Пожарная безопасность технологических процессов / Shvyrkov - PB tekhnologicheskikh processov 2012

РАЗДЕЛ IV

ПОЖАРНАЯ ОПАСНОСТЬ И ПРОТИВОПОЖАРНАЯ ЗАЩИТА ТИПОВЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

И ПРОИЗВОДСТВ

Глава 14

ПОЖАРНАЯ ОПАСНОСТЬ И ПРОТИВОПОЖАРНАЯ ЗАЩИТА ПРОЦЕССОВ ТРАНСПОРТИРОВКИ И ХРАНЕНИЯ ГОРЮЧИХ ВЕЩЕСТВ И МАТЕРИАЛОВ

14.1. Пожарная опасность и противопожарная защита процессов транспортировки горючих веществ по магистральным

итехнологическим трубопроводам

Внастоящее время на территории России (по данным Госгортехнадзора) эксплуатируется 227,4 тыс. км магистральных трубопроводов различного назначения, в том числе: газопроводов – 157 тыс. км; нефтепроводов – 47 тыс. км; нефтепродуктопроводов и конденсатопроводов – 22 тыс. км; аммиакопроводов – 1,4 тыс. км, а также свыше 350 тыс. км внутрипромысловых трубопроводов. Согласно официальной статистике,

за последние пять лет на магистральных трубопроводах происходило в среднем 182 пожара в год. Средняя частота возникновения пожаров на 1000 км магистральных нефтепроводов составляет 0,25 год–1.

Удельную частоту возникновения утечек при повреждении технологических трубопроводов f, 1/(год·м), можно определить по формуле

f 10 (5,32 0,26 d ) ,

(14.1)

где d – эквивалентный диаметр отверстия в трубопроводе, мм.

Частота повреждения фланцевых соединений на трубопроводах,

атакже выхода из строя задвижек составляют соответственно 7,0 · 10–3 год–1

и6,0 · 10–3 год–1.

Удельную частоту полной разгерметизации технологического трубопровода, 1/(год·м), определяют по формуле

f 10 10 (5,56 0,0064 D ) ,

(14.2)

где D – диаметр технологического трубопровода, мм.

Разгерметизация трубопроводов (локальная или полная) происходит под воздействием следующих причин:

191

внешних механических воздействий природного и техногенного характера;

внутренних механических воздействий повышенного давления продукта и эрозии;

внутренней и внешней коррозии;

температурных напряжений;

критического развития скрытых дефектов в материале труб, сварных швах и арматуре;

наличия человеческого фактора (несанкционированных врезок в трубопровод, повреждений при проведении земляных, сельскохозяйственных работ и др.).

14.1.1.Особенности пожарной опасности трубопроводов

1.Диаметры магистральных газо- и нефтепроводов достигают 1,0–1,5 м

иболее, продуктопроводов 0,2–0,4 м и более, диаметры технологических трубопроводов изменяются в широком диапазоне: от 10–20 мм до 300– 400 мм. Протяженность магистральных трубопроводов достигает 2–3 тыс. км и более, протяженность трубопроводов на технологических установках

ипредприятиях достигает десятков и сотен километров.

2.Давление продуктов в магистральных трубопроводах обычно не превышает 5–7 МПа, а их температура близка к температуре окружающей

среды. Давление продуктов в технологических трубопроводах изменяется от разрежения до 100–150 МПа и более, а температура – от –190 оС

иниже до 900 оС и выше.

3.При транспортировании горючих газов и жидкостей при нормальном режиме эксплуатации взрывоопасные концентрации внутри трубопроводов не образуются.

4.Эрозия, внутренняя и внешняя коррозия материала труб часто имеют скрытый характер развития и обычно приводят к внезапной локальной разгерметизации трубопровода, а при одновременном воздействии внутреннего давления – к полной разгерметизации трубопровода.

5.Длительность существования в приземном слое зоны ВОК при аварии газопровода зависит от давления газа, площади сечения отверстия, продолжительности истечения, физико-химических свойств газа, его температуры, направления истечения струи, состояния атмосферы, времени года и суток, ландшафта местности и других факторов.

6.Выход сжиженного горючего газа (СГГ) из трубопроводов часто сопровождается фонтанированием, растеканием по поверхности земли или воды кипящего продукта с образованием над поверхностью испарения слоя холодного плотного пара. Пар, смешиваясь с воздухом, образует

192

быстро нарастающую зону взрывоопасных концентраций, длительность существования которой в приземном слое зависит от количества выходящего СГГ, его свойств и внешних факторов.

7.Выход ЛВЖ и ГЖ из трубопроводов может сопровождаться их фонтанированием с образованием взрывоопасных аэрозолей, растеканием по поверхности земли или воды, испарением с образованием зон ВОК,

атакже инфильтрацией продуктов в грунт. В случае, если повреждение трубопровода (обычно носящее локальный характер) произошло на достаточной глубине в грунте без обнажения поверхности трубопровода, происходит инфильтрация продуктов в грунт, образование линз и их миграция вместе с грунтовыми водами на значительные расстояния.

8.В случае непринятия своевременных мер возможны:

взрыв газовоздушной смеси (при транспортировке газа) или паровоздушной смеси (при транспортировке жидкостей) с последующим пожаром разлива жидкости;

только пожар разлива.

Взрывоопасные смеси для ГГ, СГГ и ЛВЖ с tр tвсп могут образоваться практически в любое время года и суток.

9. Источниками зажигания обычно являются:

вещества, нагретые до температуры самовоспламенения и выше;

фрикционные искры (искры удара и трения);

самовозгорание пирофорных отложений;

тепловые проявления электрической энергии (разряды молний, электросварочные работы, короткие замыкания в электросетях, большие переходные сопротивления и т. д.);

открытое пламя и высоконагретые поверхности (костры, печи, факелы, газосварочные работы и пр.);

работающие двигатели внутреннего сгорания тракторов, механизмов, автотранспорта, в том числе участвующего в ликвидации аварийной ситуации.

10.На мощность взрыва горючей смеси влияют погодные условия (время года, стратификация атмосферы, подвижность воздуха), а также промежуток времени от момента возникновения аварийной ситуации до появления источника зажигания. Чем позже произойдет воспламенение газоили паровоздушного облака, тем больше может быть его объем и масштабнее последствия взрыва.

11.Большую опасность представляют такие особенности рельефа местности вблизи места выхода горючих веществ из трубопроводов,

как наличие уклона, балок, оврагов, водных поверхностей (ручьев, рек, озер, болот). Это способствует растеканию нефтепродуктов на больших площадях и на большие расстояния, достигающие сотен метров

193

и десятков километров. Наличие кустарника и деревьев, зданий, глухих заборов и тому подобных преград, с одной стороны, влияет на ограничение размеров и интенсивности нарастания зон ВОК, а с другой стороны, препятствует рассеиванию горючих паров и газов.

12. К особенностям возникновения и развития пожара на магистральном трубопроводе можно отнести трудности, связанные с обнаружением места повреждения трубопровода и своевременной доставкой противоаварийной и пожарной техники на место аварии или пожара.

14.1.2. Основные способы и технические решения по противопожарной защите процессов транспортировки

В настоящее время основными способами и техническими решениями по противопожарной защите процессов транспортировки горючих веществ по трубопроводам являются:

улучшение качества металла труб;

контроль и регулирование давления и расхода продуктов;

устройство систем защиты при повышении давления среды;

применение поверхностно-активных веществ, жидких или газовых разбавителей при транспортировке вязких жидкостей;

противокоррозионная защита;

очистка продуктов от коррозионных и механических примесей,

втом числе: нефтепродуктов – от воды, природного газа – от паров воды

ивысокомолекулярных углеводородов;

применение присадок, предотвращающих образование кристаллогидратов при транспортировании газов;

очистка трубопровода от отложений;

применение эффективной теплоизоляции;

мониторинг износа труб и их состояния;

мониторинг трассы трубопровода и в особенности переходов через водные преграды, овраги, железные дороги, автомобильные дороги

ит. д.;

автоматизированное управление перекачкой;

повышение надежности работы арматуры.

14.2. Пожарная опасность и противопожарная защита насосных станций

Насосы, служащие для перекачки СГГ, ЛВЖ и ГЖ, размещают в помещениях насосных станций или на открытых площадках (обычно под навесами с боковыми продуваемыми укрытиями). По конструктивному

194

исполнению насосы могут быть объемного, скоростного или вихревого типов, иметь привод от электродвигателей или двигателей внутреннего сгорания (редко от паровых машин).

Большое число аварий на насосах объемного действия (поршневых, шестеренных, мембранных и др.) обусловлено принципиальными особенностями конструкции: неограниченным повышением давления в замкнутом объеме, неравномерной подачей, пульсирующими и знакопеременными нагрузками на узлы и детали, сложностью оборудования.

Центробежные и вихревые насосы менее опасны, так как обеспечивают равномерную подачу и не приводят к чрезмерному повышению давления в замкнутом объеме, отличаются простотой конструкции и надежностью в работе.

Помимо насосов в состав насосных станций входят: трубопроводы, задвижки и узлы задвижек (манифольды), фильтры, обратные клапаны, вакуум-насосы и другое оборудование, которое также оказывает влияние на возникновение и развитие пожара.

14.2.1.Особенности пожарной опасности насосных станций

1.При разгерметизации нагнетательного патрубка насоса или напорного трубопровода объем вышедшего продукта будет значительно больше, чем при разгерметизации всасывающего трубопровода или разрушении корпуса насоса.

2.Большая скорость нарастания концентрации паров в помещении насосной при разливе СГГ, ЛВЖ или ГЖ с tр tвсп с образованием горючей паровоздушной смеси.

3.Затекание паров в соседние помещения (при аварийной разгерметизации оборудования в помещении насосной) или дрейф паров в сторону технологических установок (при аварийной разгерметизации оборудования на открытойплощадке), гдеможет произойтивоспламенениегорючей смеси.

4.Источниками зажигания обычно являются электрические и фрикционные искры, самовозгорание пирофорных отложений, высоконагретые части оборудования, а на открытых площадках и разряды молний.

5.На возможность развития пожара влияют: место его возникновения (помещение или открытая площадка) и степень повреждения оборудования, тепловая устойчивость оборудования, наличие устройств, ограничивающих выход и растекание продуктов, наличие систем противопожарной защиты и удаленность пожарных подразделений от объекта.

14.2.2.Основные способы и технические решения

по противопожарной защите насосных станций

Противопожарная защита насосных станций достигается за счет применения следующих способов и технических решений или их комбинаций:

195

насосы размещают преимущественно на открытых площадках;

на нагнетательной линии за насосом объемного действия (поршневым, шестеренным, ротационным, мембранным, винтовым и т. п.) устанавливают обратный клапан с перепускной линией со стороны нагнетания на всасывание;

на нагнетательной линии за насосом объемного действия устанавливают устройство для сглаживания пульсации жидкости;

предусматривают автоматическую блокировку, предотвращающую запуск насоса объемного действия при закрытой задвижке на нагнетательной линии;

на производственных коммуникациях вместо насосов объемного действия предпочтительнее установка центробежных или вихревых насосов;

вместо лабиринтных или набивных сальниковых уплотнений валов насосов предпочтительнее устройство торцовых уплотнений;

для перекачки СГГ или ЛВЖ используют насосы с торцовыми уплотнениями, но предпочтительнее использование герметичных бессальниковых насосов;

для перекачки горючих ядовитых, радиоактивных и других опасных жидкостей используют только герметичные бессальниковые или мембранные насосы;

предусматривают системы отвода утечек из сальников насосов

вспециальные емкости;

не допускают резких колебаний расхода и напора насосов во избежание гидравлических ударов в нагнетательных линиях;

предотвращают вибрацию насоса путем его тщательной регулировки и балансировки;

предотвращают передачу вибрации от насоса на связанные с ним трубопроводы путем устройства эластичных вставок;

в помещениях насосных для перекачки СГГ и ЛВЖ осуществляют постоянный контроль за состоянием воздушной среды с помощью стационарных газоанализаторов, сблокированных с аварийной системой вентиляции;

предусматривают систему контроля температуры подшипников, сблокированную с аварийной остановкой насоса;

предусматривают централизованную систему смазки подшипников высоконагруженных насосов;

насосные станции обеспечивают системами сбора аварийных проливов жидкостей и средствами их ликвидации, а также первичными средствами пожаротушения;

196

помещения насосных станций оборудуют стационарными установками пожаротушения с ручным или автоматическим пуском в действие;

помещения насосных отделяются от других помещений глухими газонепроницаемыми несгораемыми стенами;

привод насоса для перекачки СГГ и ЛВЖ в обычном исполнении (невзрывозащищенный) располагают в помещении, отделенном от насосного зала газонепроницаемой стеной с герметичным уплотнением отверстия для прохода вала от двигателя к насосу;

насосы для перекачки горячих продуктов с рабочей температурой, превышающей температуру самовоспламенения, отделяют глухой стеной от насосов, перекачивающих другие жидкости.

14.3. Пожарная опасность и противопожарная защита компрессорных станций

Для перемещения и сжатия ГГ используются различные по конструкции компрессоры, газодувки, эксгаустеры и вентиляторы, а для создания разрежения – вакуум-насосы, которые размещаются в помещениях компрессорных станций.

Для магистрального транспорта природного или попутного нефтяного газа используются высокопроизводительные поршневые газомоторкомпрессоры и центробежные нагнетатели с газотурбинным и электрическим приводом, которые размещаются в помещениях или в блочнокомплектных установках. Помимо компрессоров в состав газокомпрессорных станций входят: пылеуловители, сепараторы, фильтры, холодильники, ресиверы, а также оборудование систем смазки компрессоров, наличие которых также оказывает влияние на возникновение и развитие пожара в компрессорных станциях.

На угрозу возникновения и развития пожара в компрессорной станции влияют:

пожаровзрывоопасные свойства компримируемого газа;

тип компрессора или вакуум-насоса, тип его привода и рабочие параметры (производительность, давление нагнетания);

наличие автоматических систем контроля и управления процессом;

качество технического обслуживания и ремонта оборудования и ряд других факторов.

14.3.1. Особенности пожарной опасности компрессорных станций

1. При разгерметизации нагнетательного патрубка компрессора или трубопровода в помещение компрессорной поступает наибольшее количество горючего газа.

197

2.Наличие неплотностей в подводящих трубопроводах горючего газа может привести к подсасыванию воздуха и образованию горючей смеси.

3.При перегреве смазочного масла в картере компрессора или ваку- ум-насоса до tр tвсп может образоваться горючая смесь.

4.Работа поршневого компрессора сопровождается резким повышением давления и температуры сжимаемого газа, а вследствие неуравновешенности масс – вибрациями.

5.Попадание жидкости вместе с газом в поршневой компрессор может привести к полному разрушению машины.

6.Аварийная разгерметизация нагнетательного трубопровода и оборудования на линии сжатого газа приводит к быстрому образованию ВОК во всем объеме помещения компрессорной.

7.Источниками зажигания обычно служат электрические и фрикционные искры, высоконагретые части оборудования и самовозгорающиеся нагаромасляные отложения.

8.Пожарная опасность компрессорных станций обусловливается также наличием большого количества нагретых масел, обращающихся

всистеме смазки.

9.К особенностям возникновения и развития пожара при аварийной разгерметизации оборудования необходимо отнести возможность выхода

горючей газовоздушной смеси из компрессорной станции наружу, ее дрейфа в сторону технологических установок, где могут находиться постоянно действующие источники зажигания.

14.3.2. Основные способы и технические решения по противопожарной защите компрессорных станций

Противопожарная защита компрессорных станций достигается за счет применения следующих способов и технических решений или их комбинаций:

предусматривают блокировку, предотвращающую возможность запуска компрессора при закрытой или неполностью открытой задвижке на нагнетательной линии;

на линии за компрессором устанавливают обратный клапан с перепускной линией со стороны нагнетания на всасывание;

оборудование за компрессором защищают предохранительным клапаном;

в многоступенчатом поршневом компрессоре предусматривают устройство холодильников и сепараторов для отделения жидкой фазы после каждой ступени сжатия;

на линии за поршневым компрессором устанавливают устройство для сглаживания пульсации газа;

198

предотвращают вибрацию компрессора путем тщательной регулировки и балансировки всех его узлов и деталей;

предотвращают передачу вибрации от компрессора на связанные

сним трубопроводы путем устройства эластичных вставок;

обеспечивают полную герметичность всасывающего трубопровода;

обеспечивают контроль состава сжимаемого газа с автоблокировкой отключения компрессора при появлении в горючем газе примеси кислорода;

обеспечивают постоянный контроль температуры сжатого газа и воды в холодильниках с автоблокировкой отключения компрессора при нарушении регламентного режима эксплуатации;

используют для смазки компрессора только регламентированные технической документацией масла;

обеспечивают постоянный контроль температуры и давления масла в системе смазки с автоблокировкой отключения компрессора при нарушении регламентного режима эксплуатации;

в помещении компрессорной станции устанавливают стационарные автоматические газоанализаторы горючих газов, которые блокируют

сприводом аварийной вентиляции.

14.4. Пожарная опасность и противопожарная защита процессов транспортировки твердых горючих материалов

Установки и устройства для транспортирования твердых горючих веществ широко распространены во всех отраслях промышленности и в сельскохозяйственном производстве. С их помощью перемещают твердое сырье и топливо, заготовки и готовую продукцию.

Устройства для транспортирования твердых веществ по режиму работы могут быть непрерывными или периодическими, а по направлению транспортирования материалов – горизонтальными, вертикальными, наклонными, комбинированными. В зависимости от вида материала имеются специальные устройства для перемещения сыпучих и штучных грузов.

Наиболее распространены на производствах различного вида конвейеры (ленточные транспортеры, цепные конвейеры, элеваторы и т. д.), самотечные трубопроводы и пневматические трубы.

Пневматический транспорт служит для перемещения зернистого, пылевидного материала и волокон в потоке транспортирующего газа (обычно воздуха) по трубопроводам. Широкое распространение пневмотранспортных установок объясняется простотой их конструкции, компактностью, незначительными эксплуатационными затратами, надежностью работы и сравнительно высокой производительностью.

199

14.4.1. Особенности пожарной опасности при транспортировании твердых материалов

1.В устройствах и системах транспорта сосредоточено большое количество горючих материалов.

2.При наличии в материале горючей пыли создается угроза образования пылевоздушной горючей смеси в оборудовании.

3.Происходит выделение пыли из оборудования; особенно интенсивны выделения в местах загрузки и выгрузки материала из транспортных устройств.

4.Наибольшая взрывопожарная опасность возникает при транспортировании сухих материалов в тонкоизмельченном состоянии.

5.В застойных зонах помещений и наружных установок происходит постепенное накопление осевшей горючей пыли, которая способна легко взвихряться с образованием взрывоопасной пылевоздушной смеси.

6.Специфическими источниками зажигания являются теплота трения, фрикционные искры, самовозгорание отложений пыли и разряды статического электричества.

7.Развитию возникшего пожара способствует наличие разветвленных транспортных коммуникаций и большие скорости перемещения по ним материалов, образование ВОК в пневмотрубах, наличие технологических проемов в стенах и перекрытиях, а также горючих отложений пыли.

14.4.2. Основные способы и технические решения по противопожарной защите процессов транспортирования

твердых материалов Системы пневмотранспорта

Пожарную безопасность систем пневмотранспорта твердых материалов обеспечивают следующими способами и техническими решениями или их комбинацией:

предусматривают раздельные системы транспортирования материалов с различными размерами частиц;

принимают скорость газового потока, достаточную для переноса частиц максимально возможного размера в данной системе;

своевременно устраняют неплотности в элементах трубопроводной системы;

трубопроводы защищают теплоизоляцией для предотвращения образования конденсата на стенках и налипания пыли и волокон;

системы пневмотранспорта, работающие под разрежением, предпочтительнее систем, работающих под давлением, так как уменьшается выделение пыли в помещение;

200