Введение к работе
Актуальность темы исследования. Вопросы обеспечения пожаровзрывобезопасности (ПВБ) нефтяных резервуаров остаются актуальными, о чем свидетельствуют регулярно происходящие в них взрывы и пожары, как при нормальной эксплуатации, так и в период проведения регламентных ремонтных работ. Данное обстоятельство указывает на то, что реализуемые в настоящее время способы обеспечения ПВБ резервуаров на стадии проведения аварийно-ремонтных работ не лишены недостатков и требуют модернизации. К одному из перспективных направлений обеспечения ПВБ резервуаров следует отнести флегматизацию их парогазовой среды азотом мембранного разделения (ФАМР).
Необходимо отметить, что в большей степени изучены предельно допустимые концентрации инертных газов и минимально взрывоопасные концентрации кислорода, тогда как исследования распределения азота мембранного разделения в объеме защищаемого резервуара не проводились, что сдерживает внедрение данного способа на практике.
Инертный газ, получаемый мембранным способом, по существу, представляет собой обогащенный азотом (или обедненный кислородом) воздух. Данный способ имеет ряд особенностей, который отличает его от других известных способов флегматизации, а именно:
- получаемый с помощью мембранных установок азот имеет
температуру на 10 — 15 С выше, чем температура воздуха, поступаю
щего в воздухоразделительные мембраны;
- производимая мембранной установкой инертная среда имеет ос
таточное количество кислорода до 5 %.
Применение способа флегматизации на основе систем мембранного воздухоразделения предполагает подачу обогащенного азотом воздуха с небольшим расходом, вследствие чего в объеме защищаемого резервуара из-за неравномерности распределения инертной среды возникают области с более высокой по сравнению со среднеобъемной концентрацией кислорода.
Условием безопасности проведения огневых ремонтных работ является создание минимального взрывоопасного содержания кислорода по всему объему резервуара. В связи с этим, требуемая производительность установки флегматизации, продолжительность подачи
инертного газа, а также способ контроля пожаровзрывобезопасного состояния могут быть определены только на основании исследований неравномерности распределения концентраций кислорода в ходе флегматизации азотом мембранного разделения.
Таким образом, целью работы является повышение пожарной безопасности процесса проведения аварийно-ремонтных работ на нефтяных резервуарах посредством ФАМР.
Для достижения поставленной цели в работе необходимо решить следующие задачи:
разработать методику и экспериментальные стенды для исследования процесса ФАМР;
выявить закономерности изменения концентрации кислорода в объеме резервуара при ФАМР;
произвести оценку неравномерности распределения концентраций кислорода в объеме резервуара;
установить закономерности изменения концентрации кислорода в резервуаре в процессе флегматизации с учетом неравномерности его распределения;
разработать рекомендации для проектирования и эксплуатации систем флегматизации, основанных на применении мембранных технологий воздухоразделения.
Объектом исследования являлся процесс флегматизации резервуаров азотом мембранного разделения.
В качестве предмета исследования рассматривалось распределение концентраций кислорода в объеме резервуара.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Разработана методика экспериментальной оценки неравномерности распределения концентрации кислорода в резервуарах при флегматизации азотом мембранного разделения.
-
Установлены значения концентраций кислорода (6,2 — 7,6 %) в зависимости от начальной концентрации паров нефтепродуктов в резервуарах, до достижения которых в процессе флегматизации не происходит перерасход инертного газа.
-
Установлены закономерности изменения концентрации кислорода в объеме резервуаров в зависимости от кратности подачи азота.
-
Разработана математическая модель процесса флегматизации, учитывающая физические свойства азота мембранного разделения и неравномерность его распределения в объеме резервуара.
Практическая ценность работы заключается в возможности использования закономерностей изменения концентрации кислорода в объеме резервуаров, включая неравномерность ее распределения, в зависимости от кратности подачи азота, для обеспечения пожаро-взрывобезопасности проведения аварийно-ремонтных работ на нефтяных резервуарах и проектирования систем флегматизации на основе мембранного воздухоразделения.
Материалы диссертации реализованы при:
а) разработке «Технических решений на проектирование допол
нительной системы противопожарной защиты мазутных резервуаров
ТЭЦ-11 в г. Москве». М.: ЗАО «НПП Криосервис», 2006 г.;
б) разработке «Технических решений на проектирование допол
нительной системы противопожарной защиты автозаправочной стан
ции № 40 НК «Роснефть», расположенной по адресу: г. Москва,
ул. Проспект Мира, вл. 94, в связи с переносом троллейбусной линии
на 2,0 м в сторону АЗС». М.: ЗАО «НПП Криосервис», 2009 г.;
в) разработке «Проектных решений на систему противопожарной
защиты площадки центрального пункта сбора Ванкорского нефтегазо
вого месторождения». Екатеринбург: ООО «Екатеринбург Спец
Автоматика», 2011 г.;
г) разработке «Технических решений на стадии проектирования и
эксплуатации системы флегматизации на основе мембранного возду
хоразделения, обеспечивающих пожарную безопасность процессов
проведения ремонтных работ в резервуарном парке ЗАО «Иркутск-
нефтепродукт», 2012 г.;
д) разработке лекционного материала по курсу «Производствен
ная и пожарная автоматика» в Уральском институте ГПС МЧС
России.
Основные результаты работы были доложены на:
-XXI Международной научно-практической конференции
«Актуальные проблемы пожарной безопасности» (г. Москва, ФГУ
ВНИИПО МЧС России, 2009 г.);
IV Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы обеспечения безопасности в Российской Федерации» (г. Екатеринбург, Уральский институт ГПС МЧС России, 2009 г.);
V Международной научно-практической конференции «Пожарная и аварийная безопасность» (г. Иваново, Ивановский институт ГПС МЧС России, 2010 г.).
На защиту выносятся:
результаты теоретического исследования процесса флегматизации азотом мембранного разделения резервуаров для нефтепродуктов;
результаты экспериментальных исследований неравномерности распределения концентраций кислорода в резервуарах;
математическая модель процесса флегматизации, учитывающая физические свойства азота мембранного разделения и неравномерность его распределения в объеме резервуара;
рекомендации по обеспечению пожаровзрывобезопасности при подготовке и проведении огневых аварийно-ремонтных работ на нефтяных резервуарах с использованием системы флегматизации на основе мембранного воздухоразделения.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 научных работ.
Структура, объем работы и ее основные разделы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы и приложения. Содержание работы изложено на 179 страницах текста, включает в себя 11 таблиц, 77 рисунков, список использованной литературы из 129 наименований.
