Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям
На правах рукописи
Корнилов Алексей Александрович
ПОВЫШЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ АВАРИЙНО-РЕМОНТНЫХ РАБОТ НА НЕФТЯНЫХ РЕЗЕРВУАРАХ СПОСОБОМ ФЛЕГМАТИЗАЦИИ АЗОТОМ МЕМБРАННОГО РАЗДЕЛЕНИЯ
Специальность: 05.26.03 - Пожарная и промышленная безопасность (нефтегазовая отрасль, технические наук
и) А В Т О Р Е Ф Е Р А Т диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва - 2012
Работа выполнена в Академии Государственной противопожарной службы МЧС России на кафедре пожарной безопасности технологических процессов
Научный консультант: доктор технических наук, профессор Назаров Владимир Петрович
Официальные оппоненты: Хафизов Фаниль Шамилевич доктор технических наук, профессор, ФГБОУ Уфимский государственный нефтяной технический университет, заведующий кафедрой Пожарная и промышленная безопасность Бегишев Ильдар Рафатович доктор технических наук, профессор, Академия ГПС МЧС России, профессор кафедры Процессы горения
Ведущая организация: ФГБУ Всероссийский ордена Знак почета научно-исследовательский институт противопожарной обороны МЧС России
Защита состоится л20 декабря 2012 г. в 16 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 205.002.02 в Академии Государственной противопожарной службы МЧС России по адресу: 129366, Москва, ул. Б. Галушкина, 4.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Академии ГПС МЧС России.
Автореферат разослан л16 ноября 2012 г.
Ученый секретарь диссертационного совета Швырков Сергей Александрович
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы исследования. Вопросы обеспечения пожаровзрывобезопасности (ПВБ) нефтяных резервуаров остаются актуальными, о чем свидетельствуют регулярно происходящие в них взрывы и пожары, как при нормальной эксплуатации, так и в период проведения регламентных ремонтных работ. Данное обстоятельство указывает на то, что реализуемые в настоящее время способы обеспечения ПВБ резервуаров на стадии проведения аварийно-ремонтных работ не лишены недостатков и требуют модернизации. К одному из перспективных направлений обеспечения ПВБ резервуаров следует отнести флегматизацию их парогазовой среды азотом мембранного разделения (ФАМР).
Необходимо отметить, что в большей степени изучены предельно допустимые концентрации инертных газов и минимально взрывоопасные концентрации кислорода, тогда как исследования распределения азота мембранного разделения в объеме защищаемого резервуара не проводились, что сдерживает внедрение данного способа на практике.
Инертный газ, получаемый мембранным способом, по существу, представляет собой обогащенный азотом (или обедненный кислородом) воздух. Данный способ имеет ряд особенностей, который отличает его от других известных способов флегматизации, а именно:
- получаемый с помощью мембранных установок азот имеет температуру на 10 - 15 С выше, чем температура воздуха, поступающего в воздухоразделительные мембраны;
- производимая мембранной установкой инертная среда имеет остаточное количество кислорода до 5 %.
Применение способа флегматизации на основе систем мембранного воздухоразделения предполагает подачу обогащенного азотом воздуха с небольшим расходом, вследствие чего в объеме защищаемого резервуара из-за неравномерности распределения инертной среды возникают области с более высокой по сравнению со среднеобъемной концентрацией кислорода.
Условием безопасности проведения огневых ремонтных работ является создание минимального взрывоопасного содержания кислорода по всему объему резервуара. В связи с этим, требуемая производительность установки флегматизации, продолжительность подачи инертного газа, а также способ контроля пожаровзрывобезопасного состояния могут быть определены только на основании исследований неравномерности распределения концентраций кислорода в ходе флегматизации азотом мембранного разделения.
Таким образом, целью работы является повышение пожарной безопасности процесса проведения аварийно-ремонтных работ на нефтяных резервуарах посредством ФАМР.
Для достижения поставленной цели в работе необходимо решить следующие задачи:
- разработать методику и экспериментальные стенды для исследования процесса ФАМР;
- выявить закономерности изменения концентрации кислорода в объеме резервуара при ФАМР;
- произвести оценку неравномерности распределения концентраций кислорода в объеме резервуара;
- установить закономерности изменения концентрации кислорода в резервуаре в процессе флегматизации с учетом неравномерности его распределения;
- разработать рекомендации для проектирования и эксплуатации систем флегматизации, основанных на применении мембранных технологий воздухоразделения.
Объектом исследования являлся процесс флегматизации резервуаров азотом мембранного разделения.
В качестве предмета исследования рассматривалось распределение концентраций кислорода в объеме резервуара.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Разработана методика экспериментальной оценки неравномерности распределения концентрации кислорода в резервуарах при флегматизации азотом мембранного разделения.
2. Установлены значения концентраций кислорода (6,2 - 7,6 %) в зависимости от начальной концентрации паров нефтепродуктов в резервуарах, до достижения которых в процессе флегматизации не происходит перерасход инертного газа.
3. Установлены закономерности изменения концентрации кислорода в объеме резервуаров в зависимости от кратности подачи азота.
4. Разработана математическая модель процесса флегматизации, учитывающая физические свойства азота мембранного разделения и неравномерность его распределения в объеме резервуара.
Практическая ценность работы заключается в возможности использования закономерностей изменения концентрации кислорода в объеме резервуаров, включая неравномерность ее распределения, в зависимости от кратности подачи азота, для обеспечения пожаровзрывобезопасности проведения аварийно-ремонтных работ на нефтяных резервуарах и проектирования систем флегматизации на основе мембранного воздухоразделения.
Материалы диссертации реализованы при:
а) разработке Технических решений на проектирование дополнительной системы противопожарной защиты мазутных резервуаров ТЭЦ-11 в г. Москве. М.: ЗАО НПП Криосервис, 2006 г.;
б) разработке Технических решений на проектирование дополнительной системы противопожарной защиты автозаправочной станции № 40 НК Роснефть, расположенной по адресу: г. Москва, ул. Проспект Мира, вл. 94, в связи с переносом троллейбусной линии на 2,0 м в сторону АЗС. М.: ЗАО НПП Криосервис, 2009 г.;
в) разработке Проектных решений на систему противопожарной защиты площадки центрального пункта сбора Ванкорского нефтегазового месторождения. Екатеринбург: ООО Екатеринбург Спец Автоматика, 2011 г.;
г) разработке Технических решений на стадии проектирования и эксплуатации системы флегматизации на основе мембранного воздухоразделения, обеспечивающих пожарную безопасность процессов проведения ремонтных работ в резервуарном парке ЗАО Иркутскнефтепродукт, 2012 г.;
д) разработке лекционного материала по курсу Производственная и пожарная автоматика в Уральском институте ГПС МЧС России.
Основные результаты работы были доложены на:
- ХXI Международной научно-практической конференции Актуальные проблемы пожарной безопасности (г. Москва, ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2009 г.);
- IV Всероссийской научно-практической конференции Актуальные проблемы обеспечения безопасности в Российской Федерации (г. Екатеринбург, Уральский институт ГПС МЧС России, 2009 г.);
- V Международной научно-практической конференции Пожарная и аварийная безопасность (г. Иваново, Ивановский институт ГПС МЧС России, 2010 г.).
На защиту выносятся:
- результаты теоретического исследования процесса флегматизации азотом мембранного разделения резервуаров для нефтепродуктов;
- результаты экспериментальных исследований неравномерности распределения концентраций кислорода в резервуарах;
- математическая модель процесса флегматизации, учитывающая физические свойства азота мембранного разделения и неравномерность его распределения в объеме резервуара;
- рекомендации по обеспечению пожаровзрывобезопасности при подготовке и проведении огневых аварийно-ремонтных работ на нефтяных резервуарах с использованием системы флегматизации на основе мембранного воздухоразделения.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 научных работ.
Структура, объем работы и ее основные разделы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы и приложения. Содержание работы изложено на 179 страницах текста, включает в себя 11 таблиц, 77 рисунков, список использованной литературы из 129 наименований.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи исследования, проанализированы объект и предмет исследования, показаны научная новизна работы и ее практическая значимость.
В первой главе представлен анализ статистики пожаров в резервуарах, произошедших с 1970 по 2010 гг. на объектах нефтепродуктообеспечения, подтверждающий актуальность вопроса о необходимости совершенствования способов обеспечения пожарной безопасности при проведении аварийно-ремонтных работ.
Проведенный анализ научных публикаций по вопросу обеспечения ПВБ при подготовке и проведении аварийно-ремонтных работ на резервуарах посредством флегматизации инертными газами показал, что вопросу неравномерности их распределения в объеме резервуаров уделено недостаточно внимания. Кроме этого, в ряде работ указывается на неэффективность проведения флегматизации из-за необходимости подачи большого количества инертного газа.
Разработанные ранее математические модели, описывающие флегматизацию или тушение замкнутого объема с помощью азота, в своей основе имеют допущение о мгновенном и равномерном перемешивании подаваемого инертного газа. Однако, данное условие, по всей видимости, справедливо только в случае подачи инертного газа с большим расходом. При небольшой кратности продувки возможно возникновение локальных зон с концентрацией кислорода, отличной от среднеобъемной. Важно также отметить, что существующие математические модели не учитывают повышенную по сравнению со средой резервуара температуру подаваемого азота мембранного разделения, способную повлиять на интенсивность испарения остаточного количества нефтепродукта. Таким образом, был сделан вывод о необходимости проведения дополнительных исследований, направленных на изучение неравномерности распределения инертного газа и кислорода при ФАМР с целью оптимизации производительности мембранной воздухоразделительной установки.
Выполненный в работе анализ запатентованных технических разработок в сфере обеспечения пожарной безопасности емкостного оборудования инертными газами позволил определить наиболее эффективные способы подачи инертных газов, а также сформулировать рекомендации к конструктивному исполнению отдельных элементов системы флегматизации.
Во второй главе приведено описание разработанных лабораторного и полупромышленного стендов, а также методики исследования процесса флегматизации резервуаров и распределения кислорода в защищаемом объеме. Приведен анализ детекторов газового анализа.
Определена суммарная погрешность системы измерения концентрации кислорода.
Основу лабораторного стенда (рис. 1) составляла серийно выпускаемая установка мембранного воздухоразделения. В качестве экспериментального использовался резервуар из органического стекла объемом 0,192 м3 (ЭР-1), являющийся геометрически подобным резервуару типа РВС-5000 м3. На крыше ЭР-1 были установлены патрубки для ввода датчиков, подачи и удаления инертного газа. Также в лабораторном стенде предусматривалась установка контрольной емкости, где размещались приборы контроля температуры и концентрации кислорода. Данные с датчиков поступали в контрольно-измерительный комплекс с выводом результатов измерений на компьютер.
Рис. 1. Принципиальная схема лабораторного стенда:
1 - мембранный модуль; 2 - вентиль точной подстройки расхода инертного газа;
3 - контрольная емкость; 4 - датчик концентрации кислорода; 5 - термометр;
6 - ротаметр; 7 - линия подачи инертного газа; 8 - измерительный комплекс;
9 - экспериментальный резервуар (ЭР-1) Внутри ЭР-1 устанавливались датчики для измерения концентрации кислорода в 48 точках согласно схеме (рис. 2).
Рис. 2. Схема размещения датчиков измерения концентрации кислорода в ЭР-1:
1-10 - базовые точки (стрелками обозначено направление подачи инертного газа и выхода газовой смеси) Одним из основных отличий полупромышленного стенда (рис. 3) от лабораторного являлась возможность использования для изучаемого процесса резервуаров большего объема (1 м3 - ЭР-2; 5 м3 - ЭР-3;
10 м3 - ЭР-4).
Рис. 3. Принципиальная схема полупромышленного стенда:
1 - емкость со сжатым азотом; 2 - газовый редуктор; 3 - соединительные патрубки; 4 - вентили точной подстройки; 5 - нагревательный элемент;
6 - блок автоматической регулировки температуры; 7 - канальный воздухонагреватель; 8 - контрольная емкость; 9 - термопара; 10 - ротаметр; 11 - экспериментальный резервуар; 12 - датчик концентрации кислорода; 13 - датчик концентрации паров нефтепродукта; 14 - контрольно-измерительный комплекс;
15 - емкость с нефтепродуктом; 16 - электронные лабораторные весы Также, вместо мембранного модуля использовались баллоны со сжатым азотом. При этом газ перед попаданием в резервуар проходил дополнительный подогрев в автоматическом канальном воздухонагревателе до температуры 30 С, что соответствует температуре обедненного кислородом воздуха, получаемого мембранным способом.
Схема размещения датчиков для измерения концентрации кислорода в ЭР-2 - ЭР-4 представлена на рис. 4.
Контрольно-измерительный комплекс, состоящий из электрохимических датчиков концентраций кислорода и паров нефтепродукта, усилителей сигнала, модуля аналого-цифрового преобразователя сигнала и компьютера с соответствующим программным обеспечением, позволял получать необходимые данные о распределении концентрации кислорода в паровоздушном пространстве резервуара с периодичностью 0,4 с.
Рис. 4. Схема размещения датчиков концентрации кислорода в ЭР-2 - ЭР-4:
1-6 - базовые точки, в которые устанавливались датчики для измерения концентрации кислорода, НП - датчик на суммарные концентрации углеводородов;
(стрелками обозначено направление подачи инертного газа и выхода газовой смеси) Температура среды на выходе из резервуаров фиксировалась с периодичностью в 300 секунд по показаниям жидкостных лабораторных термометров; на внешней поверхности резервуара - с помощью инфракрасного термометра.
В третьей главе приведены результаты теоретического и экспериментального исследований процесса флегматизации резервуаров азотом мембранного разделения.
В рамках теоретического исследования аналитическим способом доказано, что проведение флегматизации парогазовой среды до 6,2-7,6 % по кислороду является эффективным и не требует перерасхода инертного газа.
Динамика основных компонентов парогазовой среды внутри защищаемого объема при флегматизации до настоящего времени описывалась с помощью интегральной математической модели, полученной путем решения системы дифференциальных уравнений материального баланса:
нп нп Vрdср qср d W нпF нп d ;
исп V dср qсрd qвхd;
к к к р (1) ф ф ф Vрdср qсрd qвхd, нп к ф ср где Vр - объем резервуара, м3; ср,, ср - среднеобъемные концентрации нефтепродукта, кислорода, флегматизатора, об. доли;
нп q - расход инертного газа, м3/ч; - время, ч; W - интенсивность испарения нефтепродуктов, кг/(м2ч); F нп - площадь испарения нефисп к вх тепродукта, м2; - концентрация кислорода в подаваемой инертной среде, об. доли.
Основным допущением системы уравнений (1) является условие мгновенного и равномерного распространения инертного газа, подаваемого внутрь резервуара при флегматизации. Однако данное условие может выполняться только при высоких кратностях продувки резервуара (большом расходе инертного газа), тогда как флегматизация азотом мембранного разделения предполагает подачу инертной среды с небольшим расходом. Увеличение производительности мембранной установки приведет к ее существенному удорожанию.
На стадии теоретического исследования было сделано предположение о неравномерности распределения концентрации кислорода, что, в свою очередь, оказывает влияние на массообменные процессы при флегматизации. Существование различия между среднеобъемной концентрацией кислорода внутри резервуара и концентрацией кислорода в выталкиваемой среде может быть учтено посредством введения поправочного коэффициента, который может изменяться с течением времени. В этом случае дифференциальное уравнение материального баланса кислорода в резервуаре принимает вид:
к к к Vрdср kqсрd qвхd, (2) где k - коэффициент, характеризующий отношение концентрации кислорода в удаляемой среде к среднеобъемной концентрации кислорода внутри резервуара:
q, (3) k f Кр ; Vр где Кр - кратность подачи инертного газа, 1/ч.
Отметим, что требуемое время флегматизации резервуара фактически совпадает со временем достижения безопасной концентрации кислорода во всех участках резервуара. При этом динамика концентраций кислорода на данных участках связана со среднеобъемной концентрацией формулой:
к к максi срiaмакс, (4) где aмакс - коэффициент, характеризующий неравномерность распределения концентраций кислорода в объеме резервуара, имеющий аналогичную k функциональную зависимость:
q aмакс f Кр ; Vр . (5) Введение в уравнение материального баланса параметров k и aмакс позволяет моделировать динамику концентраций кислорода в процессе флегматизации с учетом неравномерности его распределения в объеме резервуара. Однако, уравнение (2) с учетом функциональных зависимостей (3) и (5), не имеет аналитического решения.
В связи с чем, для определения видов искомых зависимостей, были проведены дополнительные эксперименты.
Анализ результатов экспериментальных данных по флегматизации резервуаров с кратностями в диапазоне от 0,082 до 3,13 1/ч (рис. 5, 6) также подтверждает предположение о неравномерности распределения концентраций кислорода в защищаемом объеме.
Рис. 5. Отношение концентраций кислорода в базовых точках ЭР-к среднеобъемной концентрации при кратности продувки 0,082 1/ч Рис. 6. Отношение концентраций кислорода в базовых точках ЭР-к среднеобъемной концентрации при кратности продувки 3,13 1/ч На рис. 7 показан общий вид зависимостей коэффициента k от времени и кратности продувки, построенные по результатам экспериментов.
Рис. 7. Зависимость коэффициента k от времени и кратности продувки В результате аппроксимации экспериментальных данных, представленных на рис. 7, получена искомая зависимость:
q ki 0,04 i . (6) Vр Решая численным методом Эйлера уравнение (2) относительно к ср, получим формулу:
q к к к к срi срi-1 срi1ki qвх , (7) Vр к срi к срiгде и - среднеобъемные концентрации кислорода в резервуаре в i-ый и i-1-ый моменты времени, об. доли; i - текущее время, ч; - интервал времени (величина расчетного шага), ч.
Подставив эмпирическую зависимость (6) в выражение (7), получим формулу для определения среднеобъемной концентрации кислорода в резервуаре:
q к к к к срi1 q i 1 qвх 0,срi срi-1 , (8) Vр Vр Для формулы (8) начальными условиями будут являться:
0 = 0;
(9) к ср = 0,2095.
Аналогично выше описанной процедуре была получена зависимость для определения коэффициента aмакс, позволяющая рассчитывать максимальную концентрацию кислорода в объеме резервуара в любой момент времени:
q aмакс 0,06 . (10) Vр i С учетом температурного режима процесса флегматизации, а также ранее полученной зависимости для определения коэффициента неравномерности распределения концентраций паров нефтепродуктов при проведении вентилирования (В.П. Назаров, 1980), получена математическая модель динамики концентраций основных компонентов парогазовой среды в резервуаре при ФАМР:
q q к к к к срi срi-1 срi1 0,04 i 1 qвх ;
Vр Vр к к максiсрi 0,06 q i 1;
Vр нп нп исп нп нп 1 Wi1 F нп q ;
срi срi срiнп (11) Vр пi q нп нп exp 1 i ;
максi срi Vр Мнп М нп W нп F нп ;
Жi Ж i1 исп i ин ин нп нп 1 1 1 1 1 1 tiсм q cвх tвх Miсм ciсм tiсмMЖi1 cЖ tiсмkтепл tнар 0,5Mм cм tiсмq iсм tiсм , ин нп q cвх Miсм ciсмMЖi1 cнп kтепл 0,5Mм cм qiсм 1 1 Ж где i и i-1 - индексы, определяющие принадлежность параметра, соответственно, текущему и предшествующему моментам времени;
нп пi Цплотность паров нефтепродуктов, кг/м3, определяемая по формуле:
нп M нп пi1 , (12) 22,413 (1 0,00367 tiсм ) нп где M - молярная масса нефтепродукта, кг/кмоль; tiсм - среднеобъемная температура среды в резервуаре, С; нп - наибольшая максi концентрация паров нефтепродукта в объеме резервуара, об. доли;
- коэффициент неравномерности распределения концентраций паров нефтепродукта, определенный В.П. Назаровым, рассчитывается по формуле:
0,1q 0,48 , (13) V ин cвх Мнп - масса жидкого нефтепродукта, кг; - удельная теплоемкость Жi среды, подаваемой внутрь резервуара, Дж/(кгС), определяемая по формуле:
ин к к ф к cвх c c 1 , (14) вх вх cк где - удельная теплоемкость газообразного кислорода, Дж/(кгС);
cф - удельная теплоемкость флегматизатора (азота), Дж/(кгС);
ин tвх - температура инертной среды, подаваемой внутрь резервуара, С;
Miсм - масса парогазовой смеси внутри резервуара, кг, определяемая по формуле:
к нп нп к нп Miсм к пi1 ф1 , (15) 1 срi1 срi1 срi1 срiф к где , - плотности кислорода и флегматизатора, определяемые нп см п аналогично по формуле (13), кг/м3; c - теплоемкость парогазоi вой смеси внутри резервуара, Дж/(кгС), определяемая по формуле:
нп нп к нп сiсм ск к сп сф1 , (16) 1 срi1 срi1 срi1 срiнп где с - удельная теплоемкость паров нефтепродукта, Дж/(кгС);
