Пожарная безопасность процесса первичной переработки нефти на установке атмосферной трубчатки и разработка мер противопожарной защиты

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовой проект

Тема Пожарная безопасность процесса первичной переработки нефти на установке АТ и разработка мер противопожарной защиты



Оглавление

Введение

1. Описание технологического процесса

2. Анализ пожарной опасности технологического процесса

2.1 Анализ пожарной опасности применяемых веществ и материалов

2.2 Оценка возможности образования горючей среды внутри технологического оборудования

2.2.1 Определение возможности образования горючей среды внутри ректификационной колонны

2.2.2 Определение возможности образования горючей среды внутри резервуара с бензином

2.3 Анализ возможных причин и условий самопроизвольного возникновения горения и зажигания горючих смесей

2.4 Определение возможных причин и условий для распространения пожара

3. Основные мероприятия и технические решения по обеспечению пожарной безопасности технологического процесса

3.1 Мероприятия и технические решения, направленные на предотвращение образования горючей среды внутри технологического оборудования

3.2 Мероприятия и технические решения, направленные на предотвращение образования горючей среды в помещениях и на открытых технологических площадках

3.3 Мероприятия и технические решения, направленные на устранение причин и условий инициирования горения

3.4 Мероприятия и технические решения, направленные на предотвращение и ограничение распространения пожара

4. Инженерные расчеты

4.1 Определение категории помещения или наружной технологической установки по взрывопожарной и пожарной опасности

Заключение

Список использованной литературы



Введение

Технологический процесс - это процесс, который совершается под контролем и с участием человека, и предназначенный для переработки сырья в готовые изделия и предметы потребления.

Любой технологический процесс ведется при строго определенных параметрах и в определенном порядке, указанных в технологическом регламенте. Технологический регламент является основным документом ведения технологического процесса.

Технологический регламент разрабатывается проектировщиками при разработке проекта, а при изменении технологии на существующем производстве - разрабатывается технологами. В технологическом регламенте изложены свойства веществ, обращающихся в процессе, оборудование процесса и параметры его работы, порядок загрузки и выгрузки веществ, контроль за производством и т. д.

Охрана труда - это система законодательных актов, социально- экономических, организационно-технических мероприятий и средств, обеспечивающих безопасность, сохранение здоровья и работоспособности человека. пожарный ректификационный колонна бензин

Техника безопасности - это система организационных мероприятий и технических средств, предотвращающих воздействие на работающих опасных производственных факторов. Техника безопасности связана с пожарной безопасностью при решении следующих основных вопросов:

- организация безопасности труда;

- выявление причин возникновения пожаров, взрывов;

- определение пожаро-взрывобезопасности веществ и материалов;

- классификация помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной опасности;

- определение безопасности зданий и сооружений;

- определение безопасности технологического оборудования;

- электробезопасность.



1. Описание технологического процесса

Установка АТ (атмосферная трубчатка) предназначена для перегонки нефти.

Сырье, поступающее на установку, т.е. нефть, представляет сложный раствор взаиморастворимых углеводородов различного молекулярного веса (жидких, твердых, 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.

Принципиальная технологическая схема установки первичной перегонки нефти (АТ) представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 - Принципиальная технологическая схема установки первичной перегонки нефти (АТ)

План и продольный разрез установки - на рисунке 3.

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 100-120єС 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 350єС. От подогретой до 100-120 єС сырой нефти уже можно отделить наиболее легкие пары - пары бензина и растворенные в нефти газы. Для этого нефть из теплообменников подают в предварительный испаритель.

Рисунок 3 - План и продольный разрез установки

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 насосом 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 нагревается 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 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 линии 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 и легкие углеводородные газы) поступает на разделение в газосепаратор 11. В газосепараторе вода отсеивается от бензина и отводится из нижней части аппарата в дренажную канализацию. Бензин из средней части газосепаратора забирается насосом 12 и подается частично на орошение по линии 13 и в резервуар товарной продукции 14. Газовая фаза отводится из верхней части газосепаратора на утилизацию.

Фракция керосина отводится из колонны 8 в холодильник 16 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. Режим работы основных аппаратов и их размеры приведены в таблицах 1, 2.

Все аппараты, кроме насосов, расположены на открытых площадках.

Насосы размещены в насосной станции. Данные о насосной станции приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Данные об аппаратах и оборудовании

Позиция на рис.	Наименование аппаратов	Режим работы	Размеры
		Р, МПа	t, єС	d или l, м	h, м
	Резервуар с нефтью1	0	20	10	5
	Теплообменники	0,2	120	0,8	6
	Предварительный испаритель	0,1	100	1,5	8
	Насосы «горячие»1	0,16	100	--	--
	Трубчатая печь1	0,16	350	--	--
	Линия с редуктором	--	--	--	--
	Линия бензиновых паров	--	--	--	--
	Ректификационная колонна2	0,15	100-350	3	32
	Шлемовая труба	--	--	--	--
	Холодильник-конденсатор	0,12	30	0,8	6
	Газосепаратор	0,11	30	0,8	4
	Насос бензиновый2	0,3	30	--	--
	Линия подачи орошения	--	--	--	--
	Резервуар с бензином	--	--	--	--
	Насос керосина тракторного	--	--	--	--
	Холодильник керосина	0,15	40	0,8	6
	Линия отвода керосина	--	--	--	--
	Насос дизельного топлива	0,3	30	--	--
	Холодильник дизельного топлива	0,15	40	0,8	6
	Линия отвода дизтоплива	--	--	--	--
	Линия отвода мазута	--	--	--	--
	Насос мазутный	--	--	--	--
	Холодильник мазута	0,15	40	0,8	6
	Линия перегретого водяного пара	--	--	--	--

