Бесчастнов М.В. Промышленные взрывы: оценка и предупреждение

Подождите немного. Документ загружается.

вается с водородом в соотношении 1/3—7, затем охлаждается

пропиленом — хладоагентом с температурой 7°С и поступает

на сушку цеолитами (блок XIX, рис. 10.23).

В блоке XX (рис. 10.24) происходит разделение углеводоро-

дов С

и Сз в колонне с клапанными тарелками объемом 15,4 м

;

391

температура кубовой части 70°С; верхний продукт конденсиру-

ется и собирается в*емкости.

Разделение пропан-пропиленовой фракции на пропан и про-

пилен (блок XXI, рис, 10.25) осуществляется в ректификацион-

ный колоннах объемом 89 м

, Кубовая жидкость подогревается

до 45 °С конденсирующимися парами пропилена в кипятильни-

ке. Пропилен с верха колонны под давлением 1,2 МПа поступа-

ет в сепаратор, откуда газ возвращается на прием в турбоком-

прессор.

Блок XXII — пропиленовый тепловой насос (рис. 10.26) для

подачи паров пропана с верха колонны в трубное пространство

теплообменника, где они отдают тепло кубовому остатку колон-

ны. Пары пропилена после сжатия турбокомпрессором до

2,0 МПа при 60 °С также направляются в теплообменник. При

недостаточной нагрузке турбокомпрессора часть паров пропи-

лена с линии нагнетания клапаном перепускается на прием в

сепаратор. Для стабилизации давления сжатия (2,0 МПа)

часть паров с линии нагнетания сбрасывается в поток жидкого

пропилена перед холодильником.

В блоке дебутанизации (XXIII, рис. 10.27) происходит отде-

ление из кубового продукта колонны углеводородов С

от С

выше. Дебутанизация ведется в аппарате с клапанными тарел-

ками объемом 22 м

' Углеводороды С

конденсируются в тепло-

обменнике и собираются в емкости, из которой откачиваются

насосами в сборники фракции С

ограничены, а необходимость такого хранения должна научно

и технологически обосновываться в каждом конкретном случае.

Скопление на производственных площадях огромных масс

опасных продуктов обусловлено в ряде случаев неритмичной

отгрузкой их потребителям, нечеткой работой железнодорожно-

го транспорта и т. д. Поэтому неизбежно требуется создавать

дополнительные мощности по переработке потенциально опас-

ных веществ на местах их производства в продукты (полупро-

дукты), безопасные или менее опасные для временного их хра-

нения или использования. Так, при перебоях с отгрузкой жид-

кого хлора на производственных площадях хлорных заводов

скапливается до 2000 т жидкого хлора на промежуточных

складах и в железнодорожных цистернах. Исключить или по

крайней мере ограничить столь огромный потенциал опасности

возможно путем переработки избытка хлора в менее опасный

продукт, например в дихлорэтан, для временного его хранения

или переработки в безопасные хлорвиниловые смолы.

11.2. ЭНЕРГОНОСИТЕЛИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Количество горючих, взрывоопасных и токсичных веществ

во многих случаях необоснованно завышено и в самих техноло-

гических системах. В промышленности до сих пор существует

большое число потенциально опасных жидкофазных процессов,

характеризующихся высокими энергетическими параметрами и

низким выходом целевого продукта. Например, из многих

сравнительно безопасных методов получения капролактама в

отечественной промышленности применяют в основном жидко-

фазное окисление циклогексана с выходом целевого продукта

«6%, которое проводят в аппаратуре каскадного типа с объе-

мом жидкой фазы около 120 м

. При повышенных энергетичес-

ких параметрах высокая потенциальная взрывоопасность

самого метода окисления усугубляется большими потоками

горючих жидкостей и громоздкостью аппаратуры на последую-

щих стадиях выделения столь незначительного количества про-

дуктов из реакционной массы. Результаты наблюдений подтвер-

ждают, что наиболее тяжелыми последствиями сопровождают-

ся аварии, связанные именно с жидкофазными процессами,

характеризующимися наибольшим запасом энергии. В отличие

от жидкофазных каталитические газофазные процессы облада-

ют значительно меньшими энергетическими потенциалами, и

соответственно аварии на этих объектах не вызывают тяжелых

разрушений.

Игнорирование объективной взаимосвязи масс производимых

и перерабатываемых взрывоопасных и токсичных продуктов,

являющихся энергоносителями и источниками возможных раз-

рушений при неуправляемом высвобождении энергии, повлекло

за собой ошибки в стратегии обеспечения безопасности. Вряд

ли можно обосновать, в том числе экономически, гигантоманию

393

ния определяются количеством и скоростью высвобождающей-

ся энергии при различных аварийных ситуациях, а также коли-

чеством ядовитых и других химически и биологически активных

веществ. В идеальном случае система будет абсолютно безо-

пасной при отсутствии запаса потенциальной энергии и таких

веществ. Создание такой идеальной технологической системы

нереально, но повышение безопасности промышленных объек-

тов— одна из основных задач. В нашей стране этим вопросам

не уделялось должного внимания. В результате многие произ-

водства расположены на значительном удалении от источников

сырья (сбыта), что влечет за собой встречные грузопотоки

огромных масс потенциально взрывоопасных и вредных ве-

ществ. Несбалансированность мощностей по переработке сырья

и химических полупродуктов на местах их производства во

многих случаях привело к созданию огромных хранилищ Л*ВЖ,

сжиженных горючих и ядовитых газов и жидкостей и других

опасных веществ. В любом случае нельзя считать допустимым,

когда жидкий хлор, например, железнодорожным транспортом

перевозится на расстояния до 3000 км или скапливается на

территориях предприятий или железнодорожных станциях (до

100—150 цистерн) вблизи городов и других населенных пунк-

тов. Необходимо в законодательном порядке строгое ограни-

чение допустимых масс хранения (скопления) и перевозок

опасных химических продуктов.

11.1. ПРОМЕЖУТОЧНОЕ ХРАНЕНИЕ

ПОТЕНЦИАЛЬНО ОПАСНЫХ ПРОДУКТОВ

На современных крупных нефтеперерабатывающих, нефте-

химических, химических предприятиях, осуществляющих ком-

плексную переработку сырья, принято создавать промежуточ-

ные (развязочные) хранилища полупродуктов. Эти склады, вы-

полняющие буферные функции, предназначены для создания

запасов продуктов (полупродуктов) на случай внезапного

кратковременного прекращения (внезапной аварийной останов-

ки) производства и обеспечения бесперебойной работы техно-

логических линий. За последние десятилетия в связи с вводом

в эксплуатацию крупнотоннажных однолинейных технологичес-

ких систем такие промежуточные склады потенциально опас-

ных продуктов (сжиженных газов, легких углеводородных

фракций, мономеров, жидкого хлора и т. д.) достигли огром-

ных объемов. Во многих случаях создание таких складов тех-

нологически не обосновано, а количество накапливающихся в

них потенциально опасных химических продуктов завышено.

Повышение единичных мощностей технологических устано-

вок не должно сопровождаться пропорциональным накоплени-

ем на производственных площадях больших масс потенциально

опасных продуктов. Создание складов промежуточного хране-

ния полупродуктов и их объемы должны быть максимально

394

сравнительно низкими энергетическими потенциалами. Пиро-

лиз бензина (блок III) представляет собой эндотермический

газофазный каталитический процесс, который осуществляется в

трубчатых печах огневого нагрева. Аварийные ситуации могут

возникать при разрушении (прогаре) труб и попадании паров

бензина в топочное пространство печи, а также при образова-

нии взрывоопасной смеси топливного газа с воздухом в топоч-

ном пространстве.

Процесс газофазного каталитического гидрирования ацети-

лена (блок XII) экзотермический и может сопровождаться

большим разогревом газовой смеси и повышением температуры,

особенно при увеличении концентрации ацетилена в исходной

смеси. Энергетический потенциал блока очистки газовой смеси

от ацетилена сравнительно невелик. Однако такая технологи-

ческая система с внутренним источником энерговыделения

термодинамически неустойчива и требует строгой сбалансиро-

ванности материальных и тепловых потоков, поэтому техноло-

гический блок должен быть оснащен надежной системой авто-

матизации по всем основным параметрам, обеспечивающим

стабильность процессов, в том числе при циклических измене-

ниях режима. Следует при этом отметить недостаточную обос-

нованность выбора циклического режима, что существенно

усложняет стабильность работы блока и технологической линии

в целом. Следует изыскивать новые катализаторы, сохраняющие

заданную активность в течение более длительного времени, так

как переходные режимы всегда сопряжены с усложнениями в

аппаратурном оформлении систем управления и защиты.

Аналогичными преимуществами и недостатками характери-

зуется блок каталитического газофазного гидрирования пропан-

пропиленовой фракции (XVIII), где, так же как и в блоке

XII, процесс гидрирования осуществляется по циклическому

режиму. Для повышения безопасности таких циклических си-

стем необходимо повышение уровня надежности автоматизации.

Радикальные же меры связаны с подбором новых катализато-

ров и переходом на непрерывные процессы.

Глава 11

ОСНОВНАЯ СТРАТЕГИЯ СНИЖЕНИЯ

ОПАСНОСТИ АВАРИЙ

Исследования многочисленных промышленных аварий и ка-

тастроф еще раз убеждают нас в том, что масштабы и тяжесть

их последствий находятся в прямой зависимости от энергети-

ческих потенциалов (запасенной энергии) технологических си-

стем. Иными словами, масштабы разрушения и уровни пораже-

395

низких температур на других блоках; при этом особое внима-

ние должно быть уделено выбору конструкционных материалов

для изготовления аппаратуры и трубопроводов, работающих в

условиях низких температур.

Распределительные коллекторы бензина (блок XI), этилена

(XV), топливного газа (X) имеют много запорной и регулирую-

щей арматуры, фланцевых и сварных соединений, сложных

трубопроводных и других устройств, являющихся источниками

нарушения герметичности технологических систем. Опасность

этих блоков может характеризоваться количеством выбрасывае-

мых продуктов и эффективностью парогазообразования. Энер-

гетические потенциалы этих блоков, как видно из табл. 10.2,

весьма существенны. Коллекторы, как правило, должны обес-

печиваться надежными дистанционно управляемыми устройст-

вами регулирования подводящих и отводящих потоков, а также

блокирования каждого из них от общего коллектора.

При компримировании газов (блоки V, XXIX, XXX) энер-

гия привода компрессора (электрическая, сжатого газа или

пара) переходит частично в тепловую энергию нагревания сжи-

женного газа. Для предупреждения сверхдопустимого нагрева

сжатого газа компримирование осуществляется ступенчато с

охлаждением газа после каждой ступени сжатия в межступен-

чатых теплообменных элементах. При охлаждении происходит

конденсация веществ с низкой температурой кипения; образую-

щаяся жидкость отделяется в сепараторах от газа, поступаю-

щего на следующую, более высокую ступень сжатия. Поэтому

блок компримирования газов является достаточно сложной

системой энергоперехода. Энергозапасы в самих блоках сжатия

газов сравнительно невелики, однако при нарушении герметич-

ности системы происходят выбросы газов, которые оказываются

определяющими в общем энергетическом потенциале. Меры

противоаварийной защиты в этом случае сводятся к повышению

надежности всего агрегата сжатия и быстродействию блокиро-

вания его от смежных технологических блоков.

Опасности турбокомпрессоров пирогаза, этилена и пропиле-

на обусловлены склонностью непредельных углеводородов к

экзотермической реакции полимеризации и возможностью их

перегрева и забивки полимерами.

Адсорбционный и десорбционный блок (XIX) осушки угле-

водородной фракции Сз характеризуется значительным энерго-

запасом и опасностью возникновения взрывных процессов по

модели парового облака и внутренних взрывных явлений при

отклонениях от заданных режимов. Особая опасность блока

осушки обусловлена циклическим переменным режимом его

работы. Подобные технологические блоки должны быть полно-

стью автоматизированы для исключения ошибочных действий

персонала при изменениях режима работы.

Технологические блоки, в которых протекают собственно

реакционные процессы (III, VI, XII, XVIII), характеризуются

26»

403

щенные углеводороды). Это свело бы к минимуму энергозапа-

сы самих холодильных агрегатов.

Поблочный анализ физико-химических и взрывоопасных

свойств веществ позволяет выявить и характер возможных

опасностей. Так, в блоках /, II, XXIV, XXV, в которых основ-

ным компонентом является бензин, можно ожидать взрывных

процессов по модели парового облака и пожаров. В результате

пиролиза бензина образуется сложная смесь углеводородов, в

том числе непредельные углеводороды, склонные в определен-

ных условиях к экзотермическим процессам полимеризации и

другим опасным превращениям. Технологические блоки III—

VII (сложные пирогазовые смеси), IX—XVI, XIX (этилен),

XVII—XXII, XXX (пропилен) следует считать опасными, по-

скольку в них возможны внутренние взрывные процессы без

внешних источников энергии. Наличие водорода и метана в

блоках VIII—X предопределяет возможность надземных взры-

вов. Вместе с тем водород, этилен и другие непредельные

углеводороды характеризуются низкими энергиями воспламене-

ния, большими скоростями распространения пламени, что пре-

допределяет возможность детонационного режима взрывных

процессов.

В состав технологических блоков входят насосы по перекач-

ке жидкостей, компрессоры, теплообменная аппаратура поверх-

ностного типа, тепломассообменные колонны, конденсаторы,

сепараторы, емкости. Наибольшие запасы энергоносителей ха-

рактерны для колонной тепломассообменной аппаратуры, емко-

стных сепараторов и другой емкостной аппаратуры. В большин-

стве случаев объемы и соответственно энергозапасы в них во

многих случаях завышены. Как уже отмечалось, единичные

объемы емкостей тепломассообменной аппаратуры могут и

должны быть снижены на основе повышения эффективности

процессов тепломассообмена, сепарации и т. д. Кроме того,

возможно внутриблочное более мелкое секционирование аппа-

ратуры, способствующее снижению энергии возможного взрыва

и вероятности возникновения аварийных ситуаций. Например,

жидкостные насосы, являющиеся характерными источниками

нарушения герметичности технологических систем, могут рас-

сматриваться как самостоятельные внутриблочные элементы и

должны оснащаться быстродействующими средствами их лока-

лизации от аппаратуры с большими энергозапасами.

На всех технологических блоках установки олефинов следу-

ет применять герметичные бессальниковые насосы или насосы

с торцовыми уплотнениями повышенной надежности с гаранти-

рованным сроком безотказной работы. Насосы должны отклю-

чаться автоматически ил» дистанционно по приемной и нагне-

тательной линиям, если по месту их расположения в общей

схеме из них возможна утечка горючих жидкостей. Технологи-

ческие блоки существенно различаются по температурам мате-

риальных потоков; от 800°С на блоке пиролиза бензина до

397

ветствующих катализаторов с избирательными свойствами пре-

дельные углеводороды могли быть превращены в непредельные

по более простой схеме, однако приходится прибегать к про-

цессам пиролиза бензина с получением сложных смесей, выде-

лением целевых продуктов и т. д.

Из типовых процессов следует обращать внимание на теп-

ло- и тепломассообменные (блоки IV, VIII, IX, XI—XIV, XVII,

XX—XXIII и др.), процессы адсорбции й десорбции (блоки

VII, XIX), химические реакции (блоки VI, XII, XVI//, XXV).

Эти процессы и включающие их технологические блоки следует

рассматривать раздельно с точки зрения надежности выполняе-

мых ими функций с учетом возможных опасных последствий

при отклонениях от заданных параметров.

При анализе внутриблочных аппаратуры и оборудования по

типичным (известным) опасностям определяют возможные мо-

дели возникновения и развития аварийных ситуаций на каждом

блоке. При этом прежде всего оценивают энергозапасы каждо-

го блока. Из приведенной таблицы видно, что наибольшими

энергозапасами и соответственно разрушающей способностью

характеризуются развязочное хранилище жидкого этилена, бло-

ки компримирования пирогаза, разделения смесей тепломассо-

обменными методами, этиленовый и пропиленовый холодильные

циклы. Отметим, что в ряде случаев большие запасы энерго-

носителей не обосновывались техноло{"ической неизбежностью.

Так, на бензохранилище расположено 4 резервуара прямогон-

ного бензина объемом 1000 м

каждый и 6 резервуаров по

200 м

гидростабилизированного бензина, что составляет мно-

госуточный запас при достаточно надежной стационарной тру-

бопроводной связи с НПЗ. Вместимость хранилища жидкого

этилена, как уже было сказано, соответствует 6—8-часовой

производительности установки олефинов, однако достаточно

убедительных оснований в необходимости такого промежуточ-

ного хранилища этилена нет.

Сбалансированная ритмичная работа блоков может дости-

гаться изменением их производительности, что достижимо при

двухлинейной схеме. Альтернативным решением может быть

внедрение менее сложных технологий переработки этилена в

более безопасные продукты, такие как сополимеры и др.

Технологические линии получения олефинов могут быть лег-

коуправляемыми по производительности при параллельном рас-

положении нескольких тепломассообменных колонных аппара-

тов в системе разделения. Это позволяет также существенно сни-

зить энергетические потенциалы большинства технологических

блоков тепломассообмена. Низкотемпературное разделение

смесей тоже существенно снижает энергетические потенциалы

большинства технологических блоков. Они могут быть значи-

тельно снижены при замене таких хладоносителей, как этилен,

пропилен, на инертные вещества (например, фтор и хлорзаме-

26—1006

401

Рис. 10.33. План-схема

расположения техно-

логических блоков ли-

нии производства оле-

финов и возможных

уровней воздействия

ударных волн при

авариях

Продолжение табл. 10.2

XVI XVII

XVIII

XIX

XXI

XXII

XXIII XXIV

XXV

XXVI

XXVII

Показатели

этилен

пропи-

лен

пропи-

лен

пропи-

лен

пропи-

леи

пропи-

лен

пропи-

лен

углеводо-

роды С

бензин бензин бензин

углеводо-

роды С*

Энергетический потенциал X 10', кДж

309,21 47,84

1,48

3,70

15,47

65,49 48,26

11,70

4,27 21,94

9,05

8,55

Приведенная масса, т

67,22 10,40

0,32

0,81 3,36 14,24

10,50

2,54

0,93

4,77

1,98

1,86

Тротиловый эквивалент, т

30,41

4,704

0,146

0,364

1,521

6,440

4,745

1,145 0,420

2,157

0,890

0,841

Уровни разрушения от первичных взры-

вов, м:

/?» 31,2

15,74

1,88

3,40

8,69

18,6 15,8 7.3

3,8

10,66

6,2

6,0

Я1

118,6

60,0

7,2 13,1 33,0

71,0

60,0

27,7

14,4

40,5

23,6

,22,8

К*

175,0

88,0

10,5

19,4 48,6

104,0

88,5

41,0

21,3

60,0

35,0

33,6

Я,

300

151,0

18,0 33,2

83,4

179,0

152,0

70,0

36,5

102,0

60,0

57,6

82,5

440 58,6 97,0

243

520,0

442,0

205

106,0 300

175

168

Кь

1750

880 105,0 194

486 1040

885,0

410

213,0

600

350

336

Возможные модели первичного взрыва:

в закрытой системе

+ +

—

— —

—

в форме парового облака + +

+ +