п нп c - удельная теплоемкость жидкой фазы нефтепродукта, Дж/(кгС);
Ж kтепл - коэффициент, характеризующий теплоотдачу в ограждающие конструкции, Вт/(м2С), определяется формулой:
kтепл kкрFкр kстFст kдн i-1Fдн, (17) где Fкр, Fст, Fдн - площади поверхностей, соответственно, крыши, стенок и дна резервуара, м2; kкр - коэффициент теплопередачи для крыши резервуара, Вт/(м2С), определяемый формулой:
k , (18) кр 1 ст 1 ст где - коэффициенты теплоотдачи между парогазовой средой резервуара и его стенкой, Вт/(м2С); - толщина стенки резервуаст ра, м; - коэффициент теплопроводности материала стенки резерст вуара, Вт/(мС); - коэффициенты теплоотдачи между стенкой резервуара и наружным воздухом, Вт/(м2С); kст - коэффициент теплопередачи для стенок резервуара, Вт/(м2С), определяемый формулой:
k , (19) ст 1 1 d вн ст ln d 1 2 d (d )вн ст вн вн ст где dвн - внутренний диаметр резервуара, м; k - коэффициент днi теплопередачи для дна резервуара, Вт/(м2С), определяемый формулой:
kднi1 , (20) 1 ст Мнп Ж i нп 3 ст ст Fдн Ж где F - площадь дна резервуара, м2; 3 - коэффициент теплоотдачи дн между парогазовой средой и жидким нефтепродуктом, Вт/(м2С);
4 - коэффициент теплоотдачи между жидким нефтепродуктом и дном резервуара, Вт/(м2С); tнар - температура наружного воздуха, С;
Мм - масса металла, из которого изготовлен резервуар, кг; см - удельная теплоемкость металла, Дж/(кгС); iсм - плотность парогазовой смеси в резервуаре, кг/м3, определяемая по формуле:
к к нп ф к iсм п нп 1 срi1 нп , (21) 1 срi1 срi1 срiВажно также отметить, что экспериментально было установлено, что турбулентность струи также влияет на время ФАМР. На рис. 8 для кратности продувки 3,13 1/ч изображена зависимость отношения экспериментального и расчетного (без учета неравномерности) времени достижения безопасной концентрации кислорода от числа Re.
Рис. 8. Время флегматизации при различных значениях Re Из полученных данных можно сделать вывод о том, что увеличение турбулентности способствует уменьшению времени флегматизации резервуара, поскольку улучшается перемешивание инертного газа с парогазовой средой резервуара. Вследствие этого, во-первых, удаляемая среда содержит меньшее количество подаваемого инертного газа, а во-вторых, уменьшается неравномерность распределения концентраций кислорода.
Также была проведена оценка интенсивности увеличения концентрации кислорода внутри резервуара после окончания флегматизации. Вследствие диффузии воздуха через имеющееся в крыше резервуара открытое отверстие, отношение площади которого к площади дна резервуара составляло около 2,2710-4 м2, среднеобъемная концентрация кислорода за 2,5 ч увеличилась примерно на 1,5 %. Полученные сведения позволяют оценить требуемую периодичность подачи инертного газа для поддержания пожаровзрывобезопасного состояния резервуара.
Общая закономерность изменений температурного поля в объеме экспериментального резервуара и на его поверхности представлена на рис. 9.
Рис. 9. Графики изменения температуры в экспериментальном резервуаре и не его поверхности Температура азота мембранного разделения в ходе продувки составляла не более 32 С при начальной температуре окружающей среды и среды в резервуаре 22 С. Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что к моменту окончания продувки температура среды в резервуаре повысилась на 8 С.
Повышение температуры парогазовой среды резервуара приводит к увеличению интенсивности испарения жидкого нефтепродукта, поэтому в период проведения ФАМР происходит рост среднеобъемной концентрации паров нефтепродуктов, что является одной из специфических черт процесса флегматизации азотом мембранного разделения в отличие от процесса вентилирования и флегматизации инертными газами в изотермическом режиме.