Данные о помещении насосной станции сырьевых насосов, технологическом оборудовании, подлежащем оценке пожарной опасности, приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Исходные данные для оценки пожарной опасности технологического оборудования

№ оборудования	Исходные данные	Значение
Ректификационная колонна (поз.8)	Диаметр, м	4
	Высота, м	32
	Температура низа колонны, оС	330
	Температура верха колонны, оС	200
	Давление, МПа	0,14
	Объем парового пространства	0,7
	Средства тушения	пар
Резервуар бензина (поз.14)	Объем, м3	1200
	Степень заполнения	0,9
	Молекулярный вес жидкости	100
	Температура, оС	20
	Рабочее давление, МПа	0,1
	Температура начала кипения, оС	60
	Давление насыщенных паров, мм.рт.ст.	150
Насос бензиновый центробежный (поз.12)	Давление, МПа	0,6
	Температура, оС	20
	Производительность, м3/мин	0,7
	Диаметр всасывающей линии, мм	160
	Диаметр нагнетательной линии, мм	125
	Вид уплотнения вала	ТУ
	Диаметр вала, мм	35
Насосная станция продуктовых насосов	Длина помещения, м	10
	Ширина помещения, м	7
	Высота помещения, м	6
	Кратность воздухообмена, 1/ч	5
	Скорость воздуха, м/с	0,6
	Отключение задвижек	АВТ
	Длина линии до задвижки, м	10
	Средства тушения	Пена
	Количество насосов	8



2. Анализ пожарной опасности технологического процесса

2.1 Анализ пожарной опасности применяемых веществ и материалов

В заданном по заданию технологическом оборудовании применяется бензин (во всем заданном оборудовании), мазут и легкие углеводородные газы (ректификационная колонна).

Наличие других веществ при анализе технологического оборудования не учитываем в виду их незначительного содержания. Ниже приводятся характеристики бензина и мазута.

Мазут

Остаточный продукт после отгона из нефти топливных фракций.

Состав, % масс.: углерод 83,5-88,5, водород 10,5-12,5.

Физико-химические свойства: плотность 890-995 кг/м3; теплота cгopания- (38074 ± 41840) кДж/кг.

Пожароопасные свойства: Горючая жидкость. Температура вспышки 85°С; температура самовоспламенения 250°С.

При горении мазуты способны прогреваться в глубину, образуя все возрастающий гомотермический слой. Скорость выгорания 0,015 кг/(м2·с); температура прогретого слоя 230-300°С; температура пламени 1000°С.

Бензины

Легковоспламеняющиеся бесцветные жидкости, представляющие собой смеси легких углеводородов. Бензины при горении прогреваются в глубину, образуя все возрастающий гомотермический слой.

Пожароопасные свойства: скорость нарастания прогретого слоя 0,7 м/ч; температура прогретого слоя 80 - 100°С; т. пламени 1200°С. Значения показателей пожароопасности определим, исходя из значений температуры кипения и молекулярного веса жидкости.

Температурные пределы распространения пламени можно определить по формулам в зависимости от температуры начала кипения нефтепродукта [4]:

Значения нижнего температурного предела распространения пламени и температуры вспышки обычно равны между собой. Однако на практике определение этих параметров проводят на разных установках и полученные данные несколько различаются (иногда на несколько градусов). Поэтому нижний температурный предел распространения пламени можно рассчитать по формуле:

где - температура вспышки исследуемого вещества, °С;

С - константа, допускается принимать С = 2, если температура вспышки определена в закрытом тигле и С = 8, если температура вспышки определена в открытом тигле [5].

Таким образом, температура вспышки для закрытого тигля равна:

Нижний и верхний концентрационный предел распространения пламени для всех бензинов примерно одинаков.

Так как температура вспышки ниже +280С, то бензин представлен легковоспламеняющимися нефтепродуктами, и температура самовоспламенения находится в пределах 4000С.

Температура воспламенения примерно на 10-50°С выше температуры вспышки [6].

Основные пожаро-, взрывоопасные свойства бензина сведены в таблицу 3.

Таблица 3 - Определение пожарной опасности использующихся в технологическом производстве веществ и материалов

Наименование вещества	Показатели пожарной опасности
	Группа горючести	tвсп, °C	tвос, °C	tсв, °C	цн г/м3 (%)	цв г/м3 (%)	tн, °C	tв, °C
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Нефть	Сильно горючий	-10,2	25	500	1,4	6,5	-12,2	21
Бензин	Сильно горючий	-38,9	5	400	0,98	5,48	-40,9	-3,5
Мазут	Сильно горючий	85	91	250	1,4	8	138	145
Керосин	Сильно горючий	48	162	220	1,4	7,5	57	87
Дизтопливо	Сильно горючий	78	40	340	-	-	69	119

2.2 Оценка возможности образования горючей среды внутри технологического оборудования

2.2.1 Определение возможности образования горючей среды внутри ректификационной колонны

При нормальной работе ректификационной колонны концентрация газопаровой фазы не находится в пределах воспламенения, т.к. газопаровая фаза не содержит кислорода или его количество настолько мало, что практически он не будет влиять на возможность образования горючих концентраций. Избыточное давление в ректификационной колонне будет препятствовать поступлению внутрь воздуха извне.

Заключение о пожаро-, взрывоопасности газовоздушной смеси определяется по следующей зависимости:

где - воспроизводимость метода определения показателя пожарной опасности при доверительной вероятности 95%.

Согласно п. 4.10.4.3 ГОСТ12.1.044 воспроизводимость метода экспериментального определения концентрационных пределов распространения пламени по газо- и паровоздушным смесям при доверительной вероятности 95 % не должна превышать 0,3 % об. на нижнем пределе и 0,6 % об. на верхнем пределе.

Для бензина:

В нормальных условиях концентрация бензина значительно выше , т.е. образование взрывоопасных концентраций невозможно. Однако, образование опасных концентраций возможно в период пуска и остановки технологического оборудования.

2.2.2 Определение возможности образования горючей среды внутри резервуара с бензином

Внутри оборудования с жидкостью горючая среда может образоваться только при наличии в оборудовании свободного от жидкости объема (газового пространства), который сообщается с атмосферой и в той или иной степени насыщается парами жидкости. В нашем случае такое возможно.

В нашем случае в резервуаре подвижный уровень жидкости.

Для оборудования с подвижным уровнем жидкости наличие пожаровзрывоопасной паровоздушной смеси в оборудовании определяется по следующей зависимости:

где - температура вспышки жидкости, оС;

При выполнении условия по рабочей температуре проверяем выполнение второго условия 2.4.

Согласно п. 4.10.4.3 [5] воспроизводимость метода экспериментального определения концентрационных пределов распространения пламени по газо- и паровоздушным смесям при доверительной вероятности 95 % не должна превышать 0,3 % об. на нижнем пределе и 0,6 % об. на верхнем пределе.

Имеем в технологическом оборудовании бензин, тогда:

Полагаем, что концентрация паров бензина в аппарате близка к насыщенной, т.е.

Концентрация насыщенного пара при рабочей температуре жидкости определяется по формуле:



где - давление насыщенного пара жидкости при рабочей температуре, Па.

Соответственно концентрация насыщенного пара (рабочая концентрация) при рабочей температуре составляет:

Следовательно, при принятом условии (концентрация паров бензина в аппарате близка к насыщенной) пожаро-, взрывоопасные концентрации не могут образоваться при нормальных условиях, т.к. .

Определение возможности образования горючей среды внутри бензиновых насосов

При нормальных условиях работы внутри бензиновых насосов образование горючей среды не происходит, так как поступающее сырье не содержит кислород воздуха, а также отсутствует свободное пространство.

Таблица 4 Ї Анализ пожарной опасности аппаратов

Наименование аппаратов и обращающихся в них горючих веществ (с указанием агрегатного состояния)	Сведения о наличии свободного объёма	Основные рабочие параметры	Вывод о возможности образования горючей среды
		р, %, (г/м3)	Рр, мПа	tр,оС
1	2	3	4	5	6
Ректификационная колонна	есть	>6.49	0,14	100-350	нет
Резервуар с бензинном	есть	19,99	0,1	20	нет
Бензиновый насос	-	-	0,6	20	нет

Оценка возможности образования горючей среды в производственных помещениях и на открытых технологических площадках при выходе веществ наружу из оборудования

При нормальных режимах работы оборудования горючая среда на технологических участках может образовываться в том случае, если по условиям технологии применяются аппараты с открытой поверхностью испарения, аппараты с дыхательными устройствами, аппараты периодического действия и герметичные аппараты, работающие под избыточным давлением.

В нашем случае все оборудование работает под избыточным давлением.

При эксплуатации насосов могут происходить небольшие утечки горючих веществ через прокладки, швы, разъемные соединения, уплотнения валов, плунжеров и т.п.

Это объясняется тем, что даже при самой тщательной обработке прилегающих друг к другу поверхностей нельзя создать абсолютную непроницаемость. При соприкосновении двух поверхностей из-за наличия незначительных выпуклостей образуется большое количество капиллярных каналов, по которым происходит истечение газов и жидкостей.

Однако фактическая концентрация горючих веществ нижнего концентрационного предела распространения пламени не достигает.

Следует также отметить, что резервуар с бензином имеет дыхательную линию. Выход горючих веществ без повреждения конструкций аппаратов возможен, как при «малом», так и «большом» дыхании.

Поскольку изменение технологических параметров по условию не задано, то примем возможное изменение температуры внутри резервуара с бензином (см. таблицу 2).

