Повышение безопасности аварийно-ремонтных работ на горизонтальных резервуарах для нефтепродуктов способом флегматизации азотом мембранного разделения Бородин Александр Александрович

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1 Обзор литературы по исследуемой теме 10

1.1 Статистика пожаров на нефтяных резервуарах 10

1.2 Примеры пожаров на горизонтальных резервуарах 13

1.3 Анализ пожарной опасности процесса предремонтной подготовки горизонтальных резервуаров 17

1.4 Краткий обзор работ по исследуемой теме 27

1.5 Обзор математических моделей, описывающих процесс флегматизации емкостного оборудования 37

1.6 Выводы по главе 1 50

ГЛАВА 2 Разработка экспериментальных стендов и методики исследования 52

2.1 Обоснование принципиальной схемы экспериментальных стендов 52

2.2 Описание экспериментальных стендов 55

2.3 Описание контрольно-измерительного комплекса 64

2.4 Тарировка приборов газового анализа 71

2.5 Программа экспериментов и порядок их проведения 74

2.6 Программа численных экспериментов 81

2.7 Выводы по главе 2 86

ГЛАВА 3 Исследование процесса фамр РГС 87

3.1 Анализ основных результатов экспериментального и численного моделирования 87

3.2 Анализ неравномерности распределения концентраций в объеме РГС без нефтепродукта 92 3.3 Анализ неравномерности распределения концентраций в объеме РГС с остатком нефтепродукта 100

3.4 Исследование оптимальной схемы подачи инертного газа 104

3.5 Оценка влияния режима подачи инертного газа на процесс флегматизации 110

3.6 Разработка математической модели ФАМР РГС 112

3.7 Выводы по главе 3 118

ГЛАВА 4 Разработка рекомендаций по применению способа флегматизации азотом мембранного разделения 120

4.1 Область применения способа ФАМР РГС 122

4.2 Рекомендации для проектирования систем ФАМР 123

4.3 Рекомендации при осуществлении ФАМР 130

4.4 Рекомендации при проведении ремонтных работ 132

4.5 Выводы по главе 4 134

Заключение 135

Список литературы 137

• Анализ пожарной опасности процесса предремонтной подготовки горизонтальных резервуаров
• Описание экспериментальных стендов
• Анализ неравномерности распределения концентраций в объеме РГС с остатком нефтепродукта
• Рекомендации при осуществлении ФАМР

Введение к работе

Актуальность темы исследования. В соответствии с Энергетической стратегией России на период до 2030 года (далее по тексту – Стратегия) предусматривается поэтапное увеличение добычи нефти до 535 млн тонн в год, что связано с освоением нефтяных месторождений и развитием энергетической инфраструктуры Арктических районов страны, Восточной Сибири и Дальнего Востока.

Возрастание темпов добычи нефти влечет за собой расширение
существующего резервуарного парка и поддержание в работоспособном
состоянии имеющихся резервуаров. Последняя проблема отмечается в
Стратегии как основная, ведь износ основных фондов нефтеперерабатывающей
промышленности достигает 80 процентов. Данный факт предполагает
необходимость аварийно-ремонтных работ, в период проведения которых, по
данным различных источников, происходит от 20 до 70 % пожаров.
Следовательно, существующие способы обеспечения

пожаровзрывобезопасности в указанный период не лишены недостатков, и их совершенствование является актуальной научной задачей.

Одним из перспективных способов обеспечения

пожаровзрывобезопасности емкостного оборудования в ходе подготовки и проведения ремонта является флегматизация азотом мембранного разделения (ФАМР). К преимуществам данного способа можно отнести:

– сокращение сроков проведения аварийно-ремонтных работ из-за отсутствия необходимости предварительной очистки резервуара;

– возможность получения инертного газа на месте его использования;

– компактность установки, простота ее эксплуатации и ряд других.

