CC BY
240
УДК 661.715.332
А. Р. Бикчурина, И. В. Цивунина
ОСОБЕННОСТИ БЕЗОПАСНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПЕЧЕЙ ПИРОЛИЗА
Ключевые слова: пиролиз, аварийная ситуация, система управления.
В данной статье рассмотрены причины возникновения аварийных ситуаций на пиролизныхустановках, и в частности, разгерметизация змеевика основного аппарата реакторного блока, а также условия снижения риска возникновения подобных аварий. Для безопасной эксплуатации печи пиролиза предложен современный модульный многоканальный многофункциональный универсальный контроллер противоаварийной защиты, регистрации и управления - БАЗИС-100, развивающий серию контроллеров БАЗИС.
Keywords: pyrolysis, emergency, control system.
This article examines the causes of accidents and incidents on the pyrolysis installations, and in particular, the depres-surization of the coil of the main unit of the reactor block, as well as conditions reduce the risk of similar accidents. For safe operation of the pyrolysis furnace is proposed modern modular multichannel multifunctional universal controller crash protection, registration and management - BASIS 100, which develops a series of controllers BASIS.
На сегодняшний день для дальнейшего развития и функционирования отраслей нефтехимического синтеза необходимо достаточное количество ключевых мономеров, таких как этилен, пропилен и оле-финов более сложного строения (бутадиен, изобути-лен и т.д.). Основным крупномасштабным способом получения низших олефинов в промышленности является процесс пиролиза [1]. Существующие мощности установок пиролиза позволяют получать 113,0 млн.т/год этилена и 38,6 млн.т/год пропилена (почти 100% и более 67% мирового производства соответственно). Около 80% производства бутадиена в мире также приходится на пиролиз углеводородов [2].
В то же время процесс пиролиза является одним из основных источников аварийной загазованности и возникновения экстремальных ситуаций на предприятиях, так как протекает в условиях высоких температур и давлений. По взрывоопасности печное отделение пиролиза относится к I категории, как отделение с постоянно действующими огневыми точками и раскаленными участками трубопроводов и аппаратов [3]. В процессе пиролиза образуются большие объемы легковоспламеняющихся материалов, воспламенение которых может привести к крупным авариям, взрывам, сопровождающимся значительными разрушениями и выбросом токсичных газов.
Установка пиролиза углеводородного сырья включает в себя: реакторный блок (печь пиролиза); секцию закалки пирогаза; секцию промывки пирога-заот легкой и тяжелой смолы, кокса; секции компри-мирования, очистки и осушки газа пиролиза; секцию газоразделения. В качестве исходного сырья пиролиза используют этан, пропан, н-бутан, попутные газы, бензин, газойль и т.д. Пиролиз осуществляют при температурах 800-900°С и времени нахождения сырья в зоне реакции 0,1 □ 0,5 сек.
Основным реакционным аппаратом современных пиролизных установок является трубчатый реактор (печь пиролиза), который может быть источником образования горючих смесей и их воспламенения. Согласно статистике, на долю трубчатых печей приходится около 11% от общего количества аварий
технологического оборудования на нефтехимических и химических предприятиях [4].
Для обеспечения безопасной эксплуатации установки пиролиза был проведен анализ наиболее опасных технологических параметров и факторов возникновения чрезвычайных ситуаций и разработаны возможные сценарии развития аварий. В соответствии с Руководством по безопасности «Методика оценки риска аварий на опасных производственных объектах нефтегазоперерабатывающей, нефте-газохимической промышленности» [5] предусмотрено порядка двенадцати типовых сценариев аварий при разрушении оборудования установки пиролиза (печи пиролиза, ректификационных колонн, реактора гидрирования, резервуаров, компрессоров, разгерметизации трубопроводов и т.д.). Ниже приведены примеры сценариев аварий для некоторых основных узлов установки пиролиза.
В соответствии с Руководством, сценарий аварии основного аппарата реакторного блока включает в себя следующие стадии: полное разрушение печи в блоке пиролиза и первичного фракционирова-ния;выброс в окружающую среду газовой смеси (Н2, СО, Н28, углеводороды С:-С4), нагретой до 850°С и образование взрывоопасной газовоздушной смеси. При наличии источников зажигания происходит воспламенение топливно-воздушной смеси с возможным поражением людей и /или оборудования.
При аварии компрессоров в блоке компримиро-вания пирогаза сценарий включает следующие стадии: выбросв помещение углеводородов (С:-С4), в результате которого образуется взрывоопасная газовоздушная смесь; воспламенение горючей смесии образование факельного пожара.
Последствия разрушения колонны разделения пропан-пропиленовой фракции включают в се-бя:истечение в окружающую среду смеси углеводородов (пропан,пропилен) в парогазовой и жидкой фазе с температурой 45°С; образованиевзрывоопас-ного облака, которое может передвигаться и рассеиваться до тех пор, пока не попадет в зону нахождения источника зажигания; воспламенение и взрыв облака.
В общем случае ходподобных аварий можно разделить на несколько стадий (рис. 1) [4]. В то же время надо отметить, что на каждой из стадийава-рию можно локализовать и тем самым предотвратить взрыв.
Стадии аварий
Характеристики стадий аварии
Рис. 1 - Стадии и характеристики развития аварии с выбросомгорючих газов
Рассмотрим подробнее одну из часто встречающихся причин аварий основного аппарата реакторного блока - разгерметизацию змеевика печи пиролиза в результате его прогара или разрыва.
Пиролиз представляет собой процесс глубокого расщепления углеводородного сырья под действием температуры, которая является одним из наиболее важных параметров процесса. Увеличение температуры процесса выше 900°С приводит к интенсификации процессов коксообразования и оседанию кокса на внутренней поверхности змеевика печи. За-коксовывание змеевика, в свою очередь, может привести к его прогару или разрыву и выбросу легковоспламеняющихся веществ в печное пространство, где присутствуют такие очаги возгорания, как раскаленные участки змеевика и горелок [4].
Обязательными условиями снижения риска возникновения подобных аварийных ситуаций, связанных с разгерметизацией змеевика печи пиролиза, являются:
- оснащение печи пиролиза современными средствами регулирования расхода сырьяи топливного газа, давления топливного газа и пирогаза на выходе из змеевика;
- разработка графика проведения профилактических работ, осмотров и планово-предупредительных ремонтов;
- проведение проверок и испытаний трубопроводов, змеевиков и запирающей арматуры согласно графикам.
В случае возникновения аварийной ситуации система противоаварийной автоматической защиты печи пиролиза должна работать по следующим параметрам:
- прекращение подачи сырья в любой из змеевиков печи;
- превышение предельно допустимой температуры сырья на выходе любого змеевика;
- превышение предельно допустимой температуры на перевале печи;
- падение разрежения в печи;
- повышение или понижение давления топливного газа к основным форсункам;
- срабатывание датчика наличия пламени.
В случае пожара для быстрой его ликвидации в печах установлены наружная система паротушения (паровая завеса) и система подачи пара в топку печи при прогаре труб змеевиков, также предусмотрена свеча для сжигания газа. При прогаре труб змеевиков происходит повышение температуры дымовых газов (выше 470°С). В этом случае должна срабатывать предупредительная сигнализация (индикация и звуковой сигнал).
Надежность и время срабатывания систем про-тивоаварийной автоматической защиты определяются разработчиками систем ПАЗ с учетом требований технологического процесса. Время срабатывания системы защиты должнобыть таким, чтобы исключалось опасное развитие процесса.
К числу последних разработок в области автоматических систем управления технологическим процессом относится модульный многоканальный многофункциональный универсальный контроллер про-тивоаварийной защиты, регистрации и управления -БАЗИС-100, развивающий серию контроллеров БАЗИС.
Контроллеры серии БАЗИС имеют следующие основные функциональные возможности:
- прием и первичная обработка информации от датчиков различных типов;
- реализация аналогового и широко-импульсного регулирования;
- управление исполнительными механизмами ивыносными средствами сигнализации;
- архивирование сигналов (тренды) и событий;
- звуковая и световая сигнализация нарушений-технологического регламента;
- представление данных в виде мнемосхем, трендов, барграфов, числовых текущих значений и др.;
- самодиагностика с индикацией рабочего состояния и нарушений
По сравнению с предшественниками контроллер БАЗИС-100 имеет ряд таких преимуществ, какреа-лизация пропорционально-интегрального и пропорционально-интегрально-дифференциального (ПИ-, ПИД-) регулирования; взрывозащитные модификации с маркировками взрывозащиты 0Бх1аПСТ6 (модули искрозащиты); прием частотных сигналов от датчиков различных типов; визуализация на жидкокристаллическом дисплее 10,4" (800*600, 16 млн. цветов).
Контроллеры БАЗИС-100, имеющие значительную информационную емкость, обладают, с одной стороны, современной элементной базой, а с другой - сравнительно небольшой стоимостью, широким спектром функцийи хорошей технической поддержкой [6]. Возможности БАЗИС-100 удовлетворяют потребностям программно-технического комплекса, что позволяет использовать его для построения автоматической системы управления процессом пиролиза.
Таким образом, важнейшей задачей обеспечения безопасной эксплуатации одного из основных источников аварийных ситуаций на предприятиях нефтехимии и нефтепереработки является оснаще-
ние трубчатой печи и всей установки пиролиза надежными современными системами управления и противоаварийной автоматической защиты, соблюдение персоналом предприятия всех правил и предписаний, поддержание регламентированных значений параметров ведения процесса, своевременного проведения проверок, испытаний, текущего и капитального ремонта.
Литература
1. А.Р. Бикчурина, И.Р. Цивунина, Вестник технологического университета, 18, 9, 137-139 (2015).
2. Ю.Р. Абдрахимов, З.А. Закирова, И.К. Бакиров, А.Р. Сахибгареева, Нефтегазовое дело, 12, 1, 159-163 (2014).
3. А. А. Абросимов, Экология переработки углеводородных систем. Химия, Москва, 2002, с. 40-41.
4. М. В. Бесчастнов, В. М. Соколов, М. И. Кац, В кн. Аварии в химических производствах и меры их предупреждения. Химия, Москва, 1979, с. 135-136.
5. Руководство по безопасности «Методика оценки риска аварий на опасных производственных объектах нефтегазоперерабатывающих объектах нефте- и газохимической промышленности». / Колл. авт. ЗАО НТЦ ПБ, Москва, 2014, с.44.
6. И. Н. Адриянов, С. В. Тучинский, В. Р. Тучинский, Автоматизация в промышленности, 1, 1, 31-34 (2012).
© А. Р. Бикчурина - студент-магистр гр. 414-МП1 каф. технологии основного органического и нефтехимического синтеза КНИТУ; И. В. Цивунина - к.х.н., доц. каф. технологии основного органического и нефтехимического синтеза КНИТУ,^уитпа@таД.га.
© A. R. Bikchurina - rank, position: 1 year master student of Faculty of oil and petrochemical, KNRTU; I V. Tsivunina - rank, position: associate professor, Candidate of technical sciences, KNRTU, itsivunina@mail.ru.
