Самовозгорание пирофорных отложений в резервуарах
Среди всех возможных источников зажигания при аварии на резервуарах рассмотрим самовозгорание пирофорных отложений. Характерным примером пожара, инициированного самовозгоранием пирофорных отложений, является пожар в резервуарном парке НПЗ ОАО «Газпром Нефтехим Салават» в 2013 г. В резервуаре в течение 44 суток хранился неочищенный от сероводорода бензин в смеси с керосино-газойлевой фракцией, что способствовало образованию пирофорных отложений на стенках и крыше резервуара.
Как известно, пирофоры - вещества, способные самовозгораться в присутствии воздуха при любой температуре. Пирофорные отложения представляют собой продукты сероводородной коррозии, включающие сернистые соединения железа, органические смолистые вещества и механические примеси. Они могут иметь пористую и пластинчатую структуру [7, 8]. Химического или теплового импульса достаточно для самонагревания пирофорных отложений с дальнейшим самовозгоранием.
Наиболее часто самовозгоранию отложений подвергаются кровля резервуара, балки, на которых она установлена, и боковые поверхности в над-топливном пространстве резервуара при хранении в нем сырой нефти с высоким содержанием серы [9, 10]. Именно на эти части резервуара сырая нефть, дизельное топливо, мазут и керосин оказывают среднюю степень агрессивного воздействия.
На рис. 1 представлен ориентированный граф самовозгорания пирофорных отложений.
Рис. 1. Орграф самовозгорания пирофорных отложений
В орграфе указаны факторы, влияющие на процесс самовозгорания пирофорных отложений, также отражена взаимосвязь между ними. Например, при увеличении атмосферного давления пирофорная активность сульфидов железа существенно возрастает. При наличии численных данных о степени влияния рассмотренных факторов на самовозгорание пирофорных отложений возможно смоделировать орграф методом импульсного процесса [11].
Возгорание пирофорных отложений возможно при выполнении двух условий: скорость тепловыделения больше скорости теплоотвода и концентрация растворенного кислорода больше 7 об.% [12]. При этом толщина пирофорных отложений должна быть более 1 см.
В работе [8] установлено, что скорость роста отложений прямо пропорционально зависит от скорости коррозии материала резервуара:
V =
К-Рм
рПО - Мге
где К - скорость коррозии материала резервуара, мм/год; рМ - плотность материала резервуара, г/см 3; рПО - плотность пирофорных отложений, г/см 3; цРе - массовая доля железа.
В настоящей работе рассчитана скорость образования пирофорных отложений для стальных резервуаров при применении различных способов антикоррозионной защиты.
Как следует из рис. 2, применение газотермического покрытия алюминием или эпоксидных лакокрасочных материалов внутри резервуара способствует снижению скорости образования пирофорных отложений.
\/р, мм/год
100,0
80,0
60,0
40,0
20,0
0,0
л ^ та ь
ее "3 * о. 01
о £ =3 о & о га -П г о а и Р та с га арная)
<Е § э о. ш й. О) т
О.
1,0 о, в 0,6
од 0,0
ала/6.аг о,оа 0,04
К, мм/год
„Покрытие эпоксидными лакокрасочными материалами
/ Газотермическое покрытие А1
Рис. 2. Зависимость скорости роста отложений от скорости коррозии материала
В описанном выше примере аварии неочищенная нефть хранилась в резервуаре, изготовленном из углеродистой стали 3. В соответствии с рис. 2 толщина пирофоров за 44 дня составила более 1 см, что и привело к самовозгоранию с последующим взрывом и пожаром.
Способы предотвращения возгораний пирофоров
Представим себе треугольник: железо, сера и кислород. Наличие всех трех элементов приводит к самовозгоранию. Для того чтобы избежать самовозгорания пирофорных отложений, необходимо исключить один из этих элементов [13]. Основываясь на этом принципе, была разработана таблица выбора мероприятий по предотвращению возгорания пирофорных отложений.
Мероприятия по предотвращению возгорания пирофорных отложений
Фактор исключения Жизненный цикл резервуара
Строительство, монтаж Эксплуатация Демонтаж
Сли во-наливные операции Диагностические исследования Ремонтные работы
Fe А, Б - - Б -
Б - В - - -
О2 Г Д Д Е Е
Примечание: А - полимерные резервуары; Б - антикоррозионное покрытие (ингибиторы); В - предварительная очистка нефти от серы (нейтрализаторы сероводорода и меркаптанов); Г - газовая обвязка резервуара; Д - замена воздуха в надтопливном пространстве резервуара на негорючий газ (азот); Е - дезактивация пирофорных отложений: очистка прогретым паром, заполнение резервуаров реагентами (водные растворы гидроксида натрия, пероксида водорода и перманганата калия).
Каждое из предлагаемых мероприятий применимо только на определенном жизненном цикле резервуара. Например, исключить Fe можно, используя полимерные резервуары и антикоррозионное покрытие на этапе строительства; исключить S - лишь при предварительной очистке нефти от серы. Наиболее распространенным и эффективным способом является исключение 02, которого можно добиться на всех стадиях жизненного цикла резервуара путем применения газовой обвязки резервуара, замены воздуха в надтопливном пространстве на негорючий газ (азот) и дезактивации пирофорных отложений.
Один из современных способов по борьбе с пирофорными отложениями - применение полимерных материалов для изготовления резервуаров, что
снимает необходимость обеспечения антикоррозионной защиты, требуемой для металлических емкостей, и исключает образование пирофорных отложений. Полимерный двустенный резервуар предназначен для подземного хранения, приема и выдачи светлых нефтепродуктов. Он содержит внутреннюю и внешнюю стенки. Один из слоев внутренней стенки, непосредственно контактирующий с нефтепродуктом, снабжен электростатической защитой.
Для дезактивации пирофорных отложений активно разрабатываются современные химические реагенты: трилон Б и водный раствор гидролизо-ванного привитого сополимера акрилонитрила и бутадиенстирольного каучука [14, 15].
Наиболее простой и часто используемый на практике способ дезактивации пирофорных отложений - смачивание их водой. В реальных условиях осуществляют пропаривание оборудования перегретым паром длительное время (до 3-4 суток). Однако это не обеспечивает пожарную безопасность на объекте, так как пирофорные отложения быстро высыхают и вновь становятся способными к самовозгоранию.
Заключение
В работе на основе составленного орграфа самовозгорания пирофорных отложений установлена взаимосвязь между их составом и атмосферными условиями. Она позволяет оперативно оценить толщину пирофорных отложений в зависимости от срока хранения нефтепродуктов, вида резервуара и применяемой системы антикоррозионной защиты. В соответствии с этим была разработана таблица выбора мероприятий по предотвращению возгорания пирофорных отложений в зависимости от эксплуатационного цикла резервуара. В дальнейшем планируется смоделировать самовозгорание пирофорных отложений по орграфу методом импульсного процесса с учетом всех воздействующих факторов.
Библиографический список
1. Ханухов Х. М. Нормативно-техническое и организационное обеспечение безопасной эксплуатации резервуарных конструкций / Х. М. Ханухов, А. В. Алипов // Предотвращение аварий зданий и сооружений : сб. науч. трудов. - М. : [б. и.], 2011. -Вып. 10. - С. 384-422.
2. Кузеев И. Р. Анализ стандартной методики прогнозирования ресурса вертикальных стальных резервуаров по критерию циклической прочности / И. Р. Кузеев, А. А. Рябов // Нефтегазовое дело. - 2017. - Т. 15, № 4. - С. 150-156.
3. Гомонов Д. В. Увеличение сроков эксплуатации резервуаров вертикальных стальных / Д. В. Гомонов // Вестн. современных исследований. - 2018. - № 8.3 (23). - С. 221-223.
4. Объекты нефтехимической и нефтегазоперерабатывающей промышленности и объекты нефтепродуктообеспечения // Информ. бюл. Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору. - 2017. - № 5 (92). - С. 1-19.
5. Титова Т. С. Мониторинг и обеспечение техносферной безопасности природных и антропогенных систем / Т. С. Титова, Р. Г. Ахтямов, А. Н. Елизарьев, Е. Н. Елизарьева. -Уфа : УГАТУ, 2017. - 113 с.
6. Ахтямов Р. Г. Разработка методики выявления потенциально опасных объектов / Р. Г. Ахтямов, Н. С. Сенюшкин, А. В. Суханов // Вестн. Воронеж. гос. техн. ун-та. - 2011. -Т. 7, № 5. - С. 192-197.
7. Денисов Р. С. Актуальность создания инновационных технологий предотвращения возгорания пирофорных отложений в резервуарах для хранения нефти / Р. С. Денисов // Промышленная и экологическая безопасность. - 2012. - № 4 (90). - С. 175-179.
8. Бейлин Ю. А. Коррозионные пирофорные отложения как промоторы самовозгорания резервуаров с сернистой нефтью / Ю. А. Бейлин, Л. А. Нисельсон, И. Р. Беги-шев, Л. И. Филимонов, Б. А. Шишканов, И. И. Ащеулова, А. Н. Подобаев, И. И. Реформатская // Защита металлов. - 2007. - Т. 43, № 3. - С. 290-295.
9. Петров А. П. Исследование опасности самовозгорания пирофорных отложений в резервуарах с нефтью / А. П. Петров, В. Г. Иванов, Г. Ю. Глухов // Технологии техно-сферной безопасности. - 2009. - № 3 (25). - С. 8.
10. Азовцев А. Г. Моделирование тепловых процессов при нагреве пирофорного слоя в резервуаре вертикальном стальном для хранения нефти и нефтепродуктов / А. Г. Азовцев, В. В. Новиков, Е. В. Баринова, А. Х. Салихова, С. А. Сырбу // Технологии техносферной безопасности. - 2018. - № 2 (78). - С. 43-54.
11. Titova T. S. Lifetime of earth dams / T. S. Titova, A. Longobardi, R. G. Akhtyamov, E. S. Nasyrova // Инженер.-строит. журн. - 2017. - № 1 (69). - С. 34-43.
12. Бодров М. А. Определение времени достижения концентрации кислорода при опорожнении резервуара для хранения нефти и нефтепродуктов / М. А. Бодров, А. Г. Азов-цев, С. А. Сырбу // Современные пожаробезопасные материалы и технологии : сб. материалов. - Иваново : [б. и.], 2017. - С. 201-204.
13. Андросов А. С. Влияние состава атмосферы на самовозгорание пирофорных отложений, образовавшихся в резервуарах с сернистой нефтью / А. С. Андросов, И. Р. Бе-гишев, А. К. Беликов, П. В. Комраков // Пожаровзрывобезопасность. - 2014. - Т. 23, № 11. -С. 61-66.
14. Шлёкова И. Ю. Дезактивация пирофорных сульфидов на объектах добычи и переработки нефти / И. Ю. Шлёкова, Е. Ю. Шлёкова // Juvenis scientia. Технические науки. - 2016. - № 3. - С. 19-20.
15. Денисов Р. С. Разработка химического реагента, предотвращающего возгорание пирофорных отложений в оборудовании для добычи, транспорта и переработки нефти / Р. С. Денисов, А. Б. Лаптев, О. Р. Латыпов, Д. Е. Бугай // Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов. - 2012. - № 3 (89). - С. 169-175.
Материал взят по ссылке: https://cyberleninka.ru/article/n/preduprezhdenie-vozgoraniya-pirofornyh-otlozheniy-v-stalnyh-rezervuarah#:~:text=%D0%9F%D0%B8%D1%80%D0%BE%D1%84%D0%BE%D1%80%D0%BD%D1%8B%D0%B5%20%D0%BE%D1%82%D0%BB%D0%BE%D0%B6%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F%20%D0%BF%D1%80%D0%B5%D0%B4%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%B2%D0%BB%D1%8F%D1%8E%D1%82%20%D1%81%D0%BE%D0%B1%D0%BE%D0%B9%20%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B4%D1%83%D0%BA%D1%82%D1%8B,%D1%81%D1%82%D1%80%D1%83%D0%BA%D1%82%D1%83%D1%80%D1%83%20%5B7%2C%208%5D.