Количество горючих паров, выходящих из сообщающегося с атмосферой («дышащего») аппарата при «малом дыхании», определяем по формуле:



где - внутренний объем оборудования, заполненный паром, м3;

- количество выходящих из аппарата паров при изменении температуры среды в газовом пространстве, кг/цикл.

- концентрация насыщенных паров бензина, соответственно, при температурах об. доли;

об. доли - средняя концентрация насыщенного пара в аппарате;

- универсальная газовая постоянная.

- рабочее давление в аппарате, Па.

Внутренний объем оборудования, заполненный паром, определим по формуле:

где - степень заполнения оборудования жидкой фазой;

- рабочий объем аппарата, м3.

Концентрация насыщенного пара при рабочей температуре жидкости определяется по формуле (2.6):



где - давление насыщенного пара жидкости при рабочей температуре, Па.

Величину , кПа, рассчитаем по уточненной В.П. Антонченковым [7] формуле Ашворта:

где - температура кипения вещества, К (в нашем случае );

- рабочая температура , К;

- молярная масса.

Определим давление насыщенного пара при температурах и :



Соответственно концентрация насыщенного пара при рабочих температурах:

Средняя концентрация насыщенного пара в аппарате:

Определяем объем взрывоопасной смеси определим из соотношения:

Объем взрывоопасной смеси можно определить по формуле:

где - коэффициент запаса надежности, обычно принимаемый равным 2 для однородной парогазовоздушной смеси без источника зажигания в ней и принимаемый равным 4 - при возможности появления источника зажигания в ней (по условию не задано, поэтому принимаем, что источника зажигания в смеси нет).

Объем взрывоопасной смеси составит:

- без источника зажигания;

- с источником зажигания.

Диаметр зоны взрывоопасных концентраций определяем по формуле:

Диаметр взрывоопасной зоны для случая без источника зажигания:

.

Диаметр взрывоопасной зоны для случая с источником зажигания:

.

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



где Gб - масса горючих паров, вышедших из емкости, кг;

V - изменение объема, м3;

Рр - рабочее давление, Па;

Тр - рабочая температура, К;

s - концентрация насыщенных паров при рабочей температуре, об. доля;

М - молярная масса, кг моль-1.

где - давление насыщенных паров, мм. рт. ст. при рабочей температуре (задано по условию);

- по условию.

Объем взрывоопасной зоны определяем по уравнению:

где - безопасная концентрация паров, кг м-3.

Безопасную концентрацию горючих паров определяем по уравнению:



где нг,без - безопасная концентрация паров, кг/м3;

Vt= 22.4 м3 кмоль-1 - объем, занимаемый 1 кмоль паров.

Безопасную концентрацию горючих паров определяем по уравнению:

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

Диаметр взрывоопасной зоны:

Повреждение технологического оборудования возможно:

в результате механических воздействий;

в результате температурного воздействия;

в результате химического воздействия (коррозии).

В результате механических воздействий на материал оборудования будут воздействовать сверхнормативные внутренние напряжения, которые могут вызвать не только образование неплотностей в швах и соединениях, но и его взрыв. Высокие внутренние напряжения возникают при повышенном давлении в аппаратах, а также в результате нагрузок динамического характера.

Повышенные давления, которые приводят к повреждению аппаратов, могут возникать в результате:

Нарушения материального баланса работы аппарата, скорости и очередности подачи компонентов.

Нарушения температурного режима работы аппарата.

Действия на материал аппаратов и трубопроводов нагрузок динамического характера.

Основные причины возникновения динамических нагрузок:

а) резкое изменение давления в аппаратах и трубопроводах: в момент пуска аппаратов в эксплуатацию; в момент остановки аппарата; при грубых нарушениях установленного режима температуры и давления;

б) гидравлический удар. Гидравлический удар возможен при: быстром закрытии и открытии задвижек на трубопроводах; больших пульсациях веществ, подаваемых насосами; резком изменении давления на каком-либо дальнем трубопроводе.

Например, увеличение давления в аппаратах в результате возрастания гидравлического сопротивления происходит по мере возрастания гидравлического сопротивления слоя насадки (или тарелок), при загрязнении насадки отложениями солей и другими твердыми отложениями.

в) вибрации аппаратов и трубопроводов.

Коррозия материалов аппаратов и трубопроводов.

При полной разгерметизации резервуара с бензином объем вытекший смеси составит:

где - объем аппарата, м3;

- степень заполнения аппарата.

Массу испаряющейся с открытой поверхности жидкости определяем по формуле:



где - масса испаряющейся с открытой поверхности жидкости, кг;

- давление насыщенного пара жидкости, кПа;

- молярная масса;

- площадь испарения (при отсутствии обвалования и условии разлива 1 литр на 0,1 м2);

- продолжительность испарения, с.

Величину , кПа, принимаем по формуле (2.9) для температуры 200С.

Горизонтальные размеры зоны, м, ограничивающие область концентраций, превышающих нижний концентрационный предел распространения пламени (СНКПР), вычислим по формуле:

где - масса паров ЛВЖ, поступивших в открытое пространство за время полного испарения, но не более 3600 с, кг;

- плотность паров ЛВЖ при расчетной температуре и атмосферном давлении, кг·м-3;

- давление насыщенных паров ЛВЖ при расчетной температуре, кПа;

- коэффициент, принимаемый равным К=Т/3600 для ЛВЖ;

- продолжительность поступления паров ЛВЖ в открытое пространство, с;

- нижний концентрационный предел распространения пламени паров ЛВЖ, % (об.) (по формуле (2.19)).

2.3 Анализ возможных причин и условий самопроизвольного возникновения горения и зажигания горючих смесей

Источники зажигания от открытого огня, искр и нагретых поверхностей

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.

Источники зажигания от теплового проявления механической энергии

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.

Наиболее опасными по возможности перегрева являются подшипники скольжения сильно нагруженных и высокооборотных валов. К увеличению сил трения, а, следовательно, и количество выделяющегося тепла могут привести нарушение качества смазки рабочих поверхностей, загрязнения, перекосы, перегрузка двигателя насосов и чрезмерная затяжка подшипников.

Рассчитаем температуру подшипника центробежного насоса по перекачке бензина с подшипниками, диаметр вала 0,035 м. Температура окружающей среды - 20оС.

Мощность, идущую непосредственно на передачу энергии перекачиваемой жидкости, рассчитываем по формуле:

где - полезная мощность, Вт;

- плотность перекачиваемой среды (бензин), кг/м3;

g - ускорение свободного падения, м/с2;

- расход (бензина), м3/с;

- общий напор, м

Численные значения полных КПД большинства центробежных насосов лежат в пределах 0,70...0,85. Примем наименьшее значение. Тогда, полная мощность насоса составит:

где - коэффициент полезного действия.

Потери на механическое трение составляют 2-3% от полной мощности, т.е.:



Определим максимальную температуру корпуса подшипника:

где Тп - максимальная температура подшипника, К;

Тв - температура окружающей среды, К;

б - коэффициент теплообмена между поверхностью подшипника и средой, Вт/м2.К. Коэффициент теплообмена: роликового игольчатого подшипника - 150 Вт/(м2К), ППУ - 400 Вт/(м2К) [8]. Принимаем 400 Вт/(м2К);

F - поверхность корпуса подшипника, м2.

Поверхность корпуса подшипника определим по формуле:

где - диаметр шейки подшипника, м;

- угол обхвата шейки подшипником, град (принимаем 1200);

- длина рабочей части подшипника, м.

Диаметр шейки подшипника определим по формуле:



Принимаем

Длина рабочей части подшипника определяется по формуле:

Принимаем

На основании проведенного расчета делаем вывод, что температура подшипника не превышает температуру самовоспламенения бензина , следовательно, при попадании бензина на поверхность подшипника не произойдет его воспламенение. Для исключения перегрева подшипников необходимо осуществлять постоянный контроль установкой термопар с выводом на пульт управления.

Источники зажигания от теплового проявления химической энергии

В качестве специфических источников зажигания при осуществлении процесса первичной переработки нефти на установке АТ могут выступить пирофорные соединения (например, сульфиды железа), которые откладываются на стенках аппаратов, поэтому при остановке аппаратов на чистку и ремонт следует предпринимать соответствующие меры предосторожности: медленное окисление в процессе продувки аппаратов водяным паром, увлажнение стенок аппарата.

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.

Источники зажигания от теплового проявления электрической энергии

Пожары от электроустановок могут происходить, как при их нормальной работе, так и при неисправностях. При нормальной работе - неправильный выбор по условиям работы (без учета категории и группы взрывоопасной смеси и характера окружающей среды). При аварийных режимах вызванных несоответствием электрооборудования номинальным токовым нагрузкам, перегрузкой электрических и сетей и электродвигателей, короткими замыканиями и большими переходными сопротивлениями.

Причинами пожаров так же могут быть разряды статического и атмосферного электричества.

Анализ возможных причин проявления источников зажигания от открытого огня, нагретых поверхностей, искр и раскаленных продуктов сгорания приведен в таблице 4 для всего технологического оборудования процесса.

Таблица 4 - Анализ возможности появления характерных технологических источников зажигания

Источник зажигания	Технологическое оборудование
	Ректификационная колонна	Насос бензиновый центробежный	Резервуар бензина
От открытого огня, искр и нагретых поверхностей
сварочные и другие огневые ремонтные работы	+	+	+
От теплового проявления механической энергии
сжатие газов	-	-	-
перегрев подшипников	-	+	-
при появлении искр механического происхождения, высекаемых при ударах подвижных частей об их неподвижные части	-	+	-
при применении искронебезопасного инструмента в период проведения ремонтных работ	+	+	+
От теплового проявления химической энергии
самовозгорание пирофорных соединений сульфида железа на стенках аппарата	+	-	+
От теплового проявления электрической энергии
перегрузка электрических сетей	+	+	+
переходные сопротивления в местах плохого контакта соединения проводов и кабелей	+	+	+
разряды статического электричества	+	+	+
разряды атмосферного электричества	+	+	+

2.4 Определение возможных причин и условий для 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.



3. Основные мероприятия и технические решения по обеспечению пожарной безопасности технологического процесса

3.1 Мероприятия и технические решения, направленные на предотвращение образования горючей среды внутри технологического оборудования

Предотвращение образования горючей среды в закрытых аппаратах и емкостях с подвижным уровнем жидкости (в нашем случае - резервуар с бензином) способствуют следующие решения:

ликвидация свободного паровоздушного пространства путем применения плавающих крыш и понтонов;

введение негорючих (инертных) газов в газовое пространство аппарата;

уменьшение скорости изменения уровня жидкости путем увеличения числа одновременно опорожняемых аппаратов;

исключение или сокращение входа атмосферного воздуха в опорожняемый аппарат путем устройства газовой обвязки синхронно работающих аппаратов.

Специфическими требованиями пожарной безопасности для ректификационной колонны являются:

колонна перед пуском должна быть осмотрены, проверена исправность и готовность к работе всех связанных с ними аппаратов и трубопроводов, исправность контрольно-измерительных приборов, регуляторов температуры и давления, измерителей уровня жидкости;

пуск колонны в работу должен производиться строго в установленной последовательности, которая должна быть указана в технологической инструкции;

при работе колонны необходимо непрерывно контролировать параметры процесса и исправность аппаратуры.

При возникновении аварии или пожара после снижения внутреннего давления в аппарате необходимо подать внутрь его водяной пар или азот.

Все контрольно-измерительные приборы должны быть сосредоточены в одном месте и за их показаниями нужно постоянно следить, а их исправность контролировать.

3.2 Мероприятия и технические решения, направленные на предотвращение образования горючей среды в помещениях и на открытых технологических площадках

Специфическими требованиями пожарной безопасности, направленными на предотвращение образования горючей среды в помещениях и на открытых технологических площадках, являются:

основные аппараты установок размещать на открытых площадках;

на открытых установках в зимнее время спускные и дренажные линии, а также участки трубопроводов подачи замерзающих жидкостей должны иметь исправное утепление.

Для улавливания жидкости, которая может быть выброшена вместе с парами и газами через предохранительный клапан наружу, на линии за предохранительным клапаном следует иметь сепаратор. Уровень жидкости в сепараторе не должен превышать установленного предела.

Предотвращение образования горючей среды в производственных помещениях при нормальной работе технологического оборудования или при его аварии обеспечивают применением приточных систем для подачи наружного воздуха в помещения и вытяжных систем общеобменной, местной и аварийной вентиляции для удаления горючих веществ и материалов.

Выделяющиеся в помещениях категорий А и Б горючие пары и газы могут распространяться через дверные проемы и неплотности в ограждающих конструкциях в коридор, в помещения других категорий или иного назначения. Для предотвращения распространения паров и газов через дверные проемы предусматривают установку тамбуров-шлюзов с подачей в них наружного воздуха. Подача наружного воздуха в один или группу тамбуров-шлюзов должна осуществляться системами приточной вентиляции, не связанными с системами другого назначения. Приточные системы оборудуются резервными вентиляторами, обеспечивающими требуемый воздухообмен.

Для предотвращения распространения горючих паров и газов через неплотности в ограждающих конструкциях помещений для размещения вентиляционного оборудования в приточных камерах поддерживают избыточное давление по отношению к смежным помещениям, а в вытяжных -- разрежение.

В качестве дополнительных мер, направленных на ограничение площади аварийного разлива нефтепродуктов на случай полного (хрупкого) разрушения резервуара, следует рассматривать:

устройство специальной защитной стены обвалования, способной удерживать жидкость в случае полного разрушения резервуара;

использование дороги возле резервуара, имеющей возвышение не менее 1,5 м над планировочной отметкой внутри основного обвалования.

Система контроля и управления технологическими процессами должна обеспечивать подачу аварийного звукового и/или светового сигнала при самопроизвольном снижении уровня нефтепродукта в резервуаре, а при превышении максимально допустимого уровня взлива, кроме подачи сигналов, автоматическое отключение подающих насосов по команде сигнализаторов предельного уровня взлива, установленных на резервуаре.

Насосы, применяемые для перекачки нефтепродуктов, оснащаются:

блокировками, исключающими пуск или прекращение работы насоса при отклонении уровня жидкости в резервуаре от предельно допустимых максимального и минимального уровней взлива нефтепродуктов;

системами сигнализации и блокировки, отключающими насосы в случае возникновения нерегламентированной утечки перекачиваемого нефтепродукта.

Все всасывающие и напорные технологические трубопроводы должны иметь отсекающую арматуру, расположенную вне насосной станции.

На нагнетательном трубопроводе должна предусматриваться установка обратного клапана или другого устройства, предотвращающего перемещение нефтепродукта в противоположном направлении.

Приемные колодцы, предназначенные для приема утечек или перелива нефтепродуктов, целесообразно оборудовать «самозатухающими устройствами», способными ликвидировать возникшее горение нефтепродукта.

Прокладка технологических трубопроводов на территории объекта должна быть наземной, исключать их провисание и обеспечиваться защитой от возможного механического повреждения.

Зашита от разгерметизации фланцевых соединений коренных задвижек должна осуществляться за счет одного из следующих технических решений:

применения огнестойкого покрытия, обеспечивающего предел огнестойкости до разгерметизации не менее 1 ч;

устройства системы локального орошения коренных задвижек.

3.3 Мероприятия и технические решения, направленные на устранение причин и условий инициирования горения

Во избежание интенсивной коррозии материала и образования самовозгорающихся на воздухе сульфидов железа необходимо брать пробу сырья, поступающего на абсорбцию, для контроля количества находящихся в нем примесей. Предельно допустимое количество корродирующих примесей в сырье должно быть указано в инструкции.

Чистку внутренней поверхности колонны (десорбера) следует вести осторожно, неискрящими инструментами; если в колонне предполагается наличие отложений, способных к самовозгоранию на воздухе, чистку следует ввести при постоянном смачивании поверхности водой или другой негорючей жидкостью.

Пожарная безопасность при эксплуатации электроустановок должна обеспечиваться:

правильным выбором степени защиты электрооборудования;

защитой электрических аппаратов и проводников от токов короткого замыкания и перегрузок;

заземлением электроприемников;

выбором сечения проводников по безопасному нагреву, а также соблюдением противопожарных требований при канализации электроэнергии;

устройством проходов кабелей или трубопроводов сквозь стены, перекрытия и переходы через температурные и усадочные швы в пожароопасных и взрывоопасных зонах должны содержаться в исправном состоянии и обеспечивать надежную защиту от распространения огня в смежные помещения.

Вводы кабелей и проводов во взрывозащищенные аппараты должны выполняться с уплотнениями, предусмотренными конструкцией аппаратов, и периодически проверяться на герметичность. Взрывозащищенные электрические аппараты должны быть освидетельствованы.

Запрещается применение кабелей и проводов с полиэтиленовой изоляцией и кабелей в полиэтиленовой оболочке.

Все электроустановки должны быть обеспечены аппаратами защиты от токов короткого замыкания и других ненормальных режимов работы.

Характеристики аппаратов защиты должны соответствовать режимам эксплуатации электрооборудования.

Соединение, оконцевание и ответвление жил проводов и кабелей должны быть произведены с помощью опрессовки, сварки, пайки или специальных зажимов. Периодически должен производиться замер сопротивления изоляции проводов и кабелей. Запрещается эксплуатировать провода и кабели, сопротивление изоляции которых не соответствует требованиям нормативных документов.

Устройство и эксплуатация электросетей-времянок не допускается, за исключением случаев, оговоренных в нормативных документах.

Ежегодно перед началом грозового сезона должен производиться замер сопротивления заземлителей молниезащиты зданий и сооружений.

Температура на наружной поверхности установок должна быть не более 80% температуры самовоспламенения веществ, обращающихся в технологическом процессе. Во взрывоопасных зонах должны применяться установки, оборудование и инструменты, не образовывающие искр при любых условиях эксплуатации. Установки, сооружения и трубопроводы должны быть герметичными и не иметь подтеков пожаровзрывоопасных веществ.

Не допускается прокладывать воздухопровод вблизи источников открытого огня или высоких температур. Температура воздуха в воздуховодах должна быть ниже температуры вспышки масла на 75 °С.

3.4 Мероприятия и технические решения, направленные на предотвращение и ограничение распространения пожара

Колонны должны быть обеспечены стационарными системами водяного или воздушно-пенного охлаждения и тушения, состояние и наличие которых должно систематически проверяться.

Для уменьшения размеров пожаро-, взрывоопасных зон при возможных авариях предлагается:

помещения оборудовать аварийной вентиляцией с автоматическим запуском при возникновении опасного режима, сблокировать с датчиками взрывоопасных концентраций;

для технологических установок предусмотреть аварийный слив;

в здании предусмотреть легко сбрасываемые конструкции;

для технологических установок предусмотреть отбортовку.

Резервуар целесообразно оборудовать системами, предотвращающими возможность попадания нефтепродукта в дренированную подтоварную воду.

Технологическая схема должна обеспечивать аварийное освобождение (аварийный слив) нефтепродукта из резервуара самотеком и/или посредством подключения передвижных средств перекачки.

Эффективность повышения тактико-технических возможностей подразделения пожарной охраны предприятия нефтепродуктообеспечения может быть достигнута за счет применения следующих современных средств и систем пожаротушения:

подслойного тушения пожаров в резервуарах со стационарной крышей и в пространстве между резервуаром и специально установленной защитной стеной, рассчитанной на удержание жидкости в случае полного разрушения резервуара;

снижения опасности процесса испарения аварийно пролитых из резервуара нефтепродуктов;

комбинированных гидромониторов для подачи воды и пены;

эжекционных генераторов высокократной пены;

пленкообразующих пенообразователей типа «Легкая вода».

В качестве дополнительных мер, обеспечивающих защиту наземных резервуаров от тепловой энергии пожара, следует рассматривать:

оборудование стационарными системами охлаждения резервуаров, конструкция которых не должна иметь жестких связей с корпусом резервуара и иметь дополнительные вводы с противоположных сторон обвалования для подачи воды от передвижной пожарной техники;

устройство дополнительного внутреннего обвалования в группе между резервуарами;

установку на дополнительном внутреннем обваловании роботизированных стволов или установку на внешнем обваловании комбинированных гидромониторов, обеспечивающих кроме подачи воды на охлаждение резервуаров подачу пены низкой кратности для снижения интенсивности испарения или тушения пожара.



