УСТАНОВКА ДЛЯ СЛИВА СЖИЖЕННЫХ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ (СУГ) ИЗ ВАГОНА-ЦИСТЕРНЫ, СПОСОБ СЛИВА СУГ ИЗ ВАГОНА-ЦИСТЕРНЫ С ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ, УСТАНОВКА ДЛЯ ДЕГАЗАЦИИ ВАГОНА-ЦИСТЕРНЫ, СПОСОБ ДЕГАЗАЦИИ ВАГОНА-ЦИСТЕРНЫ С ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ, А ТАКЖЕ СПОСОБ СЛИВА И ДЕГАЗАЦИИ СУГ ИЗ ВАГОНА-ЦИСТЕРНЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭТИХ УСТАНОВОК
PLANT TO DRAIN LIQUEFIED HYDROCARBON GASES (LHG) FROM TANK CAR, METHOD OF LHG DRAINING FROM TANK CAR WITH APPLICATION OF SAID PLANT, PLANT FOR DEGASSING OF SAID TANK CAR WITH ITS APPLICATION AS WELL AS METHOD OF LHG DRAINING AND TANK GAS DEGASSING WITH APPLICATION OF THESE PLANTS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к эксплуатации железнодорожных вагонов-цистерн (ВЦ), применяемых для транспортировки сжиженных углеводородных газов (СУГ) и направлено на безопасное опорожнение и дегазацию аварийных ВЦ от СУГ в полевых условиях. Изобретение может быть использовано также в стационарных условиях, например в условиях вагоноремонтных депо, для безопасного опорожнения и дегазации от СУГ аварийных ВЦ и ВЦ, требующих ремонта.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
При железнодорожных перевозках, на маршруте, возможно возникновение аварийных ситуации с ВЦ, содержащими СУГ в результате аварий, крушений и сходов поездов. Указанные аварии и особенно аварии с опрокидыванием и столкновениями ВЦ, сопровождаются повреждением вагонных тележек, рамы вагона, котла цистерны и других конструкций вагона. Возможен срыв котла цистерны с рамы, повреждение запорно-предохранительной арматуры котла, нарушение целостности обечаек и днищ котла с образованием утечки СУГ. При авариях с ВЦ, содержащими СУГ, возможно развитие чрезвычайных ситуаций по следующим сценариям: пожар пролива, пожар вагон-цистерны, образование огненного шара, взрыв газовоздушного облака, взрыв вагоноцистерны. Расстояние до зоны безопасности для людей и зданий при огненном шаре и взрыве вагон-цистерны, содержащей пропан, при нормальных условиях соответственно равны 190 метров и 1281 метров (см. Вопросы оповещения, предупреждения, локализации, смягчения и ликвидации аварийных ситуаций и их последствий при перевозках опасных грузов по железным дорогам Украины // Сборник материалов научно-практической конференции 12-13 сентября 2013 г. Одесса, ТзОВ «Видавничий Дiм Укрпол», 304 стр.). При авариях ВЦ с СУГ возникает опасность пожаров и взрывов на железной дороге и селитебной зоны, создается угроза жизнедеятельности населения, нарушается нормальное функционирование железнодорожного транспорта.
При авариях ВЦ с СУГ, при наличии схода и опрокидывании вагон-цистерн, при утечке СУГ необходимо на месте, в полевых условиях железной дороги, устранить утечку продукта и организовать откачку СУГ из ВЦ, а затем провести ее дегазацию. Это позволит безопасно транспортировать аварийную ВЦ и отправить ее, например, в вагоноремонтное депо для обследования и проведения ремонтных работ.
Однако до настоящего времени не разработаны эффективные мобильные установки для откачки СУГ из ВЦ и дегазации. Это связано с отсутствием приемлемых по массогабаритным характеристикам установок для опорожнения и дегазации ВЦ от СУГ, которые можно было бы применить в полевых условиях. В то же время каждый из более чем 300 пожарных поездов ОАО РЖД (см. публикацию «Компания увеличила количество пожарных поездов» // Электронный ресурс http://www.01.ru/?id=37266) имеют насосные установки и порожние вагоноцистерны для опорожнения аварийных нефтяных вагон-цистерн от нефти и перекачки нефти в порожние вагон-цистерны.
Следует также отметить, что периодичность плановых ремонтов ВЦ для СУГ строго регламентирована. В железнодорожных цистернах всегда остается часть продукта (пропан-бутановые газы и смеси) как в газообразном, так и в жидком состоянии после слива основного объема. Для безопасного проведения ремонтных и огневых работ во время плановых ремонтов ВЦ также необходимо не только удалить СУГ, находящийся в жидком состоянии (опорожнить ВЦ от СУГ, находящегося в жидкой фазе), но и провести дегазацию цистерны. Дегазация ВЦ заключается в удалении паров СУГ из ВЦ до ее безопасной концентрации в воздухе ВЦ, или в другой газовой смеси, находящейся в ВЦ.
Рассмотрим особенности конструкции и эксплуатации ВЦ для СУГ, а также правила пожарной безопасности и порядок обращения с аварийными ВЦ с СУГ.
СУГ хранятся и транспортируются в ВЦ под повышенным избыточным давлением (до 2,0 МПа), поэтому на котлы цистерн распространяется действие «Правил устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением» Госгортехнадзора России (см. Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением // Госгортехнадзор России. Москва, ПИО ОБТ, 1996 г.).
СУГ являются опасными грузами, поэтому на организацию перевозок, содержание цистерн в технически исправном состоянии, ремонт и техническое обслуживание цистерн распространяется действие «Правил безопасности при перевозке опасных грузов железнодорожным транспортом» (Правила перевозок опасных грузов по железным дорогам МПС РФ. // Москва, Транспорт, 1997 г.).
Особое внимание при работе с ВЦ, содержащими СУГ, уделяется выполнению требований Правил пожарной безопасности в Российской Федерации ППБ 01-03 (Правила пожарной безопасности в Российской Федерации. ППБ 01-03 // Москва, 2003, 91 стр.; см. электронный ресурс http://www.rubin01.ru/zakonodatelstvo/pravila-pozharnoj-bezopasnosti-ppb-20171/pravila-pozharnoj-bezopasnosti-ppb/ppb-01-03-pravila-pozharnoj).
Необходимо соблюдать также правила безопасности и порядок ликвидации аварийных ситуаций ВЦ с СУГ при перевозке их по железным дорогам (см. Правила безопасности и порядок ликвидации аварийных ситуаций с опасными грузами при перевозке их по железным дорогам МПС РФ // Москва, 1997 г.).
При этом чрезвычайно важными для обеспечения безопасности перевозок являются параметры основного элемента конструкции цистерны, - котла в виде сосуда, работающего под давлением, - и техническое состояние сливо-наливной арматуры.
Ниже, в качестве примера, приводятся характеристики вагон-цистерны 15-9872 для перевозки сжиженных углеводородов (Вагон-цистерна 15-9872 для перевозки сжиженных углеводородов // Электронный ресурс http://www.nvc-vagon.ru/services/new/service4_10.html).
3
Вагон-цистерна 15-9872 предназначена для перевозки по железным дорогам колеи 1520 мм углеводородных газов с давлением насыщенных паров при температуре 50°С не более 1,928 МПа (19,28 бар) и их смесей, а также жидкостей с плотностью не более 0,731 т/м.
В ВЦ 15-9872 перевозится широкая номенклатура СУГ, включая пропан, бутан и другие газы, а также их смеси, различающиеся по своим химическим и физическим свойствам. Общим для всех этих продуктов является то, что при низких температурах (до -40°С) и давлении не более 2,0 МПа они переходят в жидкую фазу. По степени опасности все они относятся к классу 2.3 - воспламеняющиеся (горючие) газы.
Котел цистерны рассчитан на рабочее давление 2,0 МПа, имеет толщину стенки цилиндрической части 20 мм и днищ 22 мм. Люк диаметром 528 мм располагается в средней части котла.
Сливоналивная, контрольно-измерительная арматура и предохранительный клапан размещаются на крышке люка и закрыты защитным колпаком. Сливо-наливная арматура включает три вентиля (два жидкостных и один газовый). Контрольно-измерительная арматура включает два вентиля контроля предварительного и предельного уровня наполнения, вентиль контроля слива, вентиль для зачистки остатков продукта. Технические характеристики вагоноцистерны модели 15-9872 приведены в таблице 1.
Таблица 1
Технические характеристики вагоноцистерны модели 15-9872
Грузоподъемность, т
52
Масса тары, т
38
Объем котла, м<sup>3</sup>
83,9
Диаметр котла внутренний, мм
3200
Длина котла, мм
11000
Рабочее давление в котле, МПа
2,00±0,01
Расчетное давление в котле, МПа
2,11±0,01
Пробное давление в котле при гидравлическом испытании, МПа
2,76±0,01
Правила работы с аварийными ВЦ, содержащими СУГ. Правила пожарной безопасности ППБ 01-03 предусматривают следующие меры безопасности при работе с ВЦ, содержащими СУГ, описанные ниже.
Цистерна с обнаруженной неисправностью, из-за которой она не может следовать по назначению, должна отцепляться от поезда и отводиться на отдельный путь в безопасное место.
При наличии специалистов следует устранить течь, если это не представляет опасности, перекачать содержимое цистерны в исправную цистерну (емкость) с соблюдением мер предосторожности и при наличии на месте аварийных работ подразделений городской противопожарной службы (ГПС). Отвести вагон-цистерну с СУГ в безопасное место.
При интенсивной утечке следует дать газу полностью выйти из цистерны, при этом необходимо вести постоянный контроль за образованием возможных зон загазованности в радиусе 200 метров, пока газ не рассеется. Вызвать на место аварии оперативные подразделения ГПС, аварийную группу и газоспасательную службу данного района. Оповестить об опасности органы власти. Не допускать попадания СУГ в тоннели, подвалы, канализацию.
Ремонт котла цистерны, его элементов, а также внутренний осмотр его разрешается проводить только после дегазации объема котла и оформления руководителем работ соответствующего наряда-допуска.
Перед проведением работ внутри котла цистерны необходимо провести анализ воздушной среды в объеме котла на отсутствие опасной концентрации углеводородов и на содержание кислорода. Содержание кислорода должно быть в пределах 19÷20% (об.). Концентрация горючих веществ в объеме котла не должна превышать 20% от значения нижнего концентрационного предела распространения пламени (далее - НКПР) СУГ.
При производстве ремонтных работ запрещается:
- ремонтировать котел в груженом состоянии, а также в порожнем состоянии до производства дегазации его объема;
- производить удары по котлу;
- производить под цистерной сварочные и огневые работы.
Такие же требования по безопасной эксплуатации цистерн изложены в инструкции по наливу, сливу и перевозке сжиженных углеводородных газов в железнодорожных вагонах-цистернах (Инструкция по наливу, сливу и перевозке сжиженных углеводородных газов в железнодорожных вагонах-цистернах // М.: Недра, 1980, 32 с.). Указанная инструкция включает в себя также следующие пункты:
2
2
Запрещается налив цистерн, если остаточное избыточное давление паров продукта менее 0,5 кгс/см (для сжиженных газов, упругость паров которых в зимнее время может быть ниже 0,5 кгс/см остаточное избыточное давление устанавливается местной производственной инструкцией), кроме цистерн, наливаемых впервые или после ремонта.
2
Предохранительный клапан должен полностью открываться при избыточном давлении 23 кгс/см.
Аналоги и их недостатки. Рассмотрим способы слива СУГ из ВЦ (или освобождение ВЦ от СУГ) и способы дегазации ВЦ, которые применяются на железной дороге. В первую очередь нас интересуют проведение указанных операций с аварийными ВЦ на месте чрезвычайной ситуации (ЧС) в полевых условиях, а также в стационарных условиях применительно к аварийным ВЦ и ВЦ, требующим ремонта.
В ППБ 01-03 предлагается следующий вариант освобождения ВЦ от СУГ. При интенсивной утечке дать газу полностью выйти из ВЦ, при этом следует вести постоянный контроль над образованием возможных зон загазованности в радиусе 200 метров, пока газ не рассеется. Вызвать на место аварии оперативные подразделения ГПС, аварийную группу и газоспасательную службу данного района. Оповестить об опасности органы власти. Не допускать попадания СУГ в тоннели, подвалы, канализацию. Данный метод крайне нежелательный, особенно в селитебных и промышленных районах, вследствие взрывоопасности СУГ и удушающего действия углеводородных газов.
При возникновении аварийной ситуации, связанной с разгерметизацией ВЦ и загоранием истекающего СУГ руководитель работ по локