Обеспечение пожарной безопасности в системах для хранения нефти

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ В СИСТЕМАХ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ НЕФТИ

О.Н. Кузнецова, преподаватель, к.т.н., ВУНЦ ВВС «Военно-воздушная академия им. профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина», г. Воронеж

Одной из важнейших на сегодняшний день остается проблема обеспечения надежности эксплуатации и безаварийности работы систем хранения нефти. Одной из основных причин возникновения взрывов и пожаров в резервуарах являются наличия пирофорных отложений на их стенках.

Пирофорность, то есть способность материала в мелкодисперсном состоянии к воспламенению на воздухе при отсутствии нагрева, свойственна многим веществам - металлам, их гидридам, сульфидам и пр.

Пирофорные отложения представляют собой смесь продуктов сероводородной коррозии металла, механических примесей, смолистых веществ и других ингредиентов органического происхождения. Активность пирофорных отложений зависит от их состава и места образования, а также температуры окружающей среды. Пористая структура пирофорных отложений и примеси органических веществ способствуют их бурному окислению. Особую опасность представляют пирофорные отложения, насыщенные тяжелыми нефтепродуктами и маслами, так как последние склонны к саморазогреву, способствующему возгоранию пирофорных отложений. Следует отметить, что самовозгорание пирофоров возможно и при низких температурах. Так, известны случаи их самовозгорания при температуре воздуха минус 20 0С. Это объясняется тем, что пирофоры обладают низкой теплопроводностью, и количество теплоты, выделяющееся при первичном медленном окислении, аккумулируется затем во всем объеме отложений, что приводит к их саморазогреву до пожароопасной температуры [1].

В нормативной документации, регламентирующей правила эксплуатации систем хранения нефти, регламентируется только процесс сбора и утилизации пирофорных отложений, но ничего не говорится о мерах по предотвращению возгорания пирофоров. Однако для обеспечения безопасной эксплуатации емкостного оборудования необходимо применять технологии, препятствующие их возгорание.

В статье представлены результаты исследований по снижению пожарной опасности пирофорных материалов, которые образуются после высвобождения технологических емкостей, за счет снижения их химической активности.

Известно, что самовозгорание образующихся сульфидов металлов и вызванные этим пожары и взрывы в технологических аппаратах зависят от скорости притока воздуха. Возможность самопроизвольного протекания химической реакции определяется величиной изобарно-изотермического потенциала АС (энергия Гиббса).

Реакция протекает самопроизвольно, если величина энергии Гиббса имеет отрицательное значение. В противном случае реакция протекает либо при

дополнительном внешнем воздействии, либо при изменении условий реакции.

Изменение энергии Гиббса связано с другими термодинамическими величинами следующей зависимости:

ДС = АН - Т  Д5,

где АН - изменение энтальпии-тепловой эффект реакции, Кдж/моль;

Т - температура, К;

ДБ - изменение энтрапии, Дж/моль-К.

Таким образом, для снижения возможности самопроизвольного возгорания, т.е. максимально увеличить АС необходимо по возможности уменьшить экзотермический тепловой эффект процесса.

Поэтому для снижения химической активности нефтесодержащего пирофорного материала, образующегося после освобождения технологических емкостей от нефти и нефтепродуктов, возможно за счет увеличения температуры среды, при которой наблюдается самовозгорание материала и уменьшения экзотермического теплового эффекта.

Для достижения этого эффекта возможно использовать неорганический пассивирующий агент, который позволит уменьшить экзотермический эффект при разложении, образуя при этом диоксид углерода и воду.

В таблице 1 приведены наиболее приемлемые для данных целей неорганические соединения [2].

Таблица 1

Изменение энтальпии и температуры разложения ^ выявленных веществ

Вещества Реакции ЛНраз. Траз., °С

Ca(OH)2 Ca(OH)2^CaO+H2O 985.12 520-580

Mg(OH)2 Mg(OH)2^MgO+H2O 924.66 350-480

MgCO3 MgCO3^MgO+TO2 1095.85 250-650

CaCO3 CaTO3^CaO+CO2 1206.83 900-1200

Na2CO3-10H2O Na2TO3^Na2O+TO2 4077.00 выше 1000

NaHCO3 NaHTO3^Na2TO3+CO2+ H2O 947.30 250-300

Наиболее подходящие для этих целей является гидрокарбонат натрия и гидроксид кальция.

Экспериментально выявлено, что наиболее оптимальным пассивирующим агентом для образованных пироформ является отход, который образуется при производстве ацетилена. Так как основным компонентом отхода является гидроксид кальция (табл. 2).

Суть способа

Нефтесодержащий пирофорный материал, образующийся при взаимодействии сероводорода, сернистых соединений нефти с продуктами коррозии железа и его сплавов перемешивают с неорганическим пассивирующим агентом, отходом, который образуется при производстве ацетилена. Соотношение нефтесодержащий пирофорный материал: пассивирующий агент 1:0,2-1

В результате взаимодействия пирофорного материала с пассивирующим

агентом образуется карбонат натрия, вода и диоксид углерода, при этом уменьшается экзотермический тепловой эффект и снижается их химическая активность.

Таблица 2

Химический состав отхода, образованного при производстве ацетилена

Вещества Массовая доля, %

Ca(OH)2 80-82

Mg(OH)2 Отс-5

Сумма хлоридов 0,5-2,5

CaC2 0,1-0,5

Влага Остальное

Таким образом, в результате эксперимента:

- выявлены неорганические соединения, которые могут быть использованы для пассивации пирофорного нефтесодержащего материала;

- изучен состав отхода, который образован при производстве ацетилена;

- предложен способ пассивации нефтесодержащего пирофорного материала с использованием отхода от производства ацетилена.

Список использованной литературы

1. Денисов P.C. Основы технологии предотвращения возгорания пирофорных отложений / P.C. Денисов, А.Б. Лаптев, Д.Е. Бугай // Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа: материалы нефтегазового форума - Уфа: ГУП «ИПТЭР», 2012. - С. 392-393.

2. Мищенко К.П. Краткий справочник термодинамических величин / Мищенко К.П., Равдель А.А. - Л.: Химия, 1974. - 200 с.