CC BY
2УДК 62
Шакуло И.А.
магистрант Тюменский индустриальный университет (г. Тюмень, Россия)
АНАЛИЗ РИСКОВ И ЦЕЛОСТНОСТИ СИСТЕМ БЕЗОПАСНОСТИ ЗАКРЫТЫХ НАЗЕМНЫХ ФАКЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК
Аннотация: преимущества факельных установок закрытого типа заключаются в своевременном выбросе вредных веществ при сжигании, их безопасности и надежности, полном сгорании, низком уровне шума и соблюдении требований охраны окружающей среды.
Ключевые слова: пожарная безопасность, факельные установки, анализ рисков.
В условиях стремительного развития науки и техники в современном мире химическая промышленность постепенно становится все более масштабной и централизованной.
В настоящее время наземная вспышка все еще является относительно новым технологическим процессом. В стране и за рубежом не существует стандартных требований к прочности различных типов материалов для ветровых ограждений и факельных систем, а также к безопасному расстоянию между персоналом и объектами. Таким образом, моделирование несчастных случаев, связанных со взрывами выхлопных газов, имеет большое значение для проектирования систем безопасности [1].
С помощью теоретического анализа можно обеспечить безопасное сжигание факельного газа. В то же время необходимо обеспечить надежность системы, процесса, экономичность и эффективность оборудования. При разработке были использованы методы компьютерного моделирования и
теоретического анализа. Наземная факельная система должна быть изучена и спроектирована в соответствии со следующим процессом.
Факелы могут использоваться для регулирования потоков отходящих газов, а также для регулирования колебаний концентрации газа, расхода, теплотворной способности и содержания инертного вещества. Факельное сжигание подходит для систем непрерывного, периодического и регулируемого выпуска и сброса потока. На большинстве заводов уже установлены факельные установки, предназначенные для устранения аварийных сбоев, требующих выброса больших объемов газа. Эти факельные установки большого диаметра, предназначенные для управления аварийными выбросами, могут также использоваться для регулирования вентиляционных потоков при различных технологических операциях.
При проектировании факельной установки следует учитывать расход вентиляционных и разгрузочных потоков, а также доступное давление. Как правило, системы аварийной разгрузки факельных установок работают на небольшом проценте от общей мощности (предполагается, что общая мощность соответствует полной остановке установки) и при незначительном давлении. Чтобы оценить эффект от управления дополнительным вентиляционным потоком, следует оценить максимальную скорость газа, давление в системе и тепловое излучение на уровне земли во время аварийного сброса [2].
Следует оценить всю факельную систему в целом на предмет того, является ли давление потока газа достаточным для преодоления давления в факельной системе, поскольку неэкономично и технически невозможно подключать к факельной системе системы подачи газа (компрессоры или воздуходувки). Следует также учитывать и другие соображения, такие как предельные значения максимальной скорости газа или предельные значения теплового излучения на уровне земли для факельной системы, а также расположение факельной трубы, ее высоту и другие детали. Факельная система должна быть оптимизирована с учетом таких факторов, как давление, расход, гидравлическое воздействие, высота факельной трубы, пределы радиации,
температурные ограничения, выбор материалов для всех компонентов и оптимальная стоимость всей системы в целом. Чтобы обеспечить достаточную подачу воздуха и хорошее перемешивание, некоторые факельные установки подают пар в зону горения, создавая турбулентность при перемешивании и подавая воздух в пламя [3].
Пределы воспламеняемости сжигаемых газов влияют на стабильность воспламенения и гашение пламени. "Стехиометрический" состав - это химически правильная смесь воздуха и горючего газа, способная к идеальному сгоранию без использования топлива или воздуха. Пределы воспламеняемости определяются как предельные значения стехиометрического состава (максимального и минимального) кислородно-топливной смеси, которые могут гореть неограниченное время при заданных условиях температуры и давления без дальнейшего воспламенения. Другими словами, для горения газы должны находиться в пределах своей воспламеняемости. Когда пределы воспламеняемости невелики, внутри пламени может быть недостаточно воздуха для горения смеси. Поэтому газообразное топливо с широкими пределами воспламеняемости легче поддается сжиганию [4].