В четвертой главе разработаны рекомендации по проектированию и эксплуатации систем флегматизации на основе азота мембранного разделения.
На основании анализа результатов лабораторных и полупромышленных экспериментов был сделан вывод о том, что при флегматизации азотом мембранного разделения в целях обеспечения ПВБ не обязателен контроль концентраций кислорода в нескольких точках одновременно. Достаточно обеспечить автоматический контроль концентрации кислорода непосредственно под крышей резервуара, например, у дыхательной арматуры, с учетом поправки на неравномерность распределения концентраций. В этом случае требуемое безопасное значение концентрации кислорода будет определяться по формуле:
к к ф ф к тр , (22) 2 к 2 max 1,25 к 100 min 100 к где ф - флегматизирующая концентрация кислорода для вида к max нефтепродукта, % об.; - отношение концентраций в областях с к min максимальным и минимальным содержанием кислорода внутри защищаемого резервуара к моменту окончания флегматизации;
- погрешность применяемого газоанализатора, %.
ВЫВОДЫ 1. В результате проведенных лабораторных и полупромышленных экспериментов по флегматизации паровоздушного пространства резервуара азотом мембранного разделения выявлено существование неравномерности распределения кислорода в защищаемом объеме, в отличие от широко используемого допущения о мгновенном и равномерном распределении флегматизатора.
2. На основании обработки экспериментальных данных получены зависимости, характеризующие неравномерность распределения концентраций кислорода в защищаемом объеме в процессе флегматизации азотом мембранного разделения.
3. По результатам экспериментов установлено, что схема подачи азота мембранного разделения влияет на эффективность флегматизации. Так, при подаче инертной среды в верхнюю часть резервуара, время достижения безопасной концентрации увеличивается на 25 % по сравнению с подачей инертной среды в нижнюю часть резервуара.
4. Экспериментально установлено, что при подаче азота мембранного разделения в резервуар с остатком жидкого нефтепродукта происходит рост среднеобъемной концентрации паров нефтепродукта в отличие от процесса вентилирования или флегматизации инертными газами в изотермическом состоянии.
5. Теоретически установлено, что флегматизация резервуаров до концентраций 6,2 - 7,6 % по кислороду является эффективной (не происходит перерасхода инертного газа).
6. Разработаны математическая модель и программный продукт для определения времени флегматизации резервуара с учетом неравномерности распределения инертного газа при различных кратностях продувки, а также максимальной и среднеобъемной концентрации кислорода в любой момент времени.
7. Разработаны рекомендации для проектирования и эксплуатации систем флегматизации, основанных на применении мембранных технологий воздухоразделения.
Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:
1. Корнилов А.А. Экспериментальное исследование неравномерности распределения азота в процессе флегматизации резервуаров для нефтепродуктов [Электронный ресурс] /А.А. Корнилов // Технологии техносферной безопасности. - М., 2012. - № 1. - Режим доступа:
2. Назаров В.П. Аналитическое исследование эффективности флегматизации при обеспечении пожаровзрывобезопасности емкостного оборудования [Электронный ресурс] / В.П. Назаров, А.А. Корнилов// Технологии техносферной безопасности. - М., 2010.
Ц № 4. - Режим доступа:
3. Назаров В.П. Экспериментальное исследование процесса флегматизации резервуаров для нефтепродуктов азотом мембранного разделения [Электронный ресурс] / В.П. Назаров, А.А. Корнилов // Технологии техносферной безопасности. - М., 2010. - № 4. - Режим доступа:
4. Назаров В.П. Разработка экспериментальной установки по изучению процессов флегматизации инертными газами резервуаров для нефти и нефтепродуктов [Текст] / В.П. Назаров, А.А. Корнилов, П.И. Зыков // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. - 2009. - № 4. - С. 50-55.
5. Назаров В.П. Расчетное обоснование методики и конструктивных особенностей экспериментальной установки по изучению процессов флегматизации резервуаров для нефти и нефтепродуктов [Текст] / В.П. Назаров, А.А. Корнилов, П.И. Зыков // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. - 2009. - № 4. - С.
55-60.
6. Назаров В.П. Применение мембранных технологий в целях обеспечения пожарной безопасности резервуаров и резервуарных парков [Текст] / В.П. Назаров, А.А. Корнилов // Деятельность правоохранительных органов и федеральной противопожарной службы в современных условиях: проблемы и перспективы развития: тезисы докладов Международной научн.-практ. конф. 29-30 мая 2008 г. - Иркутск: ФГОУ ВПО Восточно-Сибирский институт МВД России, 2008. - С. 257-259.
7. Корнилов А.А. Системы флегматизации резервуаров на автозаправочных станциях на основе применения мембранных технологий [Текст] / А.А. Корнилов // Пожарная и аварийная безопасность: тезисы докладов IV Международной научн.-практ. конф. 18 декабря 2009 г. - Иваново: ИПК ПресСто, 2009. - С. 200-203.
8. Назаров В.П. Методика планирования эксперимента по изучению процессов флегматизации резервуаров для нефти и нефтепродуктов [Текст] / В.П. Назаров, А.А. Корнилов, П.И. Зыков // Актуальные проблемы пожарной безопасности: тезисы докладов XXI Международной научн.-практ. конф. 19-20 мая 2009 г. - М.: ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2009, Ч. 1. - С. 269-270.
9. Назаров В.П. Экспериментальная установка по изучению процессов флегматизации инертными газами резервуаров для нефти и нефтепродуктов [Текст] / В.П. Назаров, А.А. Корнилов, П.И. Зыков // Актуальные проблемы пожарной безопасности: тезисы докладов XXI Международной научн.-практ. конф. 19-20 мая 2009 г. - М.: ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2009, Ч. 1. - С. 271-273.
10. Назаров В.П. Преимущества использования мембранных технологий при обеспечении пожарной безопасности резервуаров и резервуарных парков [Текст] / В.П. Назаров, А.А. Корнилов // Актуальные проблемы пожарной безопасности: тезисы докладов XXI Международной научн.-практ. конф. 19-20 мая 2009 г. - М.: ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2009, Ч. 1. - С. 111-114.
11. Назаров В.П. Контрольно-измерительный комплекс для исследования процессов флегматизации твердым диоксидом углерода гранулированным и азотом, полученным мембранным разделением воздуха [Текст] / В.П. Назаров, А.А. Корнилов, П.И. Зыков // Актуальные проблемы обеспечения безопасности в Российской Федерации: тезисы докладов III Межведомственной научн.-практ.
конф. 17 апреля 2009 г. - Екатеринбург: УрИ ГПС МЧС России, 2009.
Ц С. 45-47.
12. Назаров В.П. Современные технологии получения газообразного азота для обеспечения пожарной безопасности емкостного оборудования [Текст] / В.П. Назаров, А.А. Корнилов, П.И. Зыков // Актуальные проблемы обеспечения безопасности в Российской Федерации: тезисы докладов III Межведомственной научн.-практ.
конф. 17 апреля 2009 г. - Екатеринбург: УрИ ГПС МЧС России, 2009.
Ц С. 48-51.
13. Назаров В.П. Оценка влияния температуры инертного газа на процесс флегматизации резервуаров для нефтепродуктов [Текст] / В.П. Назаров, А.А. Корнилов // Безопасность критичных инфраструктур и территорий: материалы III Всероссийской научн.-техн. конф.
2009 г. - Екатеринбург: УрИ ГПС МЧС России, 9-14 ноября 2009. - С. 283-284.
14. Корнилов А.А. Исследование процесса флегматизации резервуаров для нефтепродуктов азотом мембранного разделения [Текст] / А.А. Корнилов // Пожарная и аварийная безопасность: тезисы докладов IV Международной научн.-практ. конф. 24 ноября 2010 г. - Иваново: ИПК ПресСто, 2010, Ч. 1. - С. 181-186.
15. Корнилов А.А. Программный комплекс по определению времени флегматизации вертикальных стальных резервуаров азотом мембранного разделения с учетом неравномерности его распределения. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012615828 от 26.06.2012 г. Роспатент, 2012 г.
Подписано в печать 09.11.2012. Формат 6084/1/16.
Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 2Академия ГПС МЧС России. 129366, г. Москва, ул. Б. Галушкина, 4.
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям