Анализ индивидуального риска событий узла пиролиза этановой фракции

БОЛЬШАЯ ЛЕНИНГРАДСКАЯ БИБЛИОТЕКА - РЕФЕРАТЫ - Анализ индивидуального риска событий узла пиролиза этановой фракции

Анализ индивидуального риска событий узла пиролиза этановой фракции

1.                Описание анализируемого опасного производственного объекта

1.1           Характеристика процесса

Процесс пиролиза (высокотемпературного распада) этановой фракции осуществляется в четырехпоточных трубчатых радиантно-конвекционных печах и предназначен для получения пирогаза, который дальше поступает на газоразделение и из которого в конечном счете выделяется этилен – основное сырье для тяжелого органического синтеза.

Данный процесс является взрыво- и пожароопасным. Взрыво- и пожароопасность связана с применением легко воспламеняющихся и взрывоопасных газов и жидкостей, образующих с воздухом взрывоопасные смеси. Кроме того при содержании газов и паров жидкостей в воздухе выше предельно-допустимых норм они оказывают вредное воздействие на организм человека и могут вызвать отравление. Также в цехе имеются различные по назначению и конструкции аппараты, работающие под большим давлением и высокой температурой

В связи с этим все оборудование, участвующее в технологическом процессе, представляет опасность и оценивается по показателям риска.

Оценка степени риска рассматриваемого объекта включает прогноз частоты аварийных ситуаций на узле пиролиза и оценку возможных потерь газа.

По полученным показателям риска планируются мероприятия по улучшению технологического состояния, обслуживания, диагностики и ремонта проектируемых сооружений анализируемого объекта.

1.2           Классификация объектов по взрывоопасности и санитарной характеристике

Согласно НПБ 107-97 по пожарной опасности установка относится к категории Ан, поскольку в ней перерабатываются горючие газы с температурой вспышки менее 28 оС.

Класс взрывоопасной зоны по ПУЭ-98 – ВI-г (пространства у наружных технологических установок, содержащих горючие газы или ЛВЖ).

1.3           Основные физико-химические, токсические, взрывоопасные свойства веществ, обращающихся в технологическом процессе

Таблица 1.1 – Компонентный состав сырья – этановой фракции

Таблица 1.2 – Компонентный состав пирогаза

1.4 Технологическая схема работы узла пиролиза этановой фракции

Процесс пиролиза этановой фракции осуществляется в четырехпоточных печах, укомплектованных акустическими горелками типа АГГ с вертикальными радиантными змеевиками.

Этановая фракция с температурой окружающей среды и давлением 10-20 кгс/см2 поступает по трубопроводу диаметром 200 мм в подогреватель Т-1а, где подогревается до температуры не более 80ºC водяным паром 7,0 кгс/см2 конденсат пара после которого поступает в деаэраторную колонну К-3.

Этановая фракция, выходящая из аппарата Т-1а дросселируется через регулирующий клапан поз.1017 до (6,5-8,5) кгс/см2 поступает в аппараты К-1, где происходит отделение механических примесей и жидких продуктов от этана.

Далее этан и этан-сырье поступает четырьмя потоками в змеевики предварительного нагрева конвекционной части, состоящие из 3-х труб каждый, где нагревается до температуры ~ 209°C. Для уменьшения коксообразования и снижения парциального давления углеводородных паров в змеевик конвекционной части, после секций предварительного нагрева этановой фракции, подается пар разбавления в количестве (30-40)% от подаваемого этана с температурой ~ 195°C и давлением 7,0 кгс/см2.

Таблица 1.3 - Основные физико-химические, токсические, взрывоопасные свойства веществ, обращающихся в технологическом процессе

Газообразная смесь пара и этана с температурой ~ 203°C нагревается в (5-10)-м рядах четырехпоточного горизонтального змеевика конвекционной секции и с температурой ~ 639°C поступает в вертикальный четырехпоточный змеевик секции радиации, где происходит пиролиз этановой фракции при температуре (800-835)°C.

Пирогаз с давлением на выходе из печи 1-1,2 кгс/см2 и с температурой до 835°C объединяется на печи П-1 из всех потоков в один и поступает в трубное пространство закалочно-испарительного аппарата (ЗИА) первой ступени, а потом в ЗИА второй ступени, расположенных вертикально и конструктивно связанных по межтрубному пространству с сепаратором-паросборником Е-4. В ЗИА в трубном пространстве происходит охлаждение пирогаза до температуры (295-430)ºC с помощью питательной воды подаваемой в межтрубное пространство.

Питательная вода для охлаждения пирогаза в ЗИА подается насосом Н-1 в змеевик предварительного нагрева конвекционной части печей пиролиза, где нагревается от 105ºC до 182ºC.

Далее питательная вода из печи П-1 подается через паросборник Е-4 в межтрубное пространство ЗИА.

На печах пиролиза П-1 образовавшийся насыщенный пар 30 кгс/см2 из Е-4 подается в пароперегреватель конвекционной части печей, где нагревается до 240ºC, далее нагретый пар 30 кгс/см2 (3,0 МПа) подается двумя потоками в коллектор пара 30 кгс/см2 (3,0 МПа) цеха.

С целью удаления солей и других отложений схемой предусмотрены периодическая продувка с закалочно-испарительных аппаратов Т-2 и непрерывная продувка с паросборников Е-4.

В качестве топливного газа для печей используется метано-водородная фракция, поступающая из цехов газоразделения. При необходимости топливная сеть общества подпитывается этаном или природным газом, поступающим из ГРС-2 через ГРП.

2                   Исходные данные для анализа риска

пиролиз этановая фракция риск

При анализе риска аварий на анализируемом объекте использовались:

·        Краткое описание технологической схемы работы узла пиролиза этановой фракции, см. раздел 1.4;

·        Перечень основного технологического оборудования и количество опасного вещества, содержащегося в нем, см. таблицу 1.4.

Основные причины разрушения технологического оборудования

Основные причины аварий на напорных нефтепроводах

Перечень основного технологического оборудования и условия содержания в нем опасного вещества

КАТЕГОРИРОВАНИЕ НАРУЖНОЙ УСТАНОВКИ ПО ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ

Определение категорий наружных установок следует осуществлять путем последовательной проверки их принадлежности к категориям от высшей (Ан) к низшей (Дн), таким образом наружная установка гидроочистки керосиновой фракции относится к категории Ан.

Категория наружной установки

МЕТОДЫ РАСЧЕТА ЗНАЧЕНИЙ КРИТЕРИЕВ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ НАРУЖНЫХ УСТАНОВОК

Выбор и обоснование расчетного варианта

В качестве расчетного следует выбирать наиболее неблагоприятный вариант аварии или период нормальной работы аппаратов, при котором в образовании горючих газопаровоздушных смесей участвует наибольшее количество газов и паров.

Количество поступивших веществ, которые могут образовывать горючие газовоздушные или паровоздушные смеси, определили, исходя из следующих предпосылок:

а) происходит расчетная авария одного из аппаратов;

Расчетное время отключения трубопроводов - 300 с при ручном отключении.

б) все содержимое аппарата поступает в окружающее пространство;

в) длительность испарения жидкости принимается равной времени ее полного испарения, но не более 3600 с.

2.1 Расчет избыточного давления и импульса волны давления при сгорании смесей горючих газов и паров с воздухом в открытом пространстве

Масса газа m, кг, поступившего в окружающее пространство при расчетной аварии, определяется по формуле

m = (Va +Vт)·pг,

где Va - объем газа, вышедшего из аппарата, м3; Vт - объем газа вышедшего из трубопровода, м3; pг - плотность газа, кг×м-3.

где М — молярная масса, 21,8 кг/кмоль;

v0 — мольный объем, равный 22,413 м3/кмоль;

tр — расчетная температура, 800 °С.

При этом

для печи Va= Р1·V = 0,31∙45,8 = 14,2

для ЗИА Va= 0,2·2,6 = 0,52

для пенного аппарата Va = 0,1·185 = 18,5

для циклонного промывателя Va = 0,1·64 = 6,4

где Р1 - давление в аппарате, МПа; V -объем аппарата, м3;

Vт=V1т+V2т, м3

где V1т - объем газа, вышедшего из трубопровода до его отключения, м3;

V2т - объем газа, вышедшего из трубопровода после его отключения, м3;

V1т = q× Т=3,4∙10-3∙300=1,02

где q - расход газа, определяемый в соответствии с технологическим регламентом в зависимости от давления в трубопроводе, его диаметра, температуры газовой среды и т.д., 3,4∙10-3 м3×с-1; Т - 300 с при ручном отключении;

V2т=π∙Р2∙r2∙L, м3

для печи V2т = 3,14·0,5·0,142·50 = 1,54

для ЗИА V2т = 3,14·0,3·0,142·50 = 0,92

для пенного аппарата V2т = 3,14·0,2·0,142·50 = 0,62

для циклонного промывателя V2т = 3,14·0,2·0,142·50 = 0,62

где Р2 - максимальное давление в трубопроводе по технологическому регламенту, кПа; r - внутренний радиус трубопроводов, м; L - длина трубопроводов от аварийного аппарата до задвижек, м.

для печи Vт= 1,02+1,54 = 2,56 м3

для ЗИА Vт= 1,02+0,92 = 1,94 м3

для пенного аппарата Vт= 1,02+0,62 = 1,64 м3

для циклонного промывателя Vт= 1,02+0,62 = 1,64 м3

для печи m = (14,2+2,56)∙0,247 = 4,14 кг

для ЗИА т = (0,52+1,94)·0,247 = 0,61 кг

для пенного аппарата т = (18,5+1,64)·0,247 = 4,97 кг

для циклонного промывателя т = (6,4+1,64)·0,247 = 1,99 кг

2.2 Расчет избыточного давления и импульса волны давления при сгорании горючих газов и паров с воздухом в открытом пространстве

Величину избыточного давления DР, кПа, развиваемого при сгорании газопаровоздушных смесей, определяют по формуле

DР=Р0 ×(0,8mпр0,33/r+3mпр0,66/r 2+5mпр/r 3),

где Р0 - атмосферное давление, (101) кПа ; r- расстояние от геометрического центра газопаровоздушного облака, на расстоянии 500 м; mпр - приведенная масса газа или пара, кг, вычисляется по формуле

mпр=(Qсг/Q0)×m×Z, кг

для печи тпр = (43692/4,52·103)·4,14·0,1 = 4,0

для ЗИА тпр = (43692/4,52·103)·0,61·0,1 = 0,59

для пенного аппарата тпр = (43692/4,52·103)·4,97·0,1 = 4,8

для циклонного промывателя тпр = (43692/4,52·103)·1,99·0,1 = 1,92

где Qсг - удельная теплота сгорания газа или пара, Дж×кг-1; Z- коэффициент участия горючих газов и паров в горении, который допускается принимать равным 0,1; Q0 - константа, равная 4,52×106 Дж×кг-1; m - масса горючих газов и (или) паров, поступивших в результате аварии в окружающее пространство, кг.

для печи DР=101×(0,8×4,00,33/500+3 ×4,00,66/5002+5×4,0/5003) = 0,26 кПа

для ЗИА DР = 101 ×(0,8 ×0,590,33/500+3 ×0,590,66/5002+5×0,59/5003) = 0,14 кПа

для пенного аппарата DР = 101 ×(0,8 ×4,80,33/500+3 ×4,80,66/5002+5×4,8/5003) = 0,27 кПа

для циклонного промывателя DР = 101 ×(0,8 ×1,920,33/500+3×1,920,66/5002+5×1,92/5003) = 0,20 кПа

Величину импульса волны давления i, вычисляют по формуле

i =123×mпр0,66/r, Па·с

для печи i = 123×4,00,66/500 = 0,61 Па×с

для ЗИА i = 123×0,590,66/500 = 0,17 Па×с

для пенного аппарата i = 123×4,80,66/500 = 0,69 Па×с

для циклонного промывателя i = 123×1,920,66/500 = 0,38 Па×с

2.3 Метод расчета интенсивности теплового излучения

Интенсивность теплового излучения рассчитывают для двух случаев пожара:

- пожар проливов ЛВЖ, ГЖ или горение твердых горючих материалов;

- “огненный шар” - крупномасштабное диффузионное горение, реализуемое при разрыве резервуара с горючей жидкостью или газом под давлением с воспламенением содержимого резервуара.

Так как, в качестве расчетного следует выбирать наиболее неблагоприятный вариант аварии, рассчитаем “огненный шар”.

Интенсивность теплового излучения q, кВт×м-2, для пожара пролива жидкости или при горении твердых материалов вычисляют по формуле

q = Еf ·Fq×t,

Допускается принимать Еf равным 40 кВт×м-2.

Значение Fq вычисляют по формуле

где Н - высота центра “огненного шара”, м; Ds - эффективный диаметр “огненного шара”, м; r - расстояние от облучаемого объекта до точки на поверхности земли непосредственно под центром “огненного шара”, 500 м.

Эффективный диаметр “огненного шара” Ds определяют по формуле

Ds=5,33m0,327, м

где m - масса горючего вещества, кг

для печи Ds =5,33∙4,00,327 = 8,39 м

для ЗИА Ds =5,33∙0,590,327 = 4,49 м

для пенного аппарата Ds =5,33∙4,80,327 = 8,90 м

для циклонного промывателя Ds =5,33∙1,920,327 = 6,60 м

Допускается принимать величину Н равной Ds/2, м.

для печи Fq=1.81*10-6

для ЗИА Fq=1.81*10-7

для пенного аппарата Fq=1.41*10-6

для циклонного промывателя Fq=5.75*10-7

Время существования “огненного шара” ts , с, определяют по формуле

ts=0,92m0,303=0,92∙4,00,303=1,4

Коэффициент пропускания атмосферы t рассчитывают по формуле

для печи =0.707

для ЗИА =0.706

для пенного аппарата =0.707

для циклонного промывателя =0.706

Интенсивность теплового излучения q, кВт×м-2

для печи q = 40∙1.81*10-6×0,707 = 5.12*10-5 кВт×м-2

для ЗИА q = 40∙1.81*10-7×0,706 = 5.11*10-6 кВт×м-2

для пенного аппарата q = 40∙1.41*10-7×0,707 = 3.99*10-6 кВт×м-2

для циклонного промывателя q=40∙5.75*10-7×0.706=1.62*10-5 кВт×м-2

2.4 Оценка индивидуального риска

Настоящий метод предназначен для расчета величины индивидуального риска (далее по тексту - риска) на наружных установках при возникновении таких поражающих факторов, как избыточное давление, развиваемое при сгорании газо-, паро- или пылевоздушных смесей, и тепловое излучение при сгорании веществ и материалов.

Величину индивидуального риска  при сгорании газо-, паро- или пылевоздушных смесей рассчитывают по формуле

,

В формуле допускается учитывать только одну наиболее неблагоприятную аварию, величина  для которой принимается равной годовой частоте возникновения пожара на наружной установке по нормативным документам, утвержденным в установленном порядке, 1/год, а значение  - условная вероятность поражения человека, находящегося на заданном расстоянии от наружной установки, избыточным давлением при реализации.

1 Условную вероятность  поражения человека избыточным давлением при сгорании газо-, паро- или пылевоздушных смесей на расстоянии  от эпицентра определяют следующим образом:

Исходя из значений  и , вычисляют величину "пробит"-функции  по формуле

для печиV=3,595*1040

для ЗИА V=6,517*1042

для пенного аппаратаV=2,619*1040

для циклонного промывателяV=3,257*1041

где  - избыточное давление, Па;  - импульс волны давления, Па·с.

для реактора = 5 – 0,26*ln(3,595*1040) = -19,28

для сепаратора = 5 – 0,26*ln(6,517*1042) = -20,632

для печи = 5 – 0,26*ln(2,619*1040) = -19,197

для колонны = 5 – 0,26*ln(3,257*1041) = -19,853

С помощью таблицы 3 определяют условную вероятность поражения человека. Например, при значении =3,45 значение = 6%=0,06, а при =8,09 значение =99,9% =0,999.

Таблица 3 - Значения условной вероятности поражения человека в зависимости от величины  

Индивидуальный риск  = 0

Размещено на