Промышленные налив и слив сжиженных газов

Промышленные налив и слив сжиженных газов

А.А. Барабанов, зам. директора производства «Наливные рукава» ОАО «Промприбор»

Рассмотрена проблема обеспечения безопасности на объектах химии и нефтехимии, а также использующих сжиженные газы. Намечены перспективы развития автоматизированных систем безопасности технологических процессов перевалки сжиженных газов и химически активных жидкостей. Приведено описание оборудования и технологических процессов при операциях слива и налива СУГ. Отмечены особенности и основные преимущества использования современных систем безопасности сливоналив-ных операций.

Ключевые слова: резинотканевые рукава, взрывоопасная смесь, сливоналивное оборудование, система управления и автоматизации, нормативно-техническая база.

Добыча, переработка, получение современных материалов требуют каждодневной, рутинной работы по перегрузке, транспортировке, учету, дозированию, которая остается за кадром и зачастую обделена должным вниманием. Без этих вспомогательных процессов - перевалки, измерения и доставки сырья - весь нефтегазовый комплекс был бы парализован. Таким образом, с полной уверенностью можно утверждать, что промежуточные циклы между добычей и получением конечного продукта имеют особую важность.

Что же необходимо использовать в качестве наливных устройств для сжиженных углеводородных газов (СУГ), легковоспламеняющихся (ЛВЖ) и химических жидкостей - пластик, резину или сталь? Что необходимо предпринять, чтобы уровень безопасности и взрыво-защищенности операций налива и слива СУГ, ЛВЖ и химических жидкостей был максимальным?

Сравним две выдержки из правил промышленной безопасности:

«Правила промышленной безопасности нефтебаз и складов нефтепродуктов». ПБ 09-560-03.

«2.3.3. Налив нефтепродуктов в железнодорожные цистерны должен осуществляться по бесшланговой системе автоматизированных шарнирно-сочлененных или телескопических устройств, оборудованных автоматическими ограничителями налива, а также средствами механизации...

2.4.19. Автоцистерны, стоящие под сливом-наливом на автоналивных станциях, должны быть заземлены с наличием блокировки, исключающей возможность запуска насосов для перекачки нефтепродуктов при отсутствии такого заземления...».

«Правила безопасности для объектов, использующих сжиженные углеводородные газы». ПБ 12-609-03. «5.7.7. Резинотканевые рукава, применяемые при сливоналивных операциях, должны соответствовать государственным стандартам

и (или) техническим условиям, допускающим их применение для сжиженных угле водородных газов.

Для защиты от статического электричества они должны быть обвиты медной проволокой диаметром не менее 2 мм или медным тросиком площадью сечения не менее 4 кв. мм с шагом витка не более 100 мм. Концы проволоки (тросика) соединяются с наконечниками рукава пайкой или гайкой под болт. Допускается применение металлокордовых рукавов, а также гибких металлических газопроводов с шарнирными соединениями, стойких к среде сжиженных углеводородных газов...».

Как видим, два документа регламентируют проведение сходных технологических операций, но с различными надзорными требованиями.

Почему резинотканевые рукава занимают такие прочные позиции в качестве наливных устройств? Почему не уделяется должного внимания системам автоматизации и контроля параметров процессов налива и слива СУГ? Ответы на эти вопросы очевидны - нормативная

Рис. 1. Комплекс для слива и налива железнодорожных (а) и контейнер-цистерн (б) для СУГ

база не соответствует современному уровню технического развития и требует комплекса мер по формированию законодательной базы, принятию нормативно-правовых актов, созданию нормативно-технических документов и программ, регламентирующих эксплуатацию объектов, использующих сжиженные углеводородные газы, а также требует планомерной модернизации опасных производственных объектов при непосредственном участии Ростехнадзора.

Сливоналивное

оборудование

При сливоналивных операциях вопросам безопасности технологических процессов уделяется особое внимание. Применение резиновых рукавов при сливных или наливных операциях на

железнодорожных эстакадах СУГ (рис. 1) или при заправке автоцистерн требует, на наш взгляд, запрета или введения дополнительных, более жестких нормативов безопасности, сводящих к минимуму возникновение аварийных ситуаций.