Получаемый инертный газ имеет температуру порядка 30 – 35 С и остаточное содержание кислорода до 5 %. Производительность мембранного модуля зависит от «чистоты» получаемого азота, поэтому его подача осуществляется, как правило, с низким расходом. В связи с этим имеют место неравномерное распределение инертного газа в паровоздушном объеме резервуара и возникновение областей с более высокой концентрацией кислорода, чем среднеобъемная, что противоречит условию безопасности огневых ремонтных работ. При проведении предремонтной подготовки крайне сложно обеспечить контроль состава парогазовой среды одновременно в нескольких точках внутри резервуара и предположить, где находится область с более высокой концентрацией кислорода.

Из вышесказанного следует, что применение способа ФАМР для обеспечения пожарной безопасности горизонтальных резервуаров для нефтепродуктов не может осуществляться без исследования закономерностей динамики концентраций основных компонентов парогазовой среды резервуара в процессе флегматизации.

Степень разработанности темы исследования. Вопросам обеспечения пожарной безопасности предремонтной подготовки и аварийно-ремонтных работ на нефтяных резервуарах, а также изучения массообменных процессов посвящены работы Волкова О. М., Назарова В. П., Рубцова В. В., Шебеко Ю. Н., Шебеко А. Ю., Баратова А. Н., Корольченко А. Я., Навцени В. Ю., Ильина А. Б., Попова А. С., Лупичева П. П., Азаева Г. А., Сорокоумова В. П., Булгакова В. В., Корнилова А. А. и др. Изучению процесса флегматизации газовых горючих сред азотом мембранного разделения посвящены работы украинских исследователей Булгакова Ю. Ф. и Откидач Н. Я.

Условием безопасности огневых ремонтных работ на резервуарах является достижение минимальной взрывобезопасной концентрации кислорода во всем защищаемом объеме, однако, исследование распределения концентрации кислорода в объеме горизонтального резервуара в процессе ФАМР не проводилось. Это сдерживает внедрение данного способа на практике.

Таким образом, целью работы является повышение пожарной
безопасности процесса проведения аварийно-ремонтных работ на

горизонтальных резервуарах для нефтепродуктов посредством ФАМР.

Длядостиженияпоставленнойцелинеобходиморешитьследующие задачи:

разработать методику и экспериментальные стенды для исследования процесса ФАМР горизонтальных резервуаров;

установить закономерности изменения концентрации кислорода в резервуаре в процессе ФАМР с учетом неравномерности его распределения;

определить оптимальную схему подачи азота мембранного разделения в защищаемый резервуар;

на основании выявленных закономерностей разработать программное средство, позволяющее оперативно определить основные технологические параметры, необходимые для проведения ФАМР;

разработать рекомендации для проектирования систем ФАМР, осуществления предремонтной подготовки и ремонтных работ на РГС.

Объектом исследования является процесс флегматизации

горизонтальных резервуаров азотом мембранного разделения.

Предмет исследования – распределение концентраций кислорода в объеме горизонтального резервуара.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработаны экспериментальные стенды и методика экспериментальной оценки неравномерности распределения концентрации кислорода в горизонтальных резервуарах в процессе ФАМР.

2. Установлены закономерности изменения концентрации кислорода в объеме горизонтальных резервуаров в зависимости от кратности и схемы подачи, а также режима истечения струи азота.

3. Разработана математическая модель процесса флегматизации,

учитывающая физические свойства азота мембранного разделения и неравномерность его распределения в объеме горизонтального резервуара.

Теоретическая и практическая значимость работы заключается том,
что разработана математическая модель (и программный продукт на ее основе),
позволяющая учесть выявленные закономерности изменения концентрации
кислорода в объеме горизонтального резервуара. Также обоснованы
рекомендации для проектирования систем ФАМР и осуществления
предремонтной подготовки и ремонтных работ на горизонтальных резервуарах.
Предложен способ удаления «мертвого» остатка светлых нефтепродуктов,
осуществления ФАМР и дегазации при помощи передвижной

воздухоразделительной мембранной установки.

Методология и методы исследования. В основу теоретического
исследования положен метод теоретического анализа научной и нормативной
литературы. Основополагающим методом при разработке методики

экспериментов и экспериментальных стендов является метод приближенного моделирования, который базируется на теории подобия.

Для исследования процессов газодинамики использовался метод моделирования при помощи программных комплексов FlowVision и Excel.

Информационной основой исследования являлись отечественные и зарубежные литературные, правовые и нормативные источники, официальные статистические данные о пожарах, отчеты профильных министерств и ведомств, материалы научно-исследовательских работ по тематике пожарной безопасности.

Положения, выносимые на защиту:

результаты экспериментального исследования неравномерности распределения концентрации кислорода в горизонтальных резервуарах;

математическая модель процесса флегматизации, учитывающая физические свойства азота мембранного разделения и неравномерность его распределения в объеме горизонтального резервуара, и программный продукт на ее основе;

рекомендации для проектирования систем ФАМР, осуществления предремонтной подготовки и ремонтных работ на горизонтальных резервуарах.

Степень достоверности полученных результатов и выводов,

сформулированных в диссертации, подтверждается: использованием

современных поверенных измерительных приборов и измерительной аппаратуры, обеспечивающих высокую точность измерения с относительной погрешностью менее 5 %; высокой сходимостью результатов натурных и численных экспериментов; положительными результатами внедрения.

Материалы диссертации реализованы при:

- разработке системы противопожарной защиты объекта «Реконструкция
промывочно-пропарочной станции Никель Челябинского филиала ОАО

«Первая грузовая компания» в г. Орске Оренбургской области». г. Златоуст: ООО «Проектное управление ШтриХ», 2013 г.;

разработке проектных решений системы противопожарной защиты объекта «Техническое перевооружение группы резервуаров и сливоналивочных устройств на обособленном подразделении «Березовка» ООО «Агрофирма Ариант» по адресу Челябинская область, Увельский район, д. Березовка». г. Челябинск: ООО «ЧелябинскпромГАЗ», 2014 г.;

разработке «Проектных решений на проведение реконструкции в части обеспечения пожарной безопасности объекта капитального строительства «Эстакада налива нефтяного битума в железнодорожные вагон-цистерны на установке 19-10 ООО «Лукойл-Пермьнефтеоргсинтез», расположенной по адресу: г. Пермь, ул. Промышленная, 84». Златоуст: ОАО «Уралпромпроект», 2014 г.;

разработке учебно-методического пособия для выполнения лабораторных и практических работ «Производственная и пожарная автоматика. Часть I. Производственная автоматика для предупреждения пожаров и взрывов» (специальность 20.05.01 «Пожарная безопасность») в Уральском институте ГПС МЧС России.

Основные результаты работы доложены на:

VI Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы обеспечения безопасности в Российской Федерации» (г. Екатеринбург, Уральский институт ГПС МЧС России, 2012 г.);

22-й Международной научно-технической конференции «Системы безопасности – 2013» (г. Москва, Академия ГПС МЧС России, 2013 г.);

Международной научно-практической конференции «Инновационные технологии защиты от чрезвычайных ситуаций» (г. Минск, Командно-инженерный институт Республики Беларусь, 2013 г.);

VI Всероссийской научно-технической конференции «Безопасность критичных инфраструктур и территорий» (г. Екатеринбург / Абзаково, Уральское отделение РАН, 2014 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 научных работ, в том

числе в 4-х научных изданиях, включенных в перечень ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы и приложения. Содержание работы изложено на 159 страницах текста, включает в себя 18 таблиц, 59 рисунков, список использованной литературы из 136 наименований.