4. Инженерные расчеты

4.1 Определение категории помещения или наружной технологической установки по взрывопожарной и пожарной опасности

При категорировании производственного помещения по взрывопожарной и пожарной опасности в качестве расчетного выбираем наиболее неблагоприятный вариант аварии, при котором во взрыве участвуют наибольшее количество веществ и материалов, наиболее опасных в отношении последствий взрыва.

Количество поступивших в помещение веществ, которые могут образовывать взрывоопасные газопаровоздушные смеси определяем, исходя из следующих предпосылок:

происходит расчетная авария одного из аппаратов;

все содержимое аппарата поступает в помещение;

происходит одновременная утечка веществ из трубопроводов, питающих аппарат по прямому или обратному потоку в течение времени, необходимого для отключения трубопроводов.

В качестве расчетного вещества используется бензин.

Расчет Р для горючих веществ может быть выполнен по формуле [9]:

где - начальная температура воздуха, К;

- начальное давление, кПа (допускается принимать равным );

- масса горючего газа (ГГ) или паров легковоспламеняющихся (ЛВЖ) и горючих жидкостей (ГЖ), вышедших в результате расчетной аварии в помещение, кг;

- теплота сгорания, Дж/ кг;

- коэффициент участия горючего во взрыве, который может быть рассчитан на основе характера распределения паров в объеме помещения (принимаем );

- коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения. Допускается принимать равным 3;

- теплоемкость воздуха, Дж/(кг·К) (допускается принимать равной 1,01Ч 103 Дж/кг·К);

- свободный объем помещения, м3:

,

где a, в, h - соответственно ширина, длина, высота - соответственно, м;

0,8 - коэффициент, учитывающий оборудование помещения;

Объем бензина , м3, поступивший в помещение при расчетной аварии, определяется по формуле:

где - объем аппарата, м3;

- объем бензина, вышедший из трубопроводов, м3.

При этом принимаем равным нулю (полагаем, что внутри самого насоса незначительное количество бензина).

Объем бензина, вышедший из трубопроводов, определим по формуле:

где - объем бензина, вышедший из трубопровода до его отключения, м3;

- объем бензина, вышедший из трубопровода после его отключения, м3.

где - расход бензина, определяемый в соответствии с технологическим регламентом в зависимости от давления в трубопроводе, его диаметра, температуры газовой среды и т. д., м3 с -1;

- время отключения для автоматического режима, с;

8 - количество насосов.

где 8 - число напорных линий;

- внутренний диаметр трубопроводов, м;

- длина трубопроводов от аварийного аппарата до задвижек, м.

Масса паров бензина, m, кг, поступивших в помещение при расчетной аварии, определяем по формуле:



где W - интенсивность испарения, кг/с м2;

Fи - площадь испарения, м2;

Т - продолжительность поступления горючих газов и паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей в объем помещения, с (принимается по А.1.2 [9], ).

Площадь испарения при разливе на пол определяется (при отсутствии справочных данных), исходя из расчета, что 1 л смесей и растворов, содержащих 70 % и менее (по массе) растворителей, разливается на площади 0,5 м2, а остальных жидкостей - на 1 м2 пола помещения.

Таким образом, максимальная площадь разлива бензина может составить 6090 м2, что больше площади помещения. Поэтому за площадь испарения принимается площадь помещения - 70 м2.

Интенсивность испарения определяется по формуле:

где - коэффициент, принимаемый по таблице А.2 [9] в зависимости от скорости (0,6 м/с) и температуры воздушного потока над поверхностью испарения (200С);

- давление насыщенного пара при расчетной температуре жидкости, кПа (принимаем значение рассчитанное по формуле (2.9) для 200С, ).

Массу паров жидкости m, остающихся в помещении после вентиляции, определяем из выражения: 

где mи - масса паров бензина, испарившихся с поверхности пола, кг;

- коэффициент вентиляции.

Коэффициент К определяется по формуле:

где А - кратность воздухообмена, создаваемого аварийной вентиляцией,ч-1;

Т - продолжительность поступления паров ЛВЖ в объем помещения, час.

В соответствие с СП 12.13130.2009 категория помещения относится к «А» (избыточное давление взрыва 291 кПа (более 5 кПа)).

В виду того, что образование взрывоопасных концентраций возможно при аварии, то согласно п.7.3.41 ПУЭ, класс зоны помещения В-1а.

3.4 Расчет огнегасящего диаметра сухого гравийного огнепреградителя, установленного на линии транспортировки паров бензина в холодильник

Примем гравийный огнепреградитель и выполним его расчет.

Определяем критический диаметр огнепреградителя по формуле:

;

Составляем уравнение реакции горения бензина (формула - С7Н12,9) в воздухе:

Определяем объемную долю цг горючего в стехиометрической концентрации:

Определяем коэффициент теплопроводности смеси:

Определяем удельную теплоемкость горючей смеси:



Определяем газовую постоянную для смеси:

где ;

- справочные...