В России и в мире давно созданы и выпускаются сливоналивные устройства (рис. 2), заменяющие и по всем показателям превосходящие резинотканевые рукава. Причем диапазон применения шарнирных трубопроводов настолько широк, что позволяет обслуживать цистерны всех имеющихся типов - от отечественных до импортных. Шарнирные трубопроводы могут использоваться в качестве стационарных трубопроводов с возможностью быстрой расстыковки или подключения. Выпускаются, в

том числе и на ОАО «Промприбор», быстроразъемные устройства, абсолютно исключающие какой-либо выброс паров СУГ в атмосферу.

Сравним два гибких трубопровода, используемых в качестве наливных устройств автоцистерн СУГ, - резинотканевый и стальной шар-нирно-сочлененный - и отметим основные недостатки.

Конструкция наливного устройства, оснащенного резиновыми шлангами, подразумевает продуктовую и газоуравнительную линии. Длина каждой из них может достигать 4 м. При наружном диаметре 50 мм внутренний равен 38 мм. Объем газа при этом будет

Рис. 2. Стальной шарнирно-сочлененный комплекс для слива и налива автоцистерн СУГ в рабочем (а) и гаражном (б) положениях

составлять 4,5 л. Таким образом, необходимый сброс газа на участке от вентиля цистерны до первого отключающего устройства на наливном оборудовании при каждом наливе СУГ в цистерну будет составлять 10 л. При наливе 10 цистерн потери составят 100 л и т.д. И это не только потери газа, но и загрязнение атмосферы.

Основными критериями безопасности налива являются предотвращение накопления статического электричества и его отвод. При необходимой производительности диаметр условного прохода резинотканевых рукавов не обеспечивает рекомендованную

б

а

б

а

скорость течения газа, которая должна составлять 1,2-3 м/с. Даже при том, что рукава имеют заземление в виде медной проволоки, накопление статического электричества вследствие высокой скорости течения газа не исключается, а зачастую от заземления попросту не зависит *.

Срок службы резинотканевых рукавов не превышает 3 мес. Обязательные испытания каждые 3 мес. и ежедневные осмотры не гарантируют обнаружение всех скрытых дефектов. Нарушение прочности, морозостойкости, физико-химической стойкости, а также старение и качество эксплуатации, влияющие на целостность оболочки рукавов, делают их просто опасными при использовании. Все это может привести к разрыву шланга, что в свою очередь опасно для жизни обслуживающего персонала.

К преимуществам резинотканевых рукавов можно отнести дешевизну, но является ли это достоинством при всех недостатках? А конструкция шарнирных стальных трубопроводов просто не допускает перечисленных недостатков.

Во-первых, подключение к вентилям цистерны осуществляется простым подведением сразу двух трубопроводов к ней (рис. 3). Во-вторых, данные трубопроводы имеют диаметр условного прохода от 50 до 100 мм, что позволяет поддерживать скорость течения газа в соответствии с требованиями правил, согласно которым она не должна превышать 1,2 м/с при номинальной производительности. В-третьих, шарнирные

Рис. 4. Схема системы управления технологическим процессом налива

* Таубкин И.С. О рукавах для слива-налива сжиженных углеводородных газов // Нефтегазовые технологии. - 2012. - № 7. - С.74-86.

трубопроводы оснащены запорной арматурой, находящейся в непосредственной близости от вентилей цистерны, и потери газа при сбросах на свечу составляют не более

500 мл. В-четвертых, данные трубопроводы являются подвижной стальной неразборной конструкцией, которую можно приравнять к стационарному технологическому

трубопроводу, не требующему периодического освидетельствования. И последнее - шарнирный трубопровод представляет собой непрерывную электрическую цепь и не требует дополнительных мер по устройству заземления.

Таким образом, шарнирным трубопроводам присущи все основополагающие признаки безопасной конструкции:

• прочность;

• долговечность;

• простота обслуживания и ремонта;

• возможность оснащения средствами контроля, автоматизации и запорно-регулирующей арматурой.

Система управления, автоматизации и контрольно-измерительное оборудование

Любой технологический процесс на опасном производстве должен контролироваться по целому ряду параметров. Уровень технического развития в нефтегазовой отрасли на сегодняшний день не позволяет использовать оборудование с низкой степенью автоматизации.

Мощности химических и нефтеперерабатывающих производств с каждым годом растут, увеличивается число продуктов, требующих перевалки, транспортировки и учета. Каждый продукт индивидуален по своим физико-химическим свойствам, а значит индивидуальны параметры и показатели технологического процесса, требующие контроля.

Использование сжиженных углеводородных газов на существующих опасных производственных объектах требует контроля давления, уровня, температуры, скорости потока, утечек. Но контроля традиционных параметров уже недостаточно.

Современные технические средства (рис. 4) позволяют контролировать уровень, расход, давление, заземление, фазное состояние среды, плотность и ряд других параметров. Например, при современном оснащении автоналивных систем, будь то нефтепродукты или сжиженные газы, невозможно подключить заземляющее устройство на стальной предмет вместо автоцистерны. Система контроля заземления (рис. 5) способна отличить автоцистерну от любого другого проводника, а система управления, в свою очередь, не позволит ее наполнить. То же самое можно сказать и о контроле расхода жидкости во время наполнения цистерн. Сжиженные углеводородные газы являются диэлектриком, в связи с чем скорость движения продукта по наливным линиям должна быть ограничена и регулироваться в течение всего процесса заправки. Регулировать расход призваны расходомеры и регулирующие клапаны, управляемые контроллерами и блоками управления.

Системы автоматизации, контроля и управления становятся все более интеллектуальными с множеством дублирующих

блокировок, исключающих возникновение субъективных факторов при технологических операциях.

Нормативно-техническая база

Новое строительство, перевооружение и модернизация начинаются с проектных работ.

Правила безопасности, СНиПы, ГОСТы, РД и т.п. - это основные документы, которыми должны руководствоваться проектировщики.

В целом любой нормативно-технический документ является результатом работы десятков высококлассных специалистов и аккумулирует в себе многолетний опыт эксплуатации опасных производственных объектов. Тем не менее мы убеждены, что технические инновации, современные требования и подход к решению задач должны находить отражение в технических регламентах и нормативных актах как минимум раз в год.

Мы предлагаем краткий анализ существующих правил безопасности с поправками (табл. 1-5), которые, по нашему мнению, необходимы в современных условиях развития нефтегазового комплекса.

Таблица 1

Правила безопасности для объектов, использующих сжиженные углеводородные газы.

ПБ 12-609-03

№ пункта Требования правил Комментарии и предложения по внесению изменений

5.7.7. Резинотканевые рукава, применяемые при сливоналивных операциях, должны соответствовать государственным стандартам и (или) техническим условиям, допускающим их применение для сжиженных углеводородных газов. Для защиты от статического электричества они должны быть обвиты медной проволокой диаметром не менее 2 мм или медным тросиком площадью сечения не менее 4 кв. мм с шагом витка не более 100 мм. Концы проволоки (тросика) соединяются с наконечниками рукава пайкой или гайкой под болт. Допускается применение металлокордовых рукавов, а также гибких металлических газопроводов с шарнирными соединениями, стойких к среде сжиженных углеводородных газов. Прием и отгрузка СУГ должны осуществляться через специально оборудованные сливоналивные устройства, конструкция которых должна обеспечивать безопасное проведение сливоналивных операций, так как слив и налив относятся к наиболее опасным технологическим операциям. Налив и слив СУГ должны осуществляться по бесшланговой системе автоматизированных шарнирно-сочлененных устройств. Устройства, применяемые при сливоналивных операциях, должны соответствовать государственным стандартам и (или) техническим условиям, допускающим их применение для сжиженных углеводородных газов. Конструкция сливоналивных устройств, элементы которых соединены шарнирами с сальниковыми уплотнениями, изготовленными из неметаллических материалов, должна обеспечиваться заземлением без нарушения единого контура. Допускается кратковременное использование (на период замены или ремонта) резинотканевых рукавов, применяемых при сливоналивных операциях.

5.7.8. Осмотр, испытания, отбраковка рукавов, используемых при сливоналивных операциях, проводятся в соответствии с требованиями по безопасной эксплуатации АГЗС. Необходимо ввести требования о переводе резинотканевых рукавов в разряд резервных, применяемых только при аварийных операциях слива и налива или на период ремонта стационарных наливных устройств.

5.13.19. Допускается применение металлокордовых рукавов, а также гибких металлических газопроводов (сильфонных) для слива СУГ из автоцистерн и заправки газобаллонных автомобилей. Необходимо исключить операцию слива и налива автоцистерн СУГ при помощи металлокордовых, резинотканевых и сильфонных рукавов в стационарных условиях в рамках стандартного технологического процесса.

5.13.20. Рукава, применяемые при сливоналивных операциях, не должны иметь трещин, надрезов, вздутий и потертостей. При наличии на рукавах указанных дефектов рукава заменяются новыми. Необходимо дополнить условием резервного или аварийного применения резинотканевых рукавов.

Таблица 2 Правила безопасности при эксплуатации автомобильных заправочных станций сжиженного газа. ПБ 12-527-03

№ пункта Существующая редакция Комментарии и предложения по внесению изменений

4.19. Допускается применение металлокордовых рукавов, а также гибких металлических газопроводов (сильфонных) для слива СУГ из автоцистерн и заправки газобаллонных автомобилей. Требования данных пунктов перекликаются с п. 5.13.19 и 5.13.20 ПБ 12-609-03, замечания для которых справедливы и для п. 4.19 и 4.20.

4.20. Рукава, применяемые при сливоналивных операциях, не должны иметь трещин, надрезов, вздутий и потертостей. При наличии на рукавах одного из указанных дефектов рукава заменяются новыми.

13.12. Слив СУГ из автомобильной цистерны в резервуары допускается после проверки правильности открытия и закрытия задвижек, связанных с технологической операцией слива СУГ. В данных требованиях не предусмотрено использование автоматических средств контроля наполнения и необходимых блокировок. Целесообразно отдать приоритет использованию технических средств контроля и управления и только потом применять визуальный контроль и ручные манипуляции.

13.28. В период слива должно быть обеспечено непрерывное наблюдение за давлением и уровнем газа в автомобильной цистерне и приемном резервуаре. Резервуары заполняются СУГ не более чем на 85 % своего геометрического объема. В случае переполнения резервуара избыток газа должен быть слит в другие резервуары. Выпуск избыточного газа в атмосферу не допускается.

Таблица 2

Правила безопасности при эксплуатации автомобильных заправочных станций сжиженного газа.

ПБ 12-527-03

№ пункта Существующая редакция Комментарии и предложения по внесению изменений

13.32. Резинотканевые рукава (шланги) автомобильных цистерн должны крепиться к сливному наконечнику стальными хомутами (не менее двух хомутов на каждый конец шланга). Применение проволочных хомутов не допускается. Не допускается слив СУГ, если рукава (шланги) имеют трещины, переломы, выбоины и другие повреждения и состоят из отдельных частей. Рукава с наружными металлическими спиралями признаются непригодными при оборванных или частично отсутствующих спиралях. Считаем недопустимым применение любых типов хомутов при соединениях рукавов и присоединительных штуцеров. Необходимо строго обозначить применение резинотканевых рукавов на автоцистерне только для аварийного слива.

Таблица 3 Газораспределительные системы. СНиП 42-01-2002

№ пункта Существующая редакция Комментарии и предложения по внесению изменений

9.4.5 Для наполнения СУГ автоцистерн следует предусматривать наполнительные колонки. Необходимо определить минимальные требования к наполнительным колонкам или дать ссылку на соответствующую нормативную документацию, например, ОСТ 26.260.18-2004 «Блоки технологические для газовой и нефтяной промышленности. Общие технические условия» или т.п.

Таблица 4

Техническая эксплуатация газораспределительных систем. Газонаполнительные станции и пункты. Склады бытовых баллонов. Автогазозаправочные станции.

ОСТ 153-39.3-052-2003

№ пункта Существующая редакция Комментарии и предложения по внесению изменений

6.4.1 Для проведения сливных операций разрешается применение соединительных рукавов, изготовленных по стандартам и техническим условиям, если технические характеристики этих рукавов обеспечивают их безопасную эксплуатацию при сливе-наливе СУГ с PN до 1,6 МПа. Соединительные рукава должны иметь на концах металлические наконечники (штуцеры) для присоединения к цистерне и газопроводам. При применении резинотканевых рукавов в месте контакта резины с металлом на боковой поверхности штуцеров должны быть кольцевые выступы, препятствующие соскальзыванию рукава со штуцера. В данном пункте стандарта резинотканевые рукава являются основным средством проведения сливоналивных операций. Необходимо ввести запрет на обязательное применение резинотканевых рукавов. Исключить право выбора между шарнирно-сочлененными стальными трубопроводами и резинотканевыми рукавами, отдав предпочтение шарнирным трубопроводам. Определить применение резинотканевых рукавов только в исключительных случаях.

8.1.1 Мастер участка слива-налива и персонал базы хранения СУГ следят за правильностью наполнения резервуаров и переключения их коммуникаций при различных операциях перекачек СУГ. При подаче СУГ в наполнительное отделение и к колонкам по наполнению автоцистерн и газобаллонных автомобилей персонал по указанию мастера производит необходимые переключения. Необходимо выделить приоритет для автоматизированных систем слива, налива, наполнения с обеспечением защиты и блокировок при возникновении внештатных или аварийных ситуаций. Исключить влияние человеческого фактора при проведении технологических операций налива и слива.

10.3. 10.3.1 Требования, предъявляемые к колонкам для наполнения автоцистерн Колонка должна быть оборудована: - защитным устройством, исключающим наезд автомашин; - комплектом башмаков-клиньев для фиксирования автомашины; - приспособлениями для заземления автоцистерн; - шлангами с заземляющими проводниками; - манометрами с трехходовыми кранами; - скоростным и обратным клапанами; - свечой для сбрасывания остатков СУГ из соединительных рукавов в атмосферу. Считаем, что данные требования не отвечают современным условиям обеспечения безопасности наполнения автоцистерн. На каждом этапе технологического процесса налива и слива первичными средствами контроля и управления должны являться автоматизированные системы управления. Все перечисленное оборудование автоцистерн должно подвергаться автоматизированному контролю.

Таблица 4

Техническая эксплуатация газораспределительных систем. Газонаполнительные станции и пункты. Склады бытовых баллонов. Автогазозаправочные станции.

ОСТ 153-39.3-052-2003

№ пункта Существующая редакция Комментарии и предложения по внесению изменений

10.4.4 Во время наполнения автоцистерны персонал: - следит за уровнем жидкой фазы в сосуде автоцистерны, степень наполнения - не более 85 % объема сосуда; - следит за давлением СУГ по манометру колонки, давление СУГ не должно превышать 1,6 МПа; - поддерживает связь с персоналом насосно-компрессорного отделения и базы хранения. Контроль перечисленных параметров должен осуществляться системой защиты и автоматики. Процесс наполнения автоцистерн должен быть автоматизирован.

10.4.6 При повышении давления на колонке более 1,6 МПа оператор прекращает наполнение, перекрывает вентили на колонке, сообщает об этом мастеру и персоналу насосно-компрессорного отделения. Необходимо ввести требование, по которому при возникновении аварийных ситуаций технологический процесс наполнения, включая работу насосно-компрессорного отделения, должен быть остановлен системами противоаварийной защиты, установленными на наполнительной колонке с мгновенной передачей необходимых сообщений персоналу соответствующих служб.

10.4.8 При обнаружении утечек СУГ на колонках персонал прекращает наполнение автоцистерн, перекрывает вентили на колонках и задвижки в насосно-компрессорном отделении. Необходимо определить приоритет для выполнения данных действий автоматизированными системами налива.

10.4.9 При обнаружении утечек СУГ из соединительных рукавов или при их разрыве персонал перекрывает вентили на колонке и вентиль налива на автоцистерне. Необходимо исключить применение резинотканевых рукавов из операций налива.

Таблица 5 Автоцистерны для транспортирования сжиженных углеводородных газов на давление до 1,8 МПа. ГОСТ 21561-76

№ пункта Существующая редакция Комментарии и предложения по внесению изменений

2.20 Присоединительные устройства рукавов и штуцеров сливоналивных коммуникаций автоцистерн должны иметь резьбу М60х4 LH по ГОСТ 8724-81. Необходимо предусмотреть применение сливоналивных устройств автоцистерн, имеющих отличные от указанных присоединительные штуцеры, расширить типы присоединительных штуцеров и приспособлений сливоналивных коммуникаций автоцистерны. Например, широкое применение могут иметь устройства быстрой расстыковки при сохранении полной герметичности сливоналивных устройств и трубопроводов автоцистерны.

Анализ является кратким, обзорным, показывающим, что достаточно внести изменения в уже существующие документы.

Была рассмотрена лишь малая часть нормативной базы, используемой при проектировании, строительстве и эксплуатации опасных объектов. Тем не менее отчетливо видно простое повторение многих требований, ничем друг друга не дополняющих.

В заключение хотелось подчеркнуть, что технический прогресс и инновации приходят в нефтегазовую промышленность независимо от того, требуют этого надзорные органы или нет. Осознание факта, что технологические процессы и операции могут и должны быть максимально надежны, подвигает на всех этапах - от проектирования до эксплуатации - использовать высокотехнологичное оборудование.

Стремление к совершенству технологий неминуемо приводит к повышению надежности оборудования, а следовательно и к безопасности эксплуатации.

Мы понимаем, что нельзя одномоментно запретить или изменить те или иные нормативные акты, но двигаться вровень с современной промышленностью - вот те ориентиры, которых должна придерживаться наша надзорная система.

Рис. 6. Последствия аварий на АГЗС

Тогда, может быть, не было бы тех страшных аварий в Костроме, Ярославле, Одинцове, Твери и Воронеже, в каждой из которых пострадали люди (рис. 6).

Мы убеждены, что 90 % аварий можно избежать, если оборудованию и системам безопасности

уделять должное внимание как со стороны владельцев, так и со стороны Ростехнадзора. Более того, необходима измененная нормативная база, устанавливающая минимальные требования к оборудованию и учитывающая техническое развитие современной промышленности.

Совершенно недопустимо, чтобы большинство технологических операций при сливе или наливе сжиженных газов зависело только от добросовестности оператора. Понятие человеческий фактор всегда носит оправдательный характер.

/////////////////////////^^^^

Первая в мире поставка СПГ по Северному морскому пути

.12.2012 г. танкер-газовоз «Река Обь», зафрахтованный Группой «Газпром», успешно завершил первую в мире перевозку сжиженного природного газа (СПГ) по Северному морскому пути (СМП). Танкер прибыл в регазифика-ционный терминал в порту Тобата (Япония), выйдя 7 ноября из порта Хаммерфест (Норвегия), и доставил партию СПГ Группы «Газпром» японским потребителям.

Во время перехода по СМП с 9 по 18 ноября судно сопровождали атомные ледоколы ФГУП «Атом-флот», руководили проводкой два ледовых лоцмана. На первом этапе перехода в Баренцевом и Карском морях льда практически не наблюдалось, а на втором этапе от пролива Вилькицкого до Берингова

пролива судно шло в молодом льду толщиной до 30 см.

Рейс был выполнен безаварийно и в полном соответствии с графиком. Его успех был обеспечен профессионализмом экипажа танкера «Река Обь» и всесторонней поддержкой ледовых лоцманов, капитанов и экипажей ледоколов «50 лет Победы», «Россия», «Вайгач», берегового персонала ФГУП «Атом-флот» и администрации СМП при Федеральном агентстве морского и речного транспорта Министерства транспорта РФ.

Танкер прошел с грузом после выполненного им ранее в октябре 2012 г. порожнего рейса из Японии в Европу. Два рейса танкера «Река Обь» через СМП за одну навигацию полностью подтвердили

техническую и коммерческую пригодность Северного морского пути для международных перевозок СПГ. Первоклассное ледокольное обеспечение и проводка судов, снижение сроков доставки грузов, экономия топлива, снижение потерь от испарения СПГ, увеличение объема доставленного газа, снижение выбросов углекислого газа в окружающую среду и отсутствие рисков конфликтов и нападения пиратов на переходе - все это в целом представляет очень привлекательное и надежное решение для межрегиональной торговли СПГ с учетом реализации российских арктических проектов по сжижению газа.

Успешный рейс танкера «Река Обь» позволяет рассчитывать на полноценное использование Северного морского пути для поставок российского СПГ как в страны Азиатско-Тихоокеанского региона, так и на европейский рынок.