Большие резервуары всегда в зоне особого внимания
Аннотация. В статье кратко изложены критерии безопасности хранения нефтепродуктов в больших вертикальных стальных резервуарах на территории нефтехранилищ. Приведены действующие мероприятия, препятствующие разливу продуктов и распространению на обширных территориях и их возгоранию.
Автор: Мамедов Александр Нусратович, главный специалист, ООО «Техноинжениринг» ,
Тел. +998 94 635 1672, е-mail: mamedov_46@mail.ru.
Статья написана под влиянием недавних аварийных ситуаций с большими резервуарами, для содействия доступности широкого ряда проверенных, обоснованных технологических и технических режимов. Она не может быть истолкована, как препятствие кому-либо в использовании любых других практик. Появившиеся в печати свежие сообщения о розливе нефтепродуктов вызывают досаду на элементарные просчеты и нарушения проектировщиков, строителей, эксплуатационников нефтебаз. И главное, такие ситуации стали встречаться у совершенно, относительно, новых объектах, построенных недавно и оснащенных самым передовым оборудованием. При соблюдении установленных норм и учета опыта, все эти аварийные ситуации можно было бы предотвратить. Нужно всегда помнить, что нефть и нефтепродукты сосредоточенные, в резервуарных парках на объектах добычи, транспортировки и переработки нефти и нефтебазах, народное достояние .
Резервуаростроение, при современных объемах хранения и оборота нефти и нефтепродуктах, стала наиболее важной отраслью народного хозяйства. В России насчитывается парк резервуаров для нефтепродуктов общей емкостью 96 млн. тонн. Преимущественно, в резервуарных парках на объектах добычи, транспортировки и переработки нефти и нефтебазах, применяются резервуары с номинальным объемом 2000 м3, 5000 м3, 20000 м3,
50000 м3,10000м3, 20 000м3.
Следует отметить, что современные нефтехранилища - это сложные комплексы инженерно-технических сооружений, связанные между собой технологическими процессами, обеспечивающими прием, хранение и снабжение потребителей нефтью и нефтепродуктами. Несмотря на определенный прогресс, достигнутый в последние годы в резервуаростроении, резервуары для нефти и нефтепродуктов остаются одними из наиболее опасных объектов.
Казалось, всем специалистам давно известна конструкция современного резервуара. Сегодня действующие резервуарные парки почти на 95% состоят из РВС серии ТП704/1, сооруженных рулонным методом. В России, как и в шести странах ближнего зарубежья действует межгосударственный ГОСТ 31385-2008, разработанный на базе российского национального стандарта. Действуют «Правила проектирования, изготовления и монтажа вертикальных цилиндрических стальных резервуаров для нефти и нефтепродуктов». СТО-СА-03-002-2009
Его корпусная часть, заводского изготовления, собранная на месте эксплуатации в соответствии с требованиями по сварке, представляет надежную стальную конструкцию. Узким местом, через которые возможны утечки здесь являются приемо-раздаточные патрубки и патрубок сифонного крана. Для надежного устранения утечек при авариях в этих точках устанавливаются дополнительная арматура -Хлопуши (хлопушки).
Хлопуши (далее.хлопушки) устанавливают внутри вертикальных резервуаров на приёмо-раздаточных патрубках. Они служат для налива и слива нефтепродуктов, а также для дополнительной защиты от возможных утечек нефтепродукта из резервуара при неисправности запорной арматуры. В случае появления форс-мажорных обстоятельств, например аварии или отказа запорных конструкций вертикального резервуара крышку можно быстро опустить с помощью механизма, тем самым закрывая проход нефтяной продукции в систему трубопровода. Хлопушки с механизмами управления весьма простой конструкции являются арматурой повышенного внимания и особого ухода в эксплуатации. Их исправность и значение в сохранении важнейших продуктов народного достояния неоспоримо их установка строго обязательна. Это утверждение является правилом конструирования резервуаров и еще раз подтверждается недавней аварийной ситуацией на очень важной нефтебазе. Отсутствие хлопушки на одном из патрубков, стоила потерей 11 тысячи литров бензина и появлению соответствующей широкой зоне экологического бедствия.
В связи с этим текущий анализ безопасности хранения топлива на нефтебазах и современных резервуарных парках хранения нефти и нефтепродуктов в основном состоят из наземных вертикальных стальных резервуаров (РВС). следует проводить, в том числе, с определения наличия исправных хлопушек на резервуарах. Это обстоятельство, наличие исправной дополнительной арматуры, отвечающей за непроницаемость резервуаров нефтепродуктов, следует включить в постоянный мониторинг безопасности нефтебаз, проводимый государственными службами безопасности. Для выполнения более легкого открывания устанавливают трубы или крышки с перепуском, которые когда резервуар наполняется, нефтепродукт, используя силу давления приподнимает крышку хлопушки ХП. В случае остановки закачки крышка опускается на прежнее место под силой собственной тяжести и перекрывает трубу, которая соединена с патрубком ППР. Во время слива нефти из резервуара РВС хлопушка принудительно открывается с помощью барабана и намотанного на него стального троса, которые являются частями механизма управления хлопушкой МУВ-80 (МУВ-250) или МУ-1 (МУ-2).
При условном проходе 80 мм перепуск отсутствует, при значениях более 80 мм хлопушка делается с перепуском, благодаря чему снижаются условия, необходимые для открытия и закрытия хлопушки ХП. При наполнении резервуара струя нефтепродукта, обладая энергией скорости и давлением, приподнимает крышку хлопушки. При остановке перекачки крышка хлопушки под действием собственного веса опускается на свое место, плотно закрывая трубу. При перекачке нефтепродукта крышка хлопушки поднимается механизмом управления, обеспечивая свободный проход. В случае отказа запорных устройств или аварии крышка хлопушки может быть опущена механизмом, перекрывая проход нефтепродукта в трубопровод. На приемных патрубках обычно хлопушка открывается потоком закачиваемой жидкости. Плотность прилегания крышки хлопушки к её корпусу обеспечивается полимерным покрытием затвора.
На крышку хлопушки действует давление паровоздушной смеси, ограничивающееся дыхательным клапаном (2000 Па), и давление от столба жидкости высотой H , м ( g ; H).
Суммарное давление действует на площадь крышки, создавая силу прижатия. Для резервуара РВС-3000 с высотой наполнения нефтепродукта от центра крышки хлопуши, равной 9 м, и плотностью нефтепродукта 900 кг/м3 суммарное давление составит 2000 + (900 ; 9,8 ; 9) = 81380 Н/м2. При установке хлопушки ХП-300 с диаметром крышки 0,3 м и площадью 0,07 м2 усилие прижатия составит 5696 Н или 580 кгс. Для снижения усилия открытия крышки перепад давления уменьшают путем впуска под давлением нефтепродукта из полости резервуара в полость хлопушки.
Теперь более подробно о конструкции. Хлопушка сделана из основной части (корпуса) с косым срезом и плотной крышкой, которая соединяется с основанием с помощью механизма на рычажной основе. управления хлопушкой МУВ-80 (МУВ-250) или МУ-1 (МУ-2). Хлопушка ХП устойчива к влиянию климатических факторов окружающей среды, ее изготавливают в исполнении У, что значит "умеренный климат" или УХЛ(умеренно-холодный) — холодный климат, в котором нижняя граница возможного использования —60°С(используемая сталь 09Г2С) или 12Х18Н10Т,
Крышки для хлопушки производятся из материалов, устойчивых к искрам,
например их сплавов алюминия. Корпуса ХП—80, ХП-100, ХП—150 так же делают из
алюминия, а для ХП—200 и выше используется сталь, например 09Г2С или
12Х18Н10Т. Хлопушка изготавливается и поставляется в соответствии с ТУ 3689-020-10524112-2003 заводами- изготовителями.
При комплектации крупных нефтебаз, в условиях отсутствия заказов на хлопушки на заводах – изготовителях, мне было предложено разработать опытный образец хлопушки диаметром
300 мм, аналогичной ХП-300, с целью размещения изготовления партии на специализированном производстве.
Выполнение конструирования и изготовление не вызвало особых затруднений, образец был выполнен в соответствии с требованиями ТУ 3689-020-10524112-2003 и размерами серийной хлопушки ХП-300. Затруднения появились при доводке образца, с выполнением требований герметичности при рабочем давлении жидкости. Однако, при определенных условиях, требуемые параметры были все же достигнуты. Комиссия заказчика приняла образец, испытанный в ее присутствии на специальном стенде и рекомендовала изготовление всей партии.
Столь подробное описание этого элемента резервуара подчеркивает его несомненную важность в безопасной эксплуатации резервуаров с топливом.
Еще одно немаловажное новшество, которое также мало освещено в описаниях оборудования резервуаров. Это внедрение на резервуарах устройств размыва донных отложений. Все усилия внедрить это новшество в практику, вызывает только противодействие.
Эксплуатация резервуаров для нефти и темных нефтепродуктов зачастую связана с накоплением в них донных осадков (нефтешламов), толщина слоя которых может достигать 3 м. В условиях Средней Азии, при нахождении в атмосфере тонкого песка и при периодических песчаных бурях, накопление донных осадков в резервуарах происходит наиболее интенсивно.
Накопление осадка (нефтешлама) на днище резервуаров ведет к уменьшению их полезного объема, вызывает затруднения при учете нефти и нефтепродуктов, приводит к коррозионному разрушению днища. Эти нефтешламы представляют собой смеси твердых и аморфных образований, которые состоят из механических частиц и тяжелых углеводородных соединений: парафинов, битумов, смол и асфальтенов. Отложения отрицательно влияют на качество товарной продукции. Закачка чистой товарной продукции в загрязненный резервуар может привести к потере качества нефтепродукта.
Сохранение качества нефтепродукта требует проведения такой сложной и опасной операции, как зачистка резервуара . Зачистка резервуаров для нефти, мазутов, моторных топлив и аналогичных по физико-химическим свойствам нефтепродуктов в соответствии с нормативными документами проводиться по мере необходимости, определяемой, в том числе надежностью и безопасностью эксплуатации резервуара.
Извлеченные при зачистке резервуаров нефтешламы перерабатываются на специальных установках в процессе зачистки или направляются на очистные сооружения предприятия. По данным АНК «Башнефть», ежегодно при переработке нефти образуется около 8,3 тыс. т нефтешламов, которые при отсутствии технологии их обезвреживания являются источниками загрязнения окружающей среды. При зачистке одного резервуара хранения нефти образуется около 200 м3 нефтешлама. Так вот новшество заключается в том что для борьбы с донными отложениями применяются устройств размыва донных отложений: Таййфун-20, Тайфун-24, Диоген-500, Диоген-700. Взрывозащищенные устройства типа «ТАЙФУН», предназначены для установки на крышке овального или круглого люков-лазов, размещенных на первом поясе резервуаров с нефтепродуктами и могут эксплуатироваться во взрывоопасных зонах классов 1, 2 по ГОСТ 30852.9-2002 помещений и наружных установок, в которых возможно образование паровоздушных и газо-воздушных взрывоопасных смесей категорий IIА, IIB, по классификации ГОСТ 30852.11-2002, групп Т1, Т2, Т3, Т4, по классификации ГОСТ 30852.5-2002.Применение устройства типа «ТАЙФУН» защищает резервуар от коррозионного разрушения конструкций вследствие скопления донных отложений и загрязнения. Принцип работы устройства размыва донных отложений заключается в том, что своим гребным винтом оно создает длинную (до 47 м) узконаправленную струю жидкости, которая за счет автоматического возвратного углового движения самого устройства, перемещается над днищем резервуара, практически охватывая всю его площадь. Струя жидкости армируется поднятыми частицами осадков и размывает придонные осадки, одновременно обеспечивая их перемешивание с основной жидкостью в резервуаре. Если в процессе размыва периодически откачивать жидкость из резервуара, то за достаточно короткий срок можно удалить из резервуара все осадки, накопленные за годы. Заменяя целый комплекс операций на протяжении 15 лет безотказной эксплуатации, устройство «ТАЙФУН» является самым оптимальным и экономичным решением для производств, занимающихся переработкой и подготовкой жидких сред. При автоматическом повороте устройства во время работы (1 цикл – поворот ± 60 о за 3,5 часа) жидкость интенсивно перемешивается, причем направление ее кругового движения меняется за цикл 4 раза. Устройства при их периодическом включении (раз в 10 дней) на 12-14 часов позволяют предотвратить образование осадков и осуществить гомогенизацию (усреднение компонентного состава по объему) жидкости, хранящейся в резервуаре.
Устройства размыва донных отложений еще можно применять для гомогенизации (создания однородности) легковоспламеняющейся жидкости в резервуаре. Это наиболее эффективно в технологических резервуарах ,где приготавливается топливо смешивая его с необходимыми присадками.
Для завершения рассмотрим еще одно обстоятельство, которое следует внедрять в современных резервуарах это – протекторная защита днищ резервуаров от коррозии. Она характеризуется наличием магниевых защитных протекторов.
В нефти ряда месторождений содержится значительное количество минерализованной воды, входящей в состав нефтяных эмульсий. При разрушении эмульсии естественным путем или на электрообессоливающих установках вода, скапливаясь внизу резервуара, вызывает интенсивную коррозию днищ и нижних поясов. Хотя эта вода периодически дренируется, непрерывная закачка новых порций нефти или нефтепродуктов в резервуар пополняет ее запасы у днища. Днища и нижние пояса резервуаров, контактирующие с сильно минерализованной дренажной водой, в результате сквозных проржавлений уже через четыре - шесть лет выходят из строя и требуют частичной или полной замены.
Защита днищ резервуаров от коррозии различного рода покрытиями не обеспечивает их сохранности на длительный срок.
Электрохимический метод защиты резервуаров с помощью протекторов является наиболее эффективным, простым и экономически целесообразным.
В настоящее время применяется один из видов электрохимической защиты - протекторная защита днищ резервуаров от коррозии, вызываемой подтоварной водой. Протекторная защита надежно предохраняет металлические конструкции от коррозии и проста в эксплуатации.
Принцип действия протекторной защиты заключается в создании защитного потенциала на днище при протекании тока в гальванической паре днище-протектор. Стационарный потенциал протектора имеет более отрицательное значение, чем потенциал металла днища. При замыкании цепи днище-протектор последний становится анодом, а днище-катодом. Ток, стекая с протектора, проходят через электролит (дренажную воду), входит в днище и прекращает или ограничивает действие коррозионных элементов на его поверхности, а следовательно, и коррозионное разрушение днища. Технология монтажа протекторной защиты несложна, не связана с использованием токсичных материалов и тщательной подготовкой поверхности. Протекторная защита проста и надежна в эксплуатации.
В качестве протекторного материала рекомендуется использовать магниевый сплав марки
М1-4.
Монтаж протекторной защиты может производиться как на новых, так и на действующих резервуарах при сроке службы протекторов 5 лет.
К великому сожалению, я наблюдал полноценную защиту резервуаров, включая протекторную защиту, только на одной нефтяной базе, на новых резервуарах емкостью 10 тыс. м3.
Как видно из изложенного, аварийную ситуацию, наверняка возможно, исключить, если содержать сооружения, устройства и оборудование в исправности и постоянной эксплуатационной готовности, своевременно производить их ремонт, если персоналу
строго выполнять действующие правила, нормы, стандарты и инструкции. Показана реальная возможность вовремя предотвратить аварийную ситуацию, не допустить повторение трагедии. Это весьма несложно.