Xreferat.com » Рефераты по технологии » Пожарная опасность трубчатых печей

Пожарная опасность трубчатых печей

НЕФТЯНАЯ КОМПАНИЯ "СИДАНКО"

Открытое акционерное общество "УДМУРТНЕФТЬ"

ОТРЯД ВЕДОМСТВЕННОЙ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ

ПОЖАРНОЙ ОХРАНЫ



Пожарная опасность

трубчатых печей



Ижевск- 2001г


УТВЕРЖДАЮ

Генеральный директор

ОАО "Удмуртнефть"

____________Е.И.Богомольный

« __ » декабря 2001г





Справочно-методическое пособие

« Пожарная опасность трубчатых печей »

( типа ПТБ-10, ПТБ-1 ОМ, ПТБ-1 ОА, БТП-10, ПТБ-5-40, ПТБ-5-40А, ППН-3 и пр.)



Настоящее справочно-методическое пособие разработали:


Начальник Отряда ведомственной

профессиональной пожарной охраны

(ОВППО) ОАО "Удмуртнефть" А.С. Измайлов


Оперативный дежурный ОВППО С. В. Пилин


Инструктор по противопожарной профилактике

ВПК№2 по охране Киенгопского месторождения нефти А.Б. Зезянов


Согласовано:

Председатель профсоюзного комитета

Отряда ВППО ОАО "Удмуртнефть" А.Ф.Набоков


Рецензент: Главный технолог-зам.начальника

отдела по производству подготовки и

реализации нефти (ОПП и РН) ОАО «Удмуртнефть» И.Н.Усанов


Настоящее Справочно-методическое пособие не может быть полностью или частично воспроизведено, тиражировано без разрешения ОАО "Удмуртнефть" .

 При перепечатке материалов из Справочно-методического пособия «Пожарная опасность трубчатых печей» ссылка на Отряд ВППО ОАО "Удмуртнефть" обязательна.

© Отряд ВППО ОАО "Удмуртнефть"

® №01 / 770 от 23.11.01г


Ижевск- 2001г

Аннотация


В пособии приведены основные сведения о назначении , устройстве трубчатых

печей, в том числе «ПТБ-5», «ПТБ-10» и «ПП-1,6». Отмечены причины взрывов и

пожаров при эксплуатации печей, приведены примеры пожаров и аварийных ситуа-

ций в ОАО «Удмуртнефть».

Рассмотрены вопросы паро- и азотного пожаротушения печей и продувки инертным газом технологического оборудования. Даны извлечения из Правил пожарной безопасности в нефтяной промышленности (ППБО-85). Указаны физико-химические свойства и показатели пожаровзрывоопасности нефтей.

Пособие предназначено для работников пожарной охра­ны, может быть полезно

инженерно-техническим работникам на ППН и студентам нефтяного факультета УдГУ.

Пожарная опасность трубчатых печей

I. Назначение, устройство и работа трубчатых печей

Нагревание горючих жидкостей до высоких температур наи­более часто производится в непрерывно действующих печах труб­чатого типа, например «ПТБ-5», «ПТБ-10» ( печь трубчатая блочная), блочных огневых нагревателях или установках с огневым подогревом, аналогичных «ПП-1,6» ( путевой подогреватель).

Трубчатые печи применяются при перегонке нефти и мазута, производстве высокооктановых бензинов, при всех видах кре­кинга, гидрогенизации жидких и твердых топлив, дегидрогени­зации, разгонке каменноугольных смол, масел и других высоко­кипящих жидкостей.

Теплообменная поверхность трубчатых печей имеет вид не­прерывного трубчатого змеевика, по которому движется нагреваемая жидкость ( у нас- нефть).

Все трубчатые печи, где бы они ни применялись, имеют прин­ципиально одинаковое устройство. По внешнему виду трубчатая печь представляет собой небольшой домик.

Стены печей — каркасные. Металлический каркас воспри­нимает нагрузку от основных элементов печи — свода, труб, ар­матуры, заполнения и пр. Внутренний слой стен выкладывает­ся из огнеупорного шамотного кирпича, средний слой из теп­лоизоляционного кирпича или негорючего теплоизоляционного материала, а наружный слой из красного кирпича. Свод печи устраивается из огнеупорного подвесного кирпича. Отдель­ные кирпичи свода при помощи подвесок крепятся к каркасу.

