламенение которых развивается расчётное избыточное давление помещений превышающее 5 кПа. Установка относится к категории А
н
, если в ней присутствуют (хранятся, перерабатываются, транспортируются) горючие газы; легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки не более 28о
С; вещества и/или материалы, способные гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха и /или друг с другом; при условии, что величина индивидуального риска при возможном сгорании указанных веществ с образованием волн давления превышает 10-6
в год на расстоянии 30 м от наружной установки МЕТОДЫ РАСЧЕТА ЗНАЧЕНИЙ КРИТЕРИЕВ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ НАРУЖНЫХ УСТАНОВОК
В качестве расчетного следует выбирать наиболее неблагоприятный вариант аварии или период нормальной работы аппаратов, при котором в образовании горючих газопаровоздушных смесей участвует наибольшее количество газов и паров. Количество поступивших веществ, которые могут образовывать горючие газовоздушные или паровоздушные смеси, определили, исходя из следующих предпосылок: а) происходит расчетная авария одного из аппаратов; Расчетное время отключения трубопроводов - 300 с при ручном отключении. б) все содержимое аппарата поступает в окружающее пространство; в) длительность испарения жидкости принимается равной времени ее полного испарения, но не более 3600 с. 2.1 Расчет избыточного давления и импульса волны давления при сгорании смесей горючих газов и паров с воздухом в открытом пространстве
Масса газа m, кг, поступившего в окружающее пространство при расчетной аварии, определяется по формуле m
= (
Va
+
V
т
)·
p
г
, где Va - объем газа, вышедшего из аппарата, м3
; Vт - объем газа вышедшего из трубопровода, м3
; pг
- плотность газа, кг×м-3
. где М —
молярная масса, 21,8
кг/кмоль; v
0
—
мольный объем, равный 22,413
м3
/кмоль; t
р
— расчетная температура, 800
°С. При этом для печи V
a
= Р
1
·V
= 0,31∙45,8 = 14,2 для ЗИА V
a
= 0,2·2,6 = 0,52 для пенного аппарата V
a
= 0,1·185 = 18,5 для циклонного промывателя V
a
= 0,1·64 = 6,4 где Р
1
- давление в аппарате, МПа; V
-объем аппарата, м3
; V
т
=V
1т
+V
2т
, м3
где V
1т
- объем газа, вышедшего из трубопровода до его отключения, м3
; V
2т
- объем газа, вышедшего из трубопровода после его отключения, м3
; V
1т
= q
×Т
=3,4∙10-3
∙300=1,02 где q
- расход газа, определяемый в соответствии с технологическим регламентом в зависимости от давления в трубопроводе, его диаметра, температуры газовой среды и т.д., 3,4∙10-3
м3
×с-1
; Т
- 300 с
при ручном отключении; V2т
=π∙Р2
∙r2
∙L, м3
для печи V2т
= 3,14·0,5·0,142
·50 = 1,54 для ЗИА V2т
= 3,14·0,3·0,142
·50 = 0,92 для пенного аппарата V2т
= 3,14·0,2·0,142
·50 = 0,62 для циклонного промывателя V2т
= 3,14·0,2·0,142
·50 = 0,62 где Р
2
- максимальное давление в трубопроводе по технологическому регламенту, кПа; r
- внутренний радиус трубопроводов, м; L
- длина трубопроводов от аварийного аппарата до задвижек, м. для печи V
т
=1,02+1,54 = 2,56 м3
для ЗИА V
т
=1,02+0,92 = 1,94 м3
для пенного аппарата V
т
=1,02+0,62 = 1,64 м3
для циклонного промывателя V
т
=1,02+0,62 = 1,64 м3
для печиm
= (14,2+2,56)∙0,247 = 4,14 кг для ЗИА т
= (0,52+1,94)·0,247 = 0,61 кг для пенного аппарата т
= (18,5+1,64)·0,247 = 4,97 кг для циклонного промывателя т
= (6,4+1,64)·0,247 = 1,99 кг 2.2 Расчет избыточного давления и импульса волны давления при сгорании горючих газов и паров с воздухом в открытом пространстве
Величину избыточного давления DР, кПа, развиваемого при сгорании газопаровоздушных смесей, определяют по формуле DР
=Р0
×(0,8m
пр
0,33
/r
+3m
пр
0,66
/r 2
+5m
пр
/r
3
), где Р0
- атмосферное давление, (101)
кПа ; r- расстояние от геометрического центра газопаровоздушного облака, на расстоянии 500 м
; mпр
- приведенная масса газа или пара, кг, вычисляется по формуле m
пр
=(Q
сг
/Q
0
)×m
×Z,
кг для печи т
пр
= (43692/4,52·103
)·4,14·0,1 = 4,0 для ЗИА т
пр
= (43692/4,52·103
)·0,61·0,1 = 0,59 для пенного аппарата т
пр
= (43692/4,52·103
)·4,97·0,1 = 4,8 для циклонного промывателя т
пр
= (43692/4,52·103
)·1,99·0,1 = 1,92 где Qсг
- удельная теплота сгорания газа или пара, Дж×кг-1
; Z- коэффициент участия горючих газов и паров в горении, который допускается принимать равным 0,1; Q0
- константа, равная 4,52×106
Дж×кг-1
; m - масса горючих газов и (или) паров, поступивших в результате аварии в окружающее пространство, кг. для печи DР=101×(0,8×4,00,33
/500+3×4,00,66
/5002
+5×4,0/5003
) = 0,26 кПа для ЗИА DР = 101×(0,8×0,590,33
/500+3×0,590,66
/5002
+5×0,59/5003
) = 0,14 кПа для пенного аппарата DР = 101×(0,8×4,80,33
/500+3×4,80,66
/5002
+5×4,8/5003
) = 0,27 кПа для циклонного промывателя DР = 101×(0,8×1,920,33
/500+3×1,920,66
/5002
+5×1,92/5003
) = 0,20 кПа Величину импульса волны давления i, вычисляют по формуле i
=123×m
пр
0,66
/r
,
Па·с для печи i
=
123×4,00,66
/500 = 0,61 Па×с для ЗИАi
=
123×0,590,66
/500 = 0,17 Па×с для пенного аппарата i
=
123×4,80,66
/500 = 0,69 Па×с для циклонного промывателя i
=
123×1,920,66
/500 = 0,38 Па×с 2.3 Метод расчета интенсивности теплового излучения
Интенсивность теплового излучения рассчитывают для двух случаев пожара: - пожар проливов ЛВЖ, ГЖ или горение твердых горючих материалов; - “огненный шар” - крупномасштабное диффузионное горение, реализуемое при разрыве резервуара с горючей жидкостью или газом под давлением с воспламенением содержимого резервуара. Так как, в качестве расчетного следует выбирать наиболее неблагоприятный вариант аварии, рассчитаем “огненный шар”. Интенсивность теплового излучения q, кВт×м-2
, для пожара пролива жидкости или при горении твердых материалов вычисляют по формуле q
= Е
f
·
Fq
×t, Допускается принимать Еf
равным 40 кВт×м-2
. Значение Fq
вычисляют по формуле где Н - высота центра “огненного шара”, м; Ds
- эффективный диаметр “огненного шара”, м; r - расстояние от облучаемого объекта до точки на поверхности земли непосредственно под центром “огненного шара”, 500
м. Эффективный диаметр “огненного шара” Ds
определяют по формуле D
s
=5,33m
0,327
, м где m - масса горючего вещества, кг для печи D
s
=5,33∙4,00,327
= 8,39 м для ЗИА D
s
=5,33∙0,590,327
= 4,49 м для пенного аппарата D
s
=5,33∙4,80,327
= 8,90 м для циклонного промывателя D
s
=5,33∙1,920,327
= 6,60 м Допускается принимать величину Н равной Ds
/2, м. для печи Fq=1.81*10-6
для ЗИА Fq=1.81*10-7
для пенного аппарата Fq=1.41*10-6
для циклонного промывателя Fq=5.75*10-7
Время существования “огненного шара” ts
, с, определяют по формуле t
s
=0,92m
0,303
=0,92∙4,00,303
=1,4 Коэффициент пропускания атмосферы t рассчитывают по формуле для печи =0.707 для ЗИА =0.706 для пенного аппарата =0.707 для циклонного промывателя =0.706 Интенсивность теплового излучения q, кВт×м-2
для печи q
= 40∙
1.81*10-6
×0,707 = 5.12*10-5
кВт×м-2
для ЗИА q
= 40∙1.81*10-7
×0,706 = 5.11*10-6
кВт×м-2
для пенного аппарата q
= 40∙1.41*10-7
×0,707 = 3.99*10-6
кВт×м-2
для циклонного промывателя q
=40∙5.75*10-7
×0.706=1.62*10-5
кВт×м-2
2.4 Оценка индивидуального риска
Настоящий метод предназначен для расчета величины индивидуального риска (далее по тексту - риска) на наружных установках при возникновении таких поражающих факторов, как избыточное давление, развиваемое при сгорании газо-, паро- или пылевоздушных смесей, и тепловое излучение при сгорании веществ и материалов. Величину индивидуального риска В формуле допускается учитывать только одну наиболее неблагоприятную аварию, величина 1 Условную вероятность Исходя из значений для печиV=3,595*1040
для ЗИА V=6,517*1042
для пенного аппаратаV=2,619*1040
для циклонного промывателяV=3,257*1041
где для реактора для сепаратора для печи для колонны С помощью таблицы 3 определяют условную вероятность поражения человека. Например, при значении
Таблица 3 - Значения условной вероятности поражения человека в зависимости от величины 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 - 99 Индивидуальный риск
|