Для большинства вентиляционных потоков теплотворная способность также влияет на стабильность пламени, выбросы и структуру пламени. При более низкой теплотворной способности пламя получается более холодным, что не способствует кинетике горения и легче гасится. Более низкая температура пламени также снижает выталкивающую силу, что уменьшает перемешивание. Плотность выходящего потока влияет на структуру и стабильность пламени, влияя на плавучесть и перемешивание. Скорости газа во многих факельных установках чрезвычайно малы, поэтому большая часть структуры пламени формируется за счет выталкивающих сил в результате горения [5].
Вентиляционные и сбросные потоки направляются от места выпуска газа на установке к месту сжигания через коллектор для сбора газа. Трубопровод для сбора газа спроектирован таким образом, чтобы свести к минимуму падение давления. Воздуховоды не используются, поскольку они более подвержены
утечкам воздуха. Количество клапанов должно быть сведено к абсолютному минимуму — как правило, во всей факельной системе не допускается наличие ни одного клапана, кроме одного или двух обратных клапанов. Расположение трубопроводов разработано таким образом, чтобы избежать возможных тупиков и ловушек жидкости. Важным фактором при выборе материала для факелов и конструкции трубопроводов является возможность воздействия низких температур в результате сброса и продувки газов высокого давления. Например, в качестве приблизительного примера можно предположить, что в установке с давлением газа выше 90 Бар при продувке или сбросе давления могут быть достигнуты некоторые низкие температуры. Для определения максимально низкой температуры следует разработать и смоделировать различные сценарии. Запасы газа высокого давления, если исходить из низкой температуры окружающей среды (скажем, от 2°C до 10°C), могут привести к снижению температуры в трубопроводах для сжигания от -30°C до -50°C. Расчетная температура факельной системы -500C или -600C не является чем-то необычным для установок высокого давления [б].
Кроме того, при сжигании жидкостей на факелах могут образовываться брызги горящих материалов, которые могут достигать уровня земли и создавать угрозу безопасности. Для факельной установки, предназначенной для устранения аварийных сбоев в технологическом процессе, размер барабана должен быть рассчитан на наихудшие условия (например, при полной остановке установки), и обычно он довольно большой.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Barua, S., Gao, X., Pasman, H., Mannan, M.S., 2016. Bayesian network based dynamic operational risk assessment. Journal of Loss Prevention in the Process Industries 41, 399-410. doi:10.1016/j.jlp.2015.11.024;
2. Baukal Jr, C.E., 2012. The John Zink Hamworthy Combustion Handbook: Volume 1-Fundamentals. CRC press;
3. Berrouane, M.T., Lounis, Z., 2016. Safety assessment of flare system by fault tranalysis. Journal of Chemical Technology and Metallurgy 51, 229-234;
4. Bhangu, N.S., Pahuja, G., Singh, R., 2015. Application of fault tranalysis for evaluating reliability and risk assessment of a thermal power plant. Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects 37, 2004-2012;
5. Bobbio, A., Portinale, L., Minichino, M., Ciancamerla, E., 2001. Improving the analysis of dependable systems by mapping fault trees into Bayesian networks. Reliability Engineering & System Safety 71, 249-260. doi:10.1016/S0951-8320(00)00077-6;
6. Boudali, H., Dugan, J.B., 2005. A discrete-time Bayesian network reliability modeling and analysis framework. Reliability Engineering and System Safety 87, 337349. doi:10.1016/j.ress.2004.06.004.
Shakulo I.A.
Tyumen Industrial University (Tyumen, Russia)
RISK ANALYSIS AND INTEGRITY OF SAFETY SYSTEMS OF CLOSED GROUND FLARE INSTALLATIONS
Abstract: advantages of closed-type flare installations are the timely release of harmful substances during combustion, their safety and reliability, complete combustion, low noise and compliance with environmental protection requirements.
Keywords: fire safety, flare installations, risk analysis.