Возможны совершенно иные способы теплоизоляции, например, как в печи «ПТБ-10»: вместо шамотного кирпича используется «сендвич», состоящий из листов жаропрочной стали и заключенного между ними слоя до 80-150мм минерало- ватного теп­лоизоляционного наполнителя.

Внутренний объем печи разделяется горизонтальной или верти­кальной стенкой на две неравные части, из которых одна- большая- является топочным пространством и называется ка­мерой радиации, а другая- меньшая - называется камерой конвекции. В камере радиации монтируются топливные фор­сунки . Количество форсунок зависит от мощности печи и мо­жет быть от 4 до 16 и более.

Некоторые виды печей могут иметь два вида форсунок- жидкостные и газовые. Обычно одна половина фор­сунок работает на жидком топливе, питаясь от общей топливной магистрали, а вторая половина- на газообразном топливе. Воз­дух, необходимый для сжигания топлива, подается в подогре­том состоянии по воздушным коробам .На месторождениях ОАО «Удмуртнефть» эксплуатируются печи на газообразном топливе.

Современные печи типа «ПТБ-5», «ПТБ-10» достаточно надежны в работе, имеют до семи степеней защиты, аппаратуру контролирующую изменение параметров по давлению (Ратм) в трубопроводе – при поступлении нефтепродукта в печь и при выходе из нее; по температуре (tC) нефтепродукта при поступлении в печь и при выходе из нее; по температуре (tC) в радиантной и конвекционной камерах и пр. Обрыв пламени у форсунок контролируется датчиками с фотоэлементами по инфракрасному излучению пламени. При этом повторное зажигание погасших форсунок возможно будет только после продувки камерного пространства.

В радиантной и конвекционной камерах размещены трубы теплообменной поверхности.

Трубопроводы, расположенные в радиантной камере, назы­ваются радиант-ными секциями или экранами (например, потолочный экран , боковые экраны ). Обогрев этих трубопроводов происходит главным образом за счет теплового излучения, т. е. радиации факелов пламени и раскаленных продуктов сгорания, а потому камера и носит название радиантной.

Трубопроводы , расположенные в конвекционной камере, называются конвекционными трубами. В обогреве этих труб су­щественную роль играет теплопередача от дымовых продуктов путем конвекции (отсюда и название камеры).

Основную, тепловую нагрузку в трубчатых печах восприни­мают радиантные секции, конвекционные же трубы восприни­мают значительно меньше тепла. Для увеличения количества тепла, воспринимаемого конвекционными трубами, их распола­гают очень близко друг к другу и заполняют ими весь объем камеры. Это повышает скорость движения и турбулентность ды­мовых продуктов.

Все трубы конвекционной и радиантной секций последова­тельно соединяются в один непрерывный змеевик . Ди­аметры применяемых труб колеблются в пределах от 76 до 159 мм, а общая длина змеевика в некоторых типах печей, например «ПТБ-10» доходит до 200-250м .

Трубы секций соединены последовательно фасонными отливками- так называемыми двойниками или ретурбендами, вынесенными в специальные короба . Двойники поз­воляют не только соединять концы двух соседних труб, но и производить очистку их внутренних поверхностей, а также за­менять поврежденные трубы новыми, не нарушая соседних соединений. Двойники могут иметь различное устройство.

Корпус двойника имеет четыре отверстия. В два нижних отверстия ввальцовываются концы труб змеевика. Два проти­воположных отверстия конической формы плотно закрываются пробками и прижимаются болтом и распорной гайкой .

Жидкое и газообразное топливо, подводимое к форсункам, сгорает в камере радиации, выделяя большое количество тепла. Из радиантной камеры дымовые продукты поступают в конвек­ционную камеру, а затем в боров и дымовую трубу. В зависи­мости от назначения печи температура в зоне сгорания топлива может доходить до 750-1400° С. Температура дымовых продуктов при выходе из радиантной камеры колеблется около 800—900° С, а при выходе из конвекционной камеры в боров она примерно на 150—200° выше температуры поступающего в печь сырья.

