Оценка параметров давления в замкнутом сосуде со сжиженными углеводородными газами при заполнении на 100%

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Афанасьев И.Л.
ООО «ВолгоУралНИПИгаз» E-mail: polin@vunipigaz. ru
ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ ДАВЛЕНИЯ В ЗАМКНУТОМ СОСУДЕ СО СЖИЖЕННЫМИ УГЛЕВОДОРОДНЫМИ ГАЗАМИ ПРИ ЗАПОЛНЕНИИ НА 100%
В статье рассмотрены причины возникновения аварийных ситуаций на оборудовании со сжиженными углеводородными газами. Приведены теоретические зависимости давления в замкнутом сосуде со сжиженными газами от температуры. Приведено обоснование необходимости экспериментального определения зависимости давления от температуры в замкнутых сосудах, на 100% заполненных сжиженными газами. Предложена схема испытательной установки для проведения эксперимента.
Ключевые слова: сжиженные углеводородные газы, давление, замкнутый сосуд, эксперимент.
В настоящее время в нефтегазовом производстве происходит значительное количество аварий, одной из важных и малоизученных причин которых является нарушение технологического режима работы, вследствие влияния внешних изменений значений температур на давление в замкнутых сосудах (трубопроводах, емкостях).
Взяв во внимание вышеизложенное, необходимость работ, связанных с детальным изучением разрушительных процессов в трубопроводах и емкостном оборудовании, трудно переоценить. Для прогнозирования возможных аварийных ситуаций и для изучения произошедших аварий крайне важно аппаратное и методологическое обеспечение. Как показала практика расследований аварий на производственных объектах, существует дефицит точных и экспериментально проверенных методов оценки параметров технологических процессов в нефтегазовой отрасли.
Достоверное прогнозирование аварийных ситуаций возможно на основе знаний физикохимических закономерностей и методов изучения аварий, а так же с помощью специально сконструированных испытательных стендов, моделирующих условия реального технологического процесса.
При оценке опасности технологической системы необходимо проанализировать причины разгерметизации технологической системы, приводящие к аварийному выходу пожароопасных веществ наружу.
Причины таких аварий по своей природе могут быть самыми разнообразными. Наиболее опасная причина — нагревание герметичных, полностью заполненных аппаратов и тру-
бопроводов с жидкостями выше установленного предела, когда в них создается повышенное давление, которое способно вызвать разгерметизацию технологической системы.
Изучая данные по авариям, произошедшим на оборудовании со сжиженными углеводородными газами (далее СУГ) заполненном на100%, было выяснено, что последствия от таких аварий катастрофические и в большинстве случаев сопровождаются большими разрушениями и человеческими жертвами.
Ярким примером аварии, причиной которой являлся перегрев замкнутого сосуда со СУГ, служит авария, произошедшая 11 июля 1978 года в Испанском городе Сан-Карлос. Во время движения разорвалась оболочка автоцистерны, содержащей 23,5 тонны жидкого пропилена, в результате чего образовалось горючее облако. Воспламенение облака привело к гибели 215 человек. Взрыв разрушил здания на расстоянии до 200 метров. Цистерна, рассчитанная на давление 3 МПа, разрушилась в результате гидродинамического разрыва вследствие переполнения в процессе налива на нефтеперерабатывающем заводе и в момент аварии представляла собой замкнутый сосуд с термодинамически перегретым пропиленом.
Еще одна авария произошла 21 августа 2004 года в районе установки У-26 на Оренбургском гелиевом заводе. Эта авария привела к гибели пожарного, и к масштабным повреждениям зданий и оборудования. Одной из причин аварии являлось повышение давления в трубопроводе СУГ, который был перекрыт задвижками с обеих сторон (на гелиевом заводе и газоперерабатывающем заводе).
Последствия аварии на Оренбургском гелиевом заводе представлены на рисунке 1.
Причина повышения давления в трубопроводе выше расчетного (4,0 МПа) заключалось в том, что процессы в трубопроводе протекали не в условиях существования паровой и жидкой фазы (давление при этом не превысило бы 2,5 МПа), а в условиях полного заполнения трубопровода жидкой фазой. В этом случае на повышение давления оказывает влияние объемное расширение жидкости. А проектными решениями не была предусмотрена установка предохранительного устройства.
Повышение давления в герметичных аппаратах, полностью заполненных пожароопасной жидкостью или сжиженным газом, является сложным процессом, так как сопровождается одновременно не только увеличением объема жидкости, но и приращением вместимости самого аппарата в результате упругого и термического расширения его стенок. При этом объем жидкости изменяется в большей степени по сравнению с увеличением размеров самого аппарата. Поэтому нагревание технологической системы, полно-
стью заполненной жидкостью или СУГ, даже в пределах суточных колебаний температуры окружающего воздуха может создать давление, которое приведет к разгерметизации системы.