Анализ пожарной опасности процесса предремонтной подготовки горизонтальных резервуаров

На нефтеперерабатывающей установке ООО «Забайкальская нефтеперерабатывающая компания» в поселке Даурия произошел взрыв. В результате чего погибли пять граждан КНР, которые находились в эпицентре взрыва. Как сообщило следствие, на этой территории проводились работы по строительству, монтажу и запуску малотоннажного нефтеперерабатывающего завода без соответствующего разрешения. До момента официальной сдачи в эксплуатацию на предприятии нелегально осуществлялась нефтепереработка с последующей продажей ее продуктов.

После тестового запуска оборудования в процессе приемо-сдаточных работ сложилась взрывоопасная ситуация из-за наличия в аппаратах, резервуарах и трубопроводах паров нефтепродуктов [26]. № 8. 26.03.2011 г. На АЗС СПК «Сосновый Бор» Владимирской области произошел взрыв на РГС объемом 30 м2. Как было установлено, происшествие произошло вследствие нарушения правил пожарной безопасности при проведении сварочных работ, что привело к возгоранию паров дизельного топлива в емкости с последующим взрывом. В результате чего погибли два человека [27]. № 9. 08.02.2012 г.

На Серовской нефтебазе ОАО «Газпромнефть-Урал» произошел взрыв при проведении огневых ремонтных работ на резервуаре. В результате чего пострадали два человека, один из которых — смертельно. Причиной взрыва явились нарушения порядка проведения огневых работ, а именно отсутствие необходимого газового анализа воздушной среды резервуара, где образовалась взрывоопасная концентрация паров нефтепродуктов [14]. № 10. 01.06.2012 г.

В ОАО «Воронежсинтезкаучук» исполняющий обязанности начальника участка приготовления и переработки углеводородов получил смертельную травму при подготовке технологической емкости с бутадиеном к ремонту. Причиной чему послужило нарушение порядка организации и проведения взрывоопасных работ, а именно организация должностными лицами предприятия работ при отсутствии положительного анализа воздушной среды в емкости. К тому же несанкционированные работы повышенной опасности проводились без средств индивидуальной защиты. Это и повлекло гибель и. о. начальника участка [14]. № 11. 04.07.2012 г. На АЗС в районном поселке Русская Поляна Омской области произошел взрыв во время огневых работ по распилке старой цистерны, которая использовалась для хранения ГСМ. В результате расследования было выяснено, что цистерна не эксплуатировалась довольно давно. Хозяин автозаправочной станции, решив избавиться от нее, нанял троих рабочих. При проведении огневых работ произошел взрыв паров углеводородов, в результате чего один рабочий погиб на месте, двое тяжело ранены [28]. № 12. 12.10.2012 г. По версии следствия, на станции Войновка Тюменской области во время подготовки цистерн к эксплуатации в вагонном депо произошел взрыв паров нефтепродукта в автоцистерне на базе автомобиля марки «МАЗ». В результате чего пострадали три человека, которые были доставлены бригадой скорой помощи в больницу. Позже один из пострадавших скончался от полученных повреждений [29]. № 13. 12.10.2012 г.

В Харьковской области группа людей под руководством заместителя начальника бурового управления «Укрбургаз» проводила сварочные работы на объекте повышенной взрывопожароопасности. Для того чтобы заливать в горловину цистерны сырую нефть, использовалась приставная лестница. Для удобства было принято решение ее модернизировать, то есть сварить лестницу и площадку к ней. На горловину резервуара опустили площадку, а при выполнении сварочных работ, в момент касания электрода к емкости, произошёл взрыв.

Как было установлено следствием, часть резервуара была заполнена сырой нефтью, а основная часть паровоздушной смесью, которая и взорвалась. Установлен факт ненадлежащего выполнения служебных обязанностей некоторыми должностными лицами и возбуждено уголовное дело.

Один из пострадавших доставлен в харьковский ожоговый центр, второй находится в местной больнице из-за отсутствия возможности транспортировки вследствие сильных ожогов и травм [30]. № 14. 18.10.2012 г. На закрытой на реконструкцию АЗС, расположенной на набережной Ганнушкина города Москвы, прогремел взрыв паров бензина в пустой цистерне. В результате чего пострадал работник АЗС, пытавшийся справиться с пожаром до приезда пожарных [31]. № 15. 22.05.2013 г. Пожар произошел на заброшенной автозаправочной станции «Постольская» в Удмуртии. По сообщению пресс-службы ГУ МЧС России по Удмуртии, АЗС не эксплуатировалась с 2011 года. На момент прибытия первого пожарного расчета, резервуар (емкость 5 м3) горел открытым пламенем на площади около 5 м2. Причиной чего стало нарушение правил противопожарной безопасности при электрогазосварочных работах. О пострадавших не сообщалось [32].

Описание экспериментальных стендов

Уделяется внимание, в том числе, и флегматизации газового пространства резервуара инертными газами. Автор делает вывод, что флегматизация газового пространства позволяет повысить уровень пожаровзрывобезопасности процесса, сократить сроки ремонта, исключить затраты на проведение полной зачистки резервуара и уменьшить количество вредных выбросов. Однако внедрение данного способа на резервуарах требует проведения комплекса экспериментальных исследований для определения времени достижения минимальной взрывоопасной концентрации кислорода, рациональной интенсивности подачи инертного газа и распределения концентраций паров внутри резервуаров. Так же автором отмечается перспективность флегматизации азотом мембранного воздухоразделения при тщательном исследовании этого способа. И исследованием этих вопросов в своих диссертационных работах занимались Булгаков В.В. [68] и Корнилов А.А. [69].

В работе [68] представлены результаты исследования процесса флегматизации азотом, диоксидом углерода и аргоном. Также выполнен подробный анализ различных способов обеспечения пожаровзрывобезопасности аварийно-ремонтных работ на резервуарах, в том числе и флегматизация газового пространства резервуара. Как указывает автор, данный способ заслуживает внимания и исследования вследствие своей доступности и легкости технологического осуществления. Для проведения исследований автором были изготовлены экспериментальные стенды. В основе чего использовался метод приближенного моделирования, который в свою очередь опирается на теорию подобия [70, 71]. Так же применялся опыт конструирования подобных моделей Назарова В.П. [66, 67]. Однако при разработке методики экспериментального исследования за основу была принята кратность продувки, характерная для процесса вентилирования емкостного оборудования посредством турбулентного смешивания, что не подходит для способа флегматизации по причине большого расхода инертного газа. Поэтому в случае применения газообразного азота потребуется большой его запас на объекте, а в случае применения воздухоразделительного мембранного модуля с данными характеристиками стоимость оборудования может быть существенно завышена, что может быть экономически невыгодно.

Также автором было рассмотрено 4 способа продувки, в результате чего был сделан вывод о том, что схема подачи инертного газа в объем горизонтального резервуара, в отличие от вертикального, существенно не влияет на продолжительность флегматизации. Однако в рамках выполнения диссертационной работы целесообразно рассмотреть большее количество возможных схем подачи азота, в целях уменьшения времени флегматизации и количества не участвующего во флегматизации азота, выбрасываемого напрямую через дыхательную арматуру. Помимо выбора схемы подачи немаловажным фактором остается характер истечения струи флегматизирующего газа. Как было отмечено, в работе [68] автор опирается на теорию подобия [70, 71] и ряд работ, в которых исследована тема вентиляционных процессов [72, 73]. В них отмечено, что при моделировании необходимо соблюдать условие турбулентности потока подаваемого газа, то есть Ren 2300. Таким образом, применительно к горизонтальным резервуарам, необходимо исследовать влияние характера истечения струи азота на достижение флегматизирующей концентрации в каждой точке резервуара.

В результате проведенных исследований автор пришёл к выводу о том, что для горизонтальных резервуаров подтверждается теория идеального перемешивания газов для исследуемого процесса. Таким образом, подтверждается и допущение о мгновенном и полном перемешивании подаваемого флегматизирующего газа и паровоздушной среды, находящейся внутри объема резервуара. Это вполне может быть справедливым в рассмотренных им пределах кратностей продувки от 2,5 до 10 1/ч, что рекомендуется для емкостей с содержанием взрывоопасных паров [53, 74-76], но не всегда технически возможно и экономически невыгодно. Однако и сам автор указывает на наличие точек в горизонтальном резервуаре, в которых имеются отклонения от среднеобъемной концентрации нефтепродукта до 28 %. Наличие таких отклонений может говорить о неравномерности распределения концентраций в объеме горизонтального резервуара. Таким образом, исследование распределения концентраций в объеме горизонтального резервуара требует дополнительных исследований.

Вообще, наиболее изучен вопрос распределения концентрации различных инертных газов при пожаротушении, то есть при подаче его с высокой кратностью [123-135]. Однако в случае с флегматизацией азотом мембранного разделения, его подача осуществляется, как правило, с низким расходом. Увеличение расхода довольно существенно сказывается на стоимости ВРМУ [136]. В связи с этим имеют место локальные области с концентрацией окислителя выше среднеобъемной.

Так, например, согласно исследованиям [77] при вводе инертного газа в нижнюю зону достигается более равномерное распределение кислорода, чем при подаче газа в верхнюю зону танка. На рисунке 1.7 представлено изменение концентрации кислорода по высоте танка и места ввода инертного газа (СО2) в танк.

Анализ неравномерности распределения концентраций в объеме РГС с остатком нефтепродукта

Пройдя различные преобразования через указанные устройства, сигнал с датчиков поступает на персональный компьютер с базовым программным обеспечением. В базовое программное обеспечение ZETLAB входят все необходимые программы для проведения испытаний и измерений, в том числе и многоканальный осциллограф, позволяющий производить запись показаний датчиков с необходимой частотой, которая выбирается вручную.

Многоканальный осциллограф совместно с модулями АЦП ЦАП и анализаторами спектра выполняет функции многоканального цифрового осциллографа. С его помощью можно наблюдать форму и амплитуду сигналов одновременно по 8 каналам в одном окне программы в реальном времени или в режиме воспроизведения записанных сигналов (т. е. по записанным ранее сигналам), а также измерять мгновенные значения сигналов. Также возможен одновременный запуск нескольких окон программы «Многоканальный осциллограф» с целью увеличения количества наблюдаемых каналов. Синхронно, в разных окнах программы «Многоканальный осциллограф», могут отображаться несколько сигналов, взятых в один промежуток времени. Для сравнения сигналов их графики можно отобразить в одних осях координат. Простая и удобная система управления курсором и масштабирования графиков позволяет изучить изменения формы сигналов во всем временном интервале или произвести более детальный анализ.

Указанное оборудование и программные средства сертифицированы и соответствуют требованиям национальных стандартов, норм, правил, руководящих документов, инструкций в области промышленной безопасности, действующих в Российской Федерации [85]. Также в состав контрольно-измерительного комплекса входили приборы для измерения концентраций кислорода и нефтепродуктов. Для измерения концентрации кислорода в объеме резервуара использовались датчики «ОКСИК-3». Датчик «ОКСИК-3» – электрохимический преобразователь концентрации кислорода – предназначен для контроля недостатка и избытка кислорода в воздухе. Датчик вырабатывает выходной сигнал в виде постоянного напряжения, пропорционального парциальному давлению кислорода в газовой смеси. Тарировка датчиков «ОКСИК-3» производилась на предприятии-изготовителе, однако перед экспериментальным исследованием датчики дополнительно были проверены работоспособным газоанализатором «Комета-М» путем создания в герметичном объеме фиксированной концентрации кислорода за счет разбавления среды азотом.

Оптические датчики на углеводороды Dynament MSH – HHC / TC / F / I использовались для измерения концентрации паров нефтепродуктов. Принцип действия датчика основан на избирательном поглощении оптического излучения молекулами углеводородов в инфракрасной области спектра. Подача контролируемой среды – диффузионная, через отверстия двухволновой оптической ячейки. Ячейка работает на двух длинах волн, выделяемых светофильтрами – одна из них рабочая. Другая длина волны, на которой отсутствует поглощение света молекулами определяемого вещества, опорная. Инфракрасное излучение проходит через измерительную газовую кювету и попадает на 2 фотоприемника, один из которых регистрирует только излучение на рабочей длине волны, другой на опорной длине волны. Исследуемый газ, находящийся в кювете, поглощает излучение рабочей длины волны и не влияет на излучение опорной длины волны. Амплитуда рабочего сигнала фотоприемника изменяется при изменении концентрации. Используемый дифференциальный двухволновой метод регистрации позволяет устранить влияние паров воды, загрязнения оптических элементов и прочих неселективных помех, одинаково влияющих на оба канала.

Тарировка приборов газового анализа в данном случае представляла собой установление соответствия между напряжением выходного сигнала датчиков концентрации углеводородов и значением измеряемой величины. Используемые датчики Dynament MSH – HHC / TC / F / I проходят обязательную тарировку на заводе-изготовителе с указанием в паспорте следующих данных: – диапазон измерений; – соответствующее данному диапазону максимальное и минимальное напряжение выходного сигнала при нормальных условиях; – относительная погрешность; – инерционность. Все вышеуказанные характеристики были приведены в таблице 2.5 и являются достаточными для измерительных операций при проведении экспериментальных исследований.

На основании анализа способов тарировки датчиков суммарных концентраций углеводородов, которые были использованы некоторыми исследователями [67-69, 79] для аналогичных целей, был выбран весовой способ, как наиболее простой и, в то же время, достаточно точный. 1 – термометр; 2 – тарировочная емкость; 3 – крышка с уплотнительной вставкой; 4 – датчик суммарных концентраций углеводородов; 5 – шприц с нефтепродуктом; 6 – усилитель сигнала; 7 – АЦП; 8 – ПК с программным обеспечением; 9 – электронные весы Шприц с нефтепродуктом (5) предварительно взвешивался на электронных весах (9), после чего нефтепродукт подавался через уплотнительную вставку (3) в герметичную тарировочную емкость (2) объемом 0,02 м3 из толстого стекла. После чего шприц снова взвешивался, и таким образом определялась масса НП в емкости. В течение 24 часов происходило испарение нефтепродукта и выравнивание концентрации, периодически емкость взбалтывалась. В данный период при помощи контрольно-измерительного комплекса (6, 7, 8) производилась запись показаний датчика (4), которые с течением времени стабилизировались. Далее тарировка заключалась в сопоставлении выходных данных датчика на нефтепродукт и заранее известной концентрации паров нефтепродукта, определенной расчетным путем по формуле:

Рекомендации при осуществлении ФАМР

На определенном этапе расхождение между концентрациями в различных точках достигает максимального значения, но при параметр сротн 1, что наблюдается на рисунке 3.10. Схожая специфика распределения концентраций наблюдалась для кратностей 2,6 1/ч и 3,4 1/ч, а также для кратности 0,4 1/ч приблизительно в течение первых двух часов флегматизации. Таким образом, безопасная концентрация кислорода при кратности 0,4 1/ч достигается при условии существенно меньшей неравномерности распределения концентраций по сравнению с кратностями 2,6 1/ч и 3,4 1/ч, что говорит о целесообразности подачи инертного газа с меньшим расходом, способствующим более равномерному распределению подаваемого инертного газа.

Представленные на рисунках 3.6-3.15 графики наглядно свидетельствуют о несостоятельности принятых в интегральной модели динамики концентраций парогазовой среды допущениях о мгновенном и равномерном распределении поступающего инертного газа, что, в свою очередь, свидетельствует о необходимости ее корректировки, в особенности это касается времени флегматизации всего объема защищаемого резервуара с учетом неравномерного распределения концентраций (тобщ).

Отдельно следует отметить результаты исследования неравномерности распределения концентраций в объеме РГС с остатком нефтепродукта. В соответствии с программой, представленной в таблицах 2.11 и 2.12, была проведена серия экспериментов на ЭС-3 и ЭС-4. На ЭС-3 проводились испытания с наличием паров нефтепродукта в объеме РГС. Целью эксперимента являлась оценка влияния среды на распределение концентраций азота мембранного разделения. Результаты представлены на рисунке 3.16 в виде динамики относительных концентраций кислорода.

На ЭС-4 проводилась серия экспериментов с наличием жидкого нефтепродукта в объеме РГС – бензина АИ-92 и дизельного топлива (летнего). Целью эксперимента являлась, как и в предыдущем случае, оценка изменения относительных концентраций в условиях постоянного испарения жидкого нефтепродукта. Результаты представлены на рисунках 3.17 и 3.18.

Для приблизительной оценки влияния вида нефтепродукта (рисунок 3.19) и температуры подаваемого инертного газа (рисунки 3.20 и 3.21) на продолжительность ФАМР экспериментальные данные нагляднее представить в виде зависимости максимальной концентрации кислорода в объеме РГС от времени.

В виду отсутствия возможности использования мембранного воздухоразделительного модуля на ЭС-4, подаваемый в РГС азот нагревался до 104 температуры 35 С (кривая «с нагревом») с целью приближения к свойствам азота, получаемого мембранным способом. По результатам оценки можно сделать следующие выводы: - Изменение концентраций кислорода в объеме РГС с наличием паров нефтепродукта аналогично картине, наблюдаемой и в случае их отсутствия (рисунки 3.9-3.14). Следовательно, результаты, полученные ранее на ЭС-1 и ЭС-2, с учетом подтверждения выбранных критериев подобия, могут быть справедливы и для РГС с наличием нефтепродукта. - Наличие жидкого нефтепродукта в объеме РГС позволяет уменьшить время флегматизации, так как концентрация кислорода будет заведомо ниже. Как видно на рисунке 3.19, время флегматизации РГС с остатком бензина АИ-92 меньше, чем для ДТ, в связи с разной интенсивностью испарения. - При повышении температуры подаваемого инертного газа в РГС с наличием жидкого нефтепродукта время флегматизации уменьшается (по результатам оценки от 5 до 20 %), что связано с повышением интенсивности испарения (рисунки 3.20 и 3.21). Уменьшение времени флегматизации в таком случае может зависеть не только от температуры инертного газа, но и от кратности его подачи, режима истечения струи из напорного патрубка и его от удаленности от зеркала жидкости. Таким образом, в математической модели необходимо учесть тепловой баланс процесса ФАМР.

Одной из задач исследования процесса ФАМР РГС является определение оптимальной схемы подачи инертного газа. Согласно проведенному литературному анализу, в научной и технической литературе встречается упоминание о различных способах подачи инертного газа для флегматизации емкостного оборудования. Однако нигде не встречается оценка эффективности той или иной схемы. Оптимальной будет являться та схема, которая позволит осуществить флегматизацию резервуара за меньший промежуток времени при наименьших технических изменениях в конструкции. Перечень возможных схем указан на рисунке 2.15, сравнение которых выполнялось согласно программе, представленной в таблице 2.10.

Для сравнительного анализа полученных результатов была использована математическая модель, описывающая динамику среднеобъемных концентраций кислорода, представленная в работе [68], основанная на аналитическом решении дифференциального уравнения материального баланса и предполагающая «мгновенное» и «равномерное» перемешивание подаваемого инертного газа. Время флегматизации, в этом случае, рассчитывается по формуле 3.3.