Очень часто тепло отходящих дымовых продуктов используют для подогрева воздуха, подаваемого в печь. Жидкость, подлежащая нагреву, специальными насосами по­дается в трубы конвекционной камеры и, проходя последователь­но все трубы, нагревается до заданной температуры.

Температурные режимы нагрева продукта и его давление в змеевиках зависят исключительно от назначения печи и меня­ются в весьма широких пределах:

  • при подогреве нефтей в печах типа «ПТБ-10» на УПН температура продукта при вы­ходе из печи достигает 60- 70°С , а давление в трубах (на входе)— 15-16 атм;

  • при прямой гонке нефтей температура продукта при вы­ходе из печи достигает 330—370°С , а давление в трубах (на входе)— 15 атм;

  • при крекинг-процессах температура подогрева продукта может быть более 500° С, а давление – 50- 70 атм;

  • при гидрогенизации сланцевой смолы температура сырья по­вышается до 460° С, а давление достигает 310 атм;


Работа трубчатых печей характеризуется постоянной циркуляцией по змеевикам значительного количества горючей жидко­сти, нагреваемой до высокой температуры (очень часто выше температуры самовоспламенения нефти , которая находится в пределах от 250 до 320°С) и находящейся под большим внутренним давлением, а также наличием в топочном простран­стве источников открытого огня.

Одновременно в змеевиках трубчатой печи (в зависимости от ее типа) может находиться до 3- 15т горючей жидкости. Так как продукт в трубах находится под большим давлением и при высокой температуре, каждая его утечка может привести к серьезному пожару, получению ожогов обслуживающим персоналом.

При выходе наружу из печи продукт сразу же воспламе­нится, если его температура превышает температуру самовос­пламенения. В противном случае продукт может интенсивно испаряться и воспламенится после того, как пары его будут за­тянуты в топочное пространство. Растекаясь по площадке и по­падая в траншеи и канализацию, горящий продукт приводит к распространению огня на соседние аппараты и даже на сосед­ние установки.

Попадая из змеевиков внутрь печи, продукт вызывает интен­сивное горение, которое может привести к деформации труб змеевика, обрушению стен и свода, повреждению дымовых ка­налов и дымовой трубы. В этом случае огонь и дым будут вы­биваться из всех отверстий наружу и перегревать каркас, вызывая его деформацию. Убытки от повреждения при пожаре могут быть большими, так как сама печь является достаточно дорогостоящим со­оружением.

При эксплуатации трубчатых печей, так же как и всех других печей, возможны: взрывы в топочном пространстве; пожары в топочном пространстве; пожары вне печи. Рассмотрим более подробно причины их возникновения.


II. Причины взрывов и пожаров в топочном пространстве печей

Причины взрывов в топочном пространстве печей различны. Глав­ным образом взрывы в топочном пространстве трубчатых печей могут происходить при розжиге форсунок и по тем причинам, ко­торые рассмотрены выше.

Взрывы при работе печи вследствие обрыва факелов пламе­ни мало вероятны, т.к. имеется на печах многоступенчатая система автоматики, исключающая самопроизвольную подачу газа после обрыва факелов пламени. Трудно предположить одновременное прекращение подачи и жидкого и газообразного топлива. Так же мало вероятно одновременное засорение всех форсунок.

Пожары в топочном пространстве печей возникают чаще всего в резуль­тате прогара или разрыва труб. Повреждение труб змеевика представляет собой одну из наиболее сильных аварий печи.

Змеевики трубчатых печей работают в очень тяжелых усло­виях. На них одновременно и постоянно воздействуют высокие температуры и большие внутренние давления. Кроме того, на­блюдается коррозия материала под действием продукта и дымо­вых газов и происходит механический износ материала непре­рывным потоком жидкости, в которой могут содержаться взве­шенные твердые частицы.

Поэтому к трубам печей предъявля­ют высокие требования в отношении их прочности и стойкости против теплового, химического и механического износов. Приме­нение некачественных труб и нарушение нормального режима работы приводят к быстрому износу металла. Решающее значе­ние при прогаре труб имеет перегрев металла в результате коксоотложений.

Трубопроводы, находящиеся в печи, подвержены неравно­мерному тепловому воздействию. Средняя температура в радиантной камере примерно равна 950—1000° С, а в конвекционной камере — 500—600° С. Следовательно, стенки радиантных труб нагреваются до более высокой температуры, чем стенки конвек­ционных труб.

Высокая температура поверхности трубопровода вызывает термическое разложение прилегающих к ней слоев жидкости. В результате термического разложения образуется твердый по­ристый продукт — кокс, отлагающийся на поверхности трубы. Чем выше температура, тем интенсивнее коксообразование.

Коксообразование в трубах зависит не только от температур­ного режима работы, но и от скорости движения продукта по трубам. Как известно, при турбулентном режи­ме скорость движения частичек жидкости по трубе неодинакова. Частички жидкости, прилегающие к стенкам труб, движутся во много раз медленнее, чем частички, находящиеся в среднем сечении. Толщина пограничного слоя зависит от со­стояния поверхности трубы и средней скорости движения жид­кости. Чем шероховатее поверхность трубы и чем меньше ско­рость движения жидкости, тем больше толщина почти непод­вижного пограничного слоя. Этот слой подвергается интенсивно­му перегреву и термическому разложению с коксообразованием.

Скорость движения жидкости в трубах может снизиться в результате:

  • уменьшения производительности насосов (снижение числа оборотов,

неисправность) или их остановки;

  • неисправности редукционного клапана за печью или его закоксовывания;

  • работы «на себя» центробежных насосов;

  • аварии подводящих трубопроводов.

Особенно опасно полное прекращение циркуляции продукта, так как при этом трубы быстро закоксовываются и выходят из строя. Процесс закоксовывания пусть медленнее, но протекает даже при нормаль­ных режимах работы.

Поэтому нарушение сроков очистки труб от кокса может привести к их прогару. Об интенсивном закоксовывании труб можно судить по сле­дующим признакам:

  • повышению температуры топочных газов на перевале печи при том же количестве сжигаемого топлива. Это происходит по­тому, что кокс, отлагаясь на трубах, уменьшает коэффициент теплопередачи от дыма к продукту. В результате уменьшается количество передаваемого жидкости тепла, и дымовые продукты уходят в боров более нагретыми;

  • повышению давления у питающих насосов при нормальном давлении на выходе из печи или уменьшению давления на вы­ходе из печи при нормальном давлении у питающих насосов. Это объясняется тем, что сопротивление труб увеличивается в ре­зультате уменьшения их сечения.

При достаточном опыте признаки прогара можно также определить визуально. Нужно отметить, что разрыв труб вызывается не только прогаром, но и другими причинами.

Сильный химический или механический износ материала труб может привести к их разрыву даже при нормальном дав­лении итем более это возможно при повышенных давлениях.

Причиной усиленной коррозии металла с внешней стороны труб (со стороны топочного пространства) является нарушение нормального режима топки, т. е. работа с повышенным коэффи­циентом избытка воздуха, с избытком топлива или работа на повышенных температурных режимах против нормального. Естественно, что в большей степени этому виду износа подвержены центральные части радиантных труб.

Усиленную коррозию металла с внутренней стороны труб, т. е. со стороны продукта, вызывает наличие в нагреваемой жид­кости повышенного количества вредных химических примесей.

Например, нефть или каменноугольная смола не обладают коррозийными свойствами по отношению к стали, но они могут содержать значительное количество примесей в виде различно­го рода сернистых соединений (H2S; FeS), свободной серы (S), хлористых со­лей и т. п., которые при определенных условиях сильно изнаши­вают металл.

Примечание: Обьемная доля содержания сероводорода в газовой фазе (над поверхностью жидкости) на УПН, ДНС-15,27,36 Гремихинского месторождения по данным института УдмуртНИПИнефть составляет 2-2,5%, на других месторождениях - не превышает 1%. Обьемная доля содержания растворенного сероводорода в нефтепродукте по всем месторождениям в Удмуртии до- 0,02% [ 5 ].

При гидролитическом разложении хлористых солей кальция и магния (СаСl2; МgСl2) образуется соляная кислота, которая, взаимодействуя со стенками аппарата, дает хлористое железо (FеСl3). При гидролитическом разложении сернистых солей об­разуется сероводородная кислота (HS), которая, взаимодейст­вуя со стенками аппарата, превращается в сульфиды железа (FeS и FeS 2).

Наиболее сильный химический износ, как показывает опыт, наблюдается по концам труб на протяжении примерно 1 м от двойников. Поверхности труб на этих участках очищаются от образующегося налета окислов вихревыми потоками продукта, что и способствует лучшему взаимодействию коррозирующих агентов с металлом.

Иногда трубы змеевика, не вызывающие опасности по на­ружному виду, становятся причиной аварии вследствие внут­ренних дефектов металла или механического износа внутренней поверхности стенок.

Так же как химическая коррозия, механическое истирание наиболее сильно сказывается на концах труб, т. е. в местах из­менения направления скоростей. Совместное действие коррозии и эррозии может привести к заметному уменьшению толщины стенок труб около двойников.

Внутреннее давление в системе повышается при нарушении нормального режима работы насосов, подаче продукта поршне­выми насосами в ококсованные змеевики, неисправности редук­ционного клапана и т. п.

Особенно опасно для труб резкое изменение давления. По­вреждение труб может быть небольшим в виде свища и весьма значительным в виде разрывов длиной в несколько десятков сантиметров. Естественно, что при этом в топку изливается боль­шое количество горючего продукта и происходит интенсивное горение.

На практике отмечено много случаев повреждения труб из простой стали. Особенно часто встречается прогар труб.

Так, на одном из крекинг-заводов в г.Перми произошел прогар центральной трубы потолочного экрана печи легкого крекинга. Во внутренний объем печи выли­лось при этом около 8 т нефтепродукта. Деформировалось 12 труб потолоч­ного экрана и шесть труб боковых экранов. Огонь угрожал соседним аппаратам и насосной станции. Внутри печи огонь был потушен водяным паром, около печи — пенной и распыленной водой. Печь была остановлена на пять суток.

Внимание! При определении причины пожара нужно иметь в виду, что разрыв в средней части трубы радиантной системы вызывает­ся в основном прогаром, а разрыв на конце трубы — уменьше­нием толщины стенок.

Интенсивное горение внутри топочного пространства, своего рода пожар, возникает также при попадании в печь горючей жидкости через газовые форсунки. При работе газовых форсу­нок, особенно в зимнее время, в газовой линии может образо­ваться значительное количество конденсата, который вместе с газом будет поступать в топку. Попадание жидкости в топку вызывает выброс огня через имеющиеся проемы наружу и резкий скачок температуры в печи, что приводит к частичному ококсовыванию труб.


На УПН Ижевского месторождения нефти 11 мая 2001г в 18 час 40 мин на технологической установке- печи "ПП-1,6" произошел технологический инцидент, который привел к пожару. Из-за розлива нефтепродукта горение распространилось по площади до 13 кв. м. Неисправности технологического оборудования были устранены только 15.05.01г к 18 час 30 мин. Простой оборудования составил четверо суток.

Вероятной причиной инцидента явилась неисправность датчика уровня жидкости (ДУЖ), предназначенного для контроля за уровнем нефтепродукта в установке УПС-3000. Регламентные работы на установке своевременно не проводились и датчик ДУЖ находился в не рабочем состоянии, т.к. поплавок завис на направляющей в результате касания смотровой лестницы.

При переполнении УПС-3000 нефтепродукт попал по газовой линии в газосушитель и далее по линии подачи попутного газа в газовую горелку печи "ПП-1,6", где и воспламенился. Вытекший нефтепродукт в течение часа под контролем дежурного караула ВПК№6 выгорал в камере сгорания печи и на земле. Учитывая длительность горения ,скорость выгорания нефтепродукта и площадь пожара можно сделать вывод , что произошел розлив не менее 1,95 м3 нефтепродукта.


Причины пожаров вне печи


Снаружи трубчатой печи пожа­ры могут возникать:

  • в камерах двойников (ретурбендов);

  • у фор­суночного фронта ;

  • на подводящем или отводящем продуктопроводе при его повреждении.


Причины пожаров в камерах двойников (ретурбендов)


Выход нагреваемой жидкости или ее паров наружу через двойники наблюдается при неплотном прилегании пробки к корпусу двойника, при выбросе пробки, нарушении соединения труб с корпусом двойника и повреждениях кор­пуса.

Наиболее часто пожар возникает при выходе продукта вслед­ствие неплотного прилегания пробки к корпусу. Эта неплотность образуется при слабой затяжке нажимных болтов или недоста­точно тщательной очистке поверхностей от частичек кокса. Че­рез получившуюся щель выходит струйка жидкости или, чаше, пара. Струйка пара рассеивается в окружающее пространство. Когда выходящий продукт нагрет выше температуры самовос­пламенения, он сразу же загорается. Это повреждение несерь­езное и очень часто само ликвидируется, т. е. неплотность посте­пенно сама закоксовывается.

Серьезную аварию представляет выброс пробки или наруше­ние соединений труб с корпусом двойника. Выброс пробки про­исходит в результате срыва резьбы болта или гайки, поломки хвоста гайки или приливов корпуса. Причина этого заключает­ся не только в дефектах металла, но и в перенапряжениях, осо­бенно при попытке ликвидации неплотностей пробки путем под­тяжки болта без снижения давления в трубах.

Концы труб соединяются с корпусом двойника развальцов­кой. При некачественной развальцовке двойник вырывается из труб. Одной из причин выброса пробки и вырыва двойника из труб является работа при повышенном давлении или резкое из­менение давления.

При этих видах аварии наружу под большим давлением вы­брасывается струя горючего продукта. Чаще всего он сразу воспламеняется. Если же продукт сразу не воспламенится, то происходит интенсивное испарение с загазовыванием территории установки. Образовавшееся газовое облако может воспламениться от фор­сунок печи или от других источников, расположенных на пути его движения. Выброшенные с большой силой пробки или двой­ники могут повредить соседние аппараты.

На одном из заводов г. Казани после ремонта трубчатой печи ее стали пускать в действие. Розжиг начали в 6 час утра. К 14 час печь была введена в нужный температурный режим, но работала под давлением в два раза меньше нормального( т.е менее50 атм) . В 15 час 15 мин давление резко повысили до 49 атм. Сразу же после этого произошла авария. Из печи были выброшены на расстояние более 25 м четыре двойника, сорваны три решетки и подвески труб. Одновременно из печи под большим давлением стала выбрасываться жидкость, которая сразу же воспламенилась. Горящая жидкость, разливаясь по территории, охватила огнем расположенные рядом аппараты и сооруже­ния. Несколько человек получили серьезные ожоги. По­жар был полностью ликвидирован только через полтора часа.

Непосредственными причинами вырыва двойников из труб явились боль­шая динамическая нагрузка, вызванная резким повышением давления в си­стеме, и некачественная развальцовка труб в вырванных двойниках.

Корпус двойников работает почти в таких же тяжелых усло­виях, как трубы. При изготовлении двойников из некачественно­го материала или при резких изменениях температур в корпусе могут образоваться трещины. Чаще всего повреждение возника­ет в результате воздействия на корпус атмосферных осадков (снег, дождь, сильный холодный ветер), если коробки двойни­ков не имеют дверец или они неисправны. В первую очередь трещины появляются в перемычке между отверстиями для пробок.

Причины пожаров у форсуночного фронта

Пожары у форсуночного фронта возникают в результате утечки топлива через неплотности фланцевых соеди­нений трубопроводов, сальников вентилей и задвижек, а также при механическом повреждении линий.

Утечка топлива может наблюдаться также при переполнении или неисправности напорных топливных бачков.

Открытый огонь печей, факелы пламени, применяемые для розжига форсунок, искры и раскаленные газы, выходящие через трещины кладки, а также высокая температура поверхности печи и дымоходов нередко вызывают воспламенение излившегося топлива, нагреваемых веществ и сгораемых строительных конструкций.

Причины пожаров на подводящем или отводящем

продуктопроводе при его повреждении


Повреждения трубопроводов, подводящих или отводящих продукт из печи, образуются вследствие различного рода

Похожие рефераты: