Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 [ 159 ] 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284

ции (горения без взрыва) не вызывает существенного повышения давления: другими словами, взрыва не происходит, что произошло бы в закрытом объеме. Некоторые авторы все же считают, что теоретически внутри газового облака больших размеров, распространяющегося в свободном пространстве, в определенных условиях могла бы происходить детонация, то есть распространение пламени ударной волной, сжимающей адиабатически последовательные слои газа.Это мог бы быть случай, когда возгоргмие было бы инициировано источником ударной волы большой мощности.

До настоящего времени эта гипотеза не подтверждена фактами. Попытки спровоцировать это явление в стехиометрических смесях объемом несколько сот кубометров с помощью тринитротолуола были сделаны, но результата не дали.

Таким образом, так как взрыв в свободном пространстве исключен, остается пожар, который надо хорошо знать, чтобы эффективно его тушить. В классификации пламени, принятой во многих странах, включая англочаксонские и Францию, СПГ относится к классу В воспламеняющихся жидкостей или газов под давлением, горение которых сопровождается пламенем (в отсутствие электрического разряда).

Опыты, проведенные на пленках СПГ меньше 200 м, позволили установить их излучение: были зарегистрированы величины в среднем 150 кВт/м на поверхности горения и до 250 кВт/м локально. Эти значения по всей вероятности постоянны для больших пожаров СПГ: возможно, что, начиная с определенного размера, пламя над слоем СПГ не стелется по земле из-за недостатка воздуха. К тому же первые опыты, реализованные на поверхности 1000 м летом 1987 г. обществом Газ де Франс в кооперации с другими газовыми обществами, показали, что образуется большое количество сажи, что является признаком неполного горения. Тепло, выделяемое пожаром СПГ, рассеивается тепловым излучением пожара и конвекцией; интенсивность теплового излучения пожара на данном расстоянии определяется этим рассеиванием и атмосферным поглощением.

Оценка этого теплового излучения в зависимости от расстояния позволяет оценить опасные зоны для различных приемников (материалы, люди и т.п.) в соответствии с их стойкостью к облучению.

4.10.1.5.2. Моделирование излучения пожара СПГ

Современные способы моделирования основаны на следующей формуле:

О = FtEe,

где:

О - поток излучения, вт/м;

F - коэффициент формы пламени;

X - коэффициент переноса окружающим воздухом;

Е - эмиссия пламени, вт/м;

Е - коэффициент эмиссии пламени;

X - коэффициент, учитывающий атмосферное поглощение (вызванные, главным образом, водя-

ным паром в окружающем воздухе) на расстоянии пламя-приемник.

£ выражает ослабление эмитированного излучения из-за непрозрачности как пламени, так и сажи.

F учитывает форму пламени, расстояние и взаимную ориентацию между пламенем и приемником, для которого рассчитано излучение О.

Метод упрощенного расчета излучения О от пламени СПГ состоит в следующем:

- представить пламя как цилиндр более или менее наклоненный в соответствии с принятыми для расчетов направлением и силой ветра;

- оценить высоту и угол наклона пламени по полуэмпирическим формулам, предложенным AGA: соответственно по формулам Томаса и Виклера и Слипцевича;

- произвести двойное интегрирование элементарного энергетического потока, излученного элементом поверхности пламени (прямо связанного с эмиттивностью: Е « en) на элементе поверхности приемника;

- пренебречь коэффициентами х и е.

4.10.1.5.3. Обнаружение пожара СПГ

Средства, употребляемые для обнаружения пожара СПГ, не отличаются от тех, которые применяются на газовых установках в общем случае.

На установке, расположенной на открытом воздухе, вокруг всех ее частей, содержащих СПГ, устанавливаются детекторы пламени, имеющие чувствительный фотоэлектрический элемент или инфракрасный, ультрафиолетовый элемент.

4.10.1.6. Противопожарная защита

Противопожарная защита установок СПГ имеет три цели:

- згш4итить близлежащие объекты от действия теплового излучения,

- ограничить интенсивность пламени,

- потушить пожар, если позволяют условия.

4.10.1.6.1. Защита от излучения

Чаще всего используются устройства орошения объектов, считающихся наиболее уязвимыми для обеспечения адекватного сопротивления огню.

Расчет этих устройств состоит в следующем:

- оценить тепловое излучение, получаемое o6v ектами по методам, изложенным в § 4.10.1.5.2. для определенного сценария пожара;

- опредепить конфигурацию рамп орошения;

- рассчитать теоретически необходимый расход воды для поглощения испарением полученного излучения;

- принять коэффициенты безопасности для этого расхода воды, принять меры, гарантирующие доступность источника воды, определить средства перекачки воды (морская вода чаще всего для заводов и терминалов).

Объектами, для которых устраивается такая противопожарная защита, являются: резервуары хранения СПГ, основные объекты, содержащие СПГ, и здания, служащие для укрытия людей.

4.10.1.6.2. Ограничение пламени

Для СПГ единственным эффективным средством ограничения мощности огня являвтся изоляция жидкости от атмосферы покрытием ее толстым слоем физической пены.

Пена вырабатывается генераторами эмулыро-ванием в воздухе смеси воды и эмульгатора в слабой пропорции.

Разлитая на поверхности жидкости пена позволяет:

- уменьшить скорость испарения СПГ, выполняя роль изоляции между СПГ и атмосферой,

- сохранить распространение газового облака и ограничить зону возгораемости облака,

- ограничить риск возгорания на расстоянии и поддержать зону ближнего возгорания, то есть сверху зоны разлива СПГ,

- в случае возгорания ограничить интенсивность воздействия пламени и излучения пожара на окрающую среду.

Пена характеризуется кратностью, то есть отношением объема пены к объему воды и эмульгатора, использованных для ее приготовления (чем больше кратность, тем легче пена). Этот параметр определяет поведение пены на поверхности СПГ разлитого или возгоревшегося.

Химические пены с очень малой кратностью (получаемые реакцией между двумя жидкими химическими продуктами), с успехом используемые для покрытия пламени некоторых охлажденных углеводородов, оказались неэффективными для СПГ, так как не удовлетворяют определенным критериям, полученным в процессе испытаний пен.

Для СПГ пена должна:

- бьпъ хорошим теплоизолятором, плавающим на поверхности СПГ, с определенной степенью адгезии для того, чтобы не пропустить газ и не бьпъ унесенной ветром или конвективными потоками, возникающими под действием пламени;

- иметь хорошую устойчивость к огню и к холоду,

- обеспечивать равномерное покрытие СПГ при достаточно быстром производстве ее генераторами для того, чтобы она не разрушалась огнем перед тем, как он будет потушен.

Испытания, проведенные обществом Газ де Франс, показали, что физические пены при кратности от 150 до 350 отвечают условиям тушения пламени СПГ на больших поверхностях.

Тип пламени СПГ (поверхность слоя) и скорость разрушения пены огнем определяют число необходимых пеногенераторов, их расположение, размеры установок подачи воды и эмульгатора (расход воды и необходимый ее запас).

4.10.1.6.3. Тушение огня СПГ

Системы, использующие химический порошок и показавшие свою эффективность при тушении пожаров жидких незамороженных углеводородов и

газов, могут быть использованы для тушения огня СПГ.

В качестве химического порошка чаще всего используется порошок на основе бикарбоната натрия, другие порошки изготавливаются на основе бикарбоната калия или его производных.

Химические порошки воздействуют на огонь как мощные антиоксиданты, которые замедляют реакцию быстрого окисления (горения).

Если они должны быть применены для гашения огня СПГ, уже покрытого слоем физической пены, необходимо испытание их на совместимость с пеной, чтобы убедиться, что они не реагируют с эмульгатором, иначе порошки могут разрушить слой пены и не потушить, а увеличить силу огня.

Для успешного тушения необходимо мгновенно покрыть порошком весь очаг отя, что трудно в случав большой поверхности.

Опыт, полученный во время экспериментального тушения огня СПГ, показал, что:

- если очаг не превосходит нескольких квадратных метров, тушение может быть произведено прямо порошком без предварительного покрытия очага пеной, одновременным включением нескольких огнетушителей, направленных на основу пламени, но чтобы струи не разрушали поверхность жидкости;

- для больших поверхностей успех тушения быстро уменьшается: показательное тушение, продемонстрированное производителями огнетушителей на поверхности 50 1уг, закончилось успешно, но пожарные при этом рисковгши,

- для поверхностей в сотни квадратных метров тушение возможно только в случав огромных затрат порошка без гарантии успеха и лучше покрыть поверхность очага горения надежной физической пеной.

Примечание:

Вода ни в коем случав не являвтся средством тушения огня СПГ.

4.10.2. Поведение СПГ в резервуарах

4.10.2.1. Общие сведения

Возможно, что в резервуаре СПГ появятся слои или ячейки стратификации (расслоения). Плотность жидкости одинакова внутри ячейки, но плотность жидкости нижней ячейки отличается от плотности верхнего слоя.

В дальнейшем теплоприток в резервуар, тепло и массообмен между ячейками и наконец испарение с поверхности жидкости вызывают выравнивание плотностей слоев и в конечном счете их перемешивание. Самопроизвольное перемешивание часто называют ролл-овер (roll-over). Ролл-овер может сопровождаться мгновенным увеличением расхода испарений, если жидкость нижней ячейки находится в состоянии перегрева по отношению к давлению газовой фазы резервуара.

Это внезапное испарение может в определенных случа51х привести к увеличению давления в резервуаре и спровоцировать открытие предохранительных клапанов. Если последние рассчитаны неправильно (на меньшую производительность), внутренняя емкость резервуара может быть повреждена.

4.10.2.2. Стратификация

4.10.22.1. Стратификация, возникающая при наливе

В случае налива в резервуар СПГ с плотностью, отличающейся от плотности уже хранимого СПГ, может случиться, что обе жидкости не перемешаются, образуя два различных слоя. Это расслоение стабильно, если более плотная ж1у¥<осп> находится на дне. Это условие соблюдается, если во время налива через низ резервуара закачивается жидкость (груз) более плотная, чем жидкость, находившаяся в резервуаре (головка) или, в случае налива сверху груз имеет меньшую плотность, чем головка. На-олюдения показывают, что после образования эти слои остаются очень стабильными. Две ячейки с независимой циркуляцией образуются в жедкости (см. рис. 1 стр. 505). Происходит конвекшвный обмен, тепло и массы обмениваются на границе двух слоев. Тепло, поступающее в верхнюю ячейку с боковых поверхностей и через поверхность раздела, увлекается естественной конвекцией к поверхности и там теряется в вцде скрытой теплоты парообразования в поверхностном слое.

t t t

Поступление тепла

Стратификация СПГ в резервуара и ячейки тепловой конвекции.

С другой стороны, нижняя ячейка получает тепло через дно и боковые стенки, но может потерять тепловую энергию только через механизм конвекции на фанице раздела двух слоев. Два механизма развития во времени могут реализоваться в зависимости от того, меньше или больше теплопередача на фанице раздела слоев, чем поступление тепловой энергии в нижнюю ячейку.

По первой гипотезе СПГ в нижней ячейке разогревается и становится менее плотным (случай 1), по второй - охлаждается и его плотность растет (случай 2).

Плотность жидкости

Роллювер

Время

Плотность жидкости Нижняя ячейка

Случай 2

Верхняя ячейка

Ролл-овер Время

Явление Толл-оверв.

Когда плотности жидкости в двух ячейках почти сравниваются, граница раздела исчезает и жидкости в слоях перемешиваются. Это перемешивание, обычно очень быстрое, называется ролл-овер и сопровождается часто внезапным обильным испарением хранимого СПГ.

4.10.2.2.2. Самопроизвольная стратификация

Присутствие азота в значительных количествах в СПГ может спровоцировать стратификацию начально однородного продукта следующим образом: нестратифицированный флюид получать тепло через стенки и поднимается по стенкам. Поступив на поверхность, эта жидкость дросселируется и теряет много азота. Поэтому она становится менее плотной, чем оставшаяся жидкость, и может скапливаться в приповерхностных слоях.

Это накопление леп<ой жидкости может продолжаться до тех пор, пока толщина слоя станет такой, что кинетическая энергия циркулирующего флюида вдоль стенок станет равной потенциальной энергии, накопленной благодаря разности плотностей жидкостей в двух слоях.

Когда этот верхний слой сформируется, нижний слой не сможет более терять свое тепло конвекцией и дросселированием. Вследствие этого его температура начинает увеличиваться. Поведение резервуара становится идентичным вышеописанному в предыдущем параграфе. Произойдет ролл-овер после выравнивания плотностей двух слоев. В то же время, перемешанная жидкость может по-прежнему содержать значительное количество азота и процесс внезапного перемешивания может повториться много раз.

4.10.2.2.3. Математическое ролл-овера

моделирование

Для моделирования поведения СПГ в резервуарах хранения используются информационные прогностические модели для турбулентных смесей.