Следует отметить, что поведение СУГ в процессах, протекающих в условиях сосуществования газовой и жидкой фазы, изучены достаточно глубоко, и в большинстве случаев описываются модификациями уравнения состояния Ван-дер-Ваальса.
Для жидкостей из-за сложности учета всех особенностей взаимодействия молекул пока не удалось теоретически получить общее уравнение состояния.
Давление, создаваемое жидкостью в полностью заполненном аппарате Рк при тепловом воздействии на систему, определяют по формуле:
Р = Р + DP,
к н '
где Рн — начальное давление жидкости в аппарате, МПа- DP — приращение давления, МПа.
Приращение давления в герметичном нагреваемом аппарате, полностью заполненном жидкостью (без учета изменения размеров аппарата), можно определить по формуле:
Рисунок 1. Последствия аварии на Оренбургском гелиевом заводе
вР
АР = -^- АТ,
в СЖ
где вр — коэффициент объемного расширения жидкости, К-1- всж — коэффициент объемного сжатия жидкости, МПа-1- DГ- изменение температуры, К.
Коэффициент объемного расширения зависит от температуры жидкости. При отсутствии справочных данных о значении коэффициента объемного расширения жидкости или сжиженного газа его можно определить из соотношения изменения плотности при повышении температуры
р1 -р2 рАТ
где с1 и с 2 — плотность жидкости до и после нагрева соответственно, кг/м3.
Коэффициент объемного сжатия (сжимаемости) всж, представляет собой относительное изменение объема жидкости W при изменении давления Р на единицу:
1 & lt-Ш
всж =---------.
Wo ф
где — начальный объем.
Знак минус в формуле указывает, что при увеличении давления объем жидкости уменьшается.
Анализ произошедших аварий показывает, что в ряде случаев разгерметизация замкнутого объема с СУГ происходит при таких значениях
температуры, при которых, исходя из расчетов, не должно появиться избыточное давление, достаточное для разрушения оборудования.
На этом основании можно выдвинуть предположение, что в случае с замкнутыми сосудами с СУГ, которые на 100% заполнены жидкой фазой, фактическая зависимость давления от температуры может отличаться от расчетной.
В связи с вышесказанным возникает необходимость разработки и строительства специально сконструированных аппарата и испытательной установки, разработанных для экспериментального определения параметров давления СУГ в замкнутых сосудах.
Неотъемлемой частью такой установки должен быть аппарат, имитирующий замкнутый сосуд с СУГ.
На рисунке 2 представлена принципиальная схема испытательной установки.
Предложенная модель испытательной установки состоит из имитационного блока, блока хранения веществ, блока электроснабжения, и блока управления процессом испытаний.
Имитационный блок представляет собой совокупность контрольно-измерительных приборов и аппарата, имитирующего замкнутый сосуд с СУГ. Конструкция аппарата должна предусматривать возможность его полного стопроцентного заполнения СУГ.
Блок хранения веществ представляет собой расходную емкость с необходимым количеством вещества для обеспечения полного технологи-
Рисунок 2. Принципиальная схема испытательной установки
ческого цикла испытаний. Блок электроснабжения представляет собой электростанцию, обеспечивающую бесперебойное электроснабжение блоков установки. Блок управления представляет собой совокупность автоматизированного рабочего места, контроллеров сигналов и переносного компьютера.
На первоначальном этапе эксперимента необходимо зафиксировать начальные значения давления и температуры в испытательной установке. В соответствии с шагом роста температуры необходимо фиксировать значения манометра. Результаты изменений давления и тем-
пературы сводятся в журнал эксперимента. По результатам опыта необходимо построить график изменения параметров и сравнить его с графиком, ранее полученным расчетным методом.
Экспериментальное подтверждение предположения о зависимости давления от температуры в замкнутых сосудах с СУГ позволит внести изменения в существующие методы расчетов при проектировании технологического оборудования. Это в конечном итоге позволит сократить количество аварий на производстве, а также снизить показатели риска и ущерба при авариях.
28. 01. 2011
Сведения об авторе:
Афанасьев Илья Львович, инженер 2 категории отдела промышленной и экологической безопасности
ООО «ВолгоУралНИПИгаз»
460 000, г. Оренбург, ул. Пушкинская, 20, тел. (3532) 340 504, e-mail: polin@vunipigaz. ru
UDC 665. 725:534 Afanasev I.L.
E-mail: polin@vunipigaz. ru
ESTIMATION OF PRESSURE PARAMETERS IN A CLOSED VESSEL CONTAINED LIQUEFIED HYDROCARBON GAS AT 100% FILLING
The article considers reasons of emergencies at facilities contained liquefied hydrocarbon gases. Ideal correlations of pressure and temperature in a closed vessel contained liquefied hydrocarbon gases are given. Basis for the necessity of pressure and temperature correlation experimental determination in closed vessels at 100% filling with liquefied gases are given. A flow diagram of a test unit for the experiment is suggested.
Key words: liquefied hydrocarbon gases, pressure, a closed vessel, experiment.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой