CC BY
9Киршев А. А.
РЕЗУЛЬТАТЫ СРАВНИТЕЛЬНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ СПОСОБОВ ВЕНТИЛЯЦИИ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ РЕЗЕРВУАРОВ ПЕРЕД РЕМОНТНЫМИ РАБОТАМИ
Проведены сравнительные экспериментальные исследования способов подготовки резервуаров нефтегазового комплекса к ремонту путём принудительной вентиляции воздухом горючих газов во внутреннем пространстве резервуаров.
Ключевые слова: очистка, ремонтные работы, огневые работы, резервуар, вентиляция.
Kirshev A.
RESULTS OF COMPARATIVE EXPERIMENTAL RESEARCH MODES OF VENTILATION VERTICAL CYLINDRICAL TANKS BEFORE REHABILITATION
A comparative experimental researching of ways to prepare tanks of oil and gas industry for repair by means of a forced air ventilation of combustible gases in the interior of the tanks was conducted.
Keywords: cleaning, repair works, fire works, tank, ventilation.
Проблема пожаров, связанных с ремонтными работами на резервуарах нефтегазового комплекса, является актуальной, о чём свидетельствуют статистические данные, которые приведены в работе [1].
Резервуар для хранения нефти и нефтепродуктов является сварным металлическим сооружением, работающим в коррозионно-активной среде. Некоторые из них уже через 3-4 года требуют ремонта для восстановления работоспособности. Ремонт любого резервуара производится с применением огневых работ (сварки). При этом на резервуаре присутствуют люди. Поэтому резервуар тщательно должен быть подготовлен к ремонту. Он должен освобождаться
от продукта, очищаться от остатков жидкости и твёрдых горючих отложений и дегазирован до санитарных норм. Санитарной нормой является концентрация углеводородов не более 300 мг/м3.
В ходе изучения способов подготовки резервуаров нефтегазового комплекса к ремонту автором был проведён анализ методов принудительной вентиляции воздухом горючих газов во внутреннем пространстве резервуаров. Существуют следующие способы вентиляции резервуаров: естественная вентиляция; аэрация (дефлекторная вытяжка); принудительная вентиляция [2].
В настоящее время известен и изучен ряд способов подготовки резервуаров к ремонтным работам, включающих их дегазацию путём принудительной вентиляции [3-5].
Анализ способов подготовки резервуаров к огневым (ремонтным) работам, изучение закономерностей турбулентного переноса паров нефтепродуктов и конвективного массообмена в газовом пространстве резервуаров при вентиляции показал необходимость разработки специального стенда для исследования новых способов принудительной вентиляции резервуаров и проведения научного исследования с применением современных средств измерения на используемых в настоящее время и новых видах топлива.
Для оценки эффективности очистки резервуаров и поиска инновационных способов разработан и смонтирован экспериментальный полупромышленный стенд (ЭПС). ЭПС предназначен для определения подвижности воздуха при различных
его подачах во внутреннем пространстве резервуара, скорости испарения и потери массы различными жидкостями.
Резервуар ЭПС изготовлен из поликарбоната в виде вертикального цилиндрического сосуда. Резервуар установлен на специально изготовленную ровную поверхность. Масштаб экспериментального резервуара равен 1:10 от промышленного резервуара РВС-5000. Особенностью ЭПС является наличие специального воздуховода для исследования распространения паров нефтепродукта навстречу потоку приточного воздуха.
На ЭПС изучены известные и новые способы подачи приточного воздуха во внутреннее пространство резервуара и выброса паровоздушного пространства. Подача приточного воздуха осуществлялась от воздуходувки «ЛУЧ-2М» с производительностью 7 м3/мин.
На крыше экспериментального резервуара смонтирован патрубок для удаления газовой смеси, а на стенке размещены отверстия для подачи воздуха внутрь резервуара. Подача приточного воздуха в ЭПС осуществлялась различными способами, которые показали свою эффективность по сравнению с аналогами (см. рис. 1).
Для поиска и исследования новых способов очистки (дегазации) резервуаров, преимущественно для хранения жидких и газообразных горючих и легковоспламеняющихся продуктов, например, нефти, нефтепродуктов, нефтяных газов проведён ряд экспериментов по принудительной вентиляции воздухом горючих газов. Подача воздуха осуществлялась встречными потоками (струями) с двух противоположных сторон резервуара следующими способами:
- «инновационная»;
- «навстречу» (рис. 2 а);
- «традиционная» (рис. 2 б).
Целью экспериментальных исследований является повышение производительности очистки. Поставленная цель достигается за счёт максимального пере-
Рисунок 1. Общий вид экспериментального полупромышленного стенда ЭПС
мешивания подаваемого воздуха с газом в резервуаре. Перемешивание плоскостей столкновения в резервуаре жидкости и подаваемого воздуха вытесняет более обога-щённую смесь.
Процесс дегазации можно ускорить не столько увеличением количества подаваемого воздуха, сколько повышением степени перемешивания воздуха с содержащимся в резервуаре газом.
Оценка эффективности определяется затратами на электроэнергию и длительностью процесса вентиляции.
Опишем разные способы подачи струи воздуха. Вначале резервуар освобождают от жидкости, очищают от жидких остатков путём поднятия их на водяной подушке, очищают от твердых отложений путём промывки, например, струями из размыкающих головок и моечных машин. Для этого используют нефть, нефтепродукты или моющие водные растворы ПАВ. При подаче «навстречу» в резервуар подают воздух с двух противоположных осесимметричных сторон резервуара от вентилятора встречными потоками (струями). Входящие воздушные потоки (струи), направленные друг на друга, сталкиваются по плоскости в центре резервуара и образуют вторичные потоки, которые перемешиваются с содержащимся в резервуаре газом и вытесняются из резервуара через газоотводную трубу, расположенную на крыше резервуара
строго по центру. Встречные потоки (струи) еще до их столкновения подсасывают из окружающей среды газ, также перемешивая его с воздухом. При «традиционной» подаче в резервуар подают воздух с одной из сторон резервуара от вентилятора. Входящий воздушный поток (струя) проходит вдоль днища резервуара, достигает противоположной её стенки,сталкивается с плоскостью этой стенки и расходится вдоль стенок в разные стороны резервуара, перемешивается с содержащимся в резервуаре газом и вытесняется из резервуара через газоотводную трубу, расположенную на крыше резервуара строго по центру.
По этим способам необходимое давление на выходе потока в резервуаре определяют с помощью расчёта в зависимости от диаметра резервуара и допустимого времени простоя резервуара под ремонтом. Чем больше размеры ре-
зервуара, тем больше должна быть скорость в потоке. Расчёты выполняются по известным формулам аэродинамики. Схема расположения точек измерения потери массы жидкостями и подвижности воздуха во внутреннем пространстве резервуара по каждому из способов представлена на рисунке 2.
Результаты сравнительных экспериментальных исследований относительных значений скоростей воздуха во внутреннем пространстве резервуара и долей испарившихся жидкостей при одинаковых расходах воздуха приведены в таблице.
Увеличение степени перемешивания воздуха позволяет сократить время дегазации, а следовательно, и время подготовки резервуара к ремонту. Сокращаются энергетические затраты, так как для получения эквивалентного эффекта по сравнению с прототипами требуется меньшее нагнетание воздуха. Чем выше
а б
Рисунок 2. Схема подачи струи приточного воздуха: а - «навстречу»; б - «традиционная»; 1 - резервуар; 2 - вентилятор; 3 - газоотводная труба
Результаты сравнительных экспериментальных исследований относительных значений скоростей воздуха во внутреннем пространстве резервуара и долей испарившихся жидкостей при одинаковых расходах воздуха
Подача струи воздуха Относительная скорость воздуха Вода (доля испарившейся жидкости) ДТ евро(доля испарившейся жидкости) АИ-95 евро (доля испарившейся жидкости) Толуол (доля испарившейся жидкости)
«Инновационная» 2,4 0,08 0,08 0,63 0,7
«Навстречу» 1,8 0,01 0,01 0,35 0,32
«Традиционная» 1 0,02 0,02 0,25 0,11
степень перемешивания, тем больше газа удаляется из резервуара в 1 м3 вытесняемого из резервуара воздуха. Повышается коэффициент полезного действия вентиляции, что означает снижение энергетических (и следовательно, материальных) затрат на подготовку резервуара к ремонту. Расположенный по центру крыши резервуара люк-лаз для удаления паро-газовоздушной смеси позволяет равномерно промывать резервуар с помощью моечных машин, что облегчает подготовку резервуара к ремонтным работам по сравнению с ранее предлагаемыми способами.
Таким образом, «инновационная» подача потоков увеличивает турбулиза-цию движения воздуха. При инновационном способе подачи воздуха от двух осесимметричных потоков результатом становится наибольшее перемешивание жидкости с воздухом. Перемешивание воздуха с газом в резервуаре при этом способе подачи воздуха происходит во всех зонах резервуара, что ускоряет процесс вентиляции при равной кратности воздухообмена. Описанный способ рекомендуется использовать в крупногабаритных нефтяных резервуарах, а также на нефтеналивных танкерах.
ЛИТЕРАТУРА
1. Назаров В. П., Киршев А. А. Вентиляция резервуаров перед ремонтными работами // Интернет-журнал «Технологии техносферной безопасности». - 2012. - Вып. 4 (44). [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://ipb.mos.ru/ttb/2012-4
2. Назаров В. П. Обеспечение пожарной безопасности огневых ремонтных работ на технологическом оборудовании (лекция). - М., 1992.
3. Киршев А. А. Анализ способов подготовки резервуаров нефтегазового комплекса к ремонтным работам // Материалы XXI научно-
технической конференции «Системы безопасности -2012». - М.: Академия ГПС МЧС России, 2012.
4. Авторское свидетельство № 1151244 от 22.12.1984 г. «Способ подготовки резервуаров к огневым работам». Правообладатели - Волков О. М, Назаров В. П., Рубцов В. В., Шухато-вич А. Д., Самсонов В. Г.
5. Авторское свидетельство № 1687312 от 01.07.1991. «Способ подготовки резервуаров к ремонту». Правообладатели - Фатхиев Н. М., Бондаренко П. М, Назаров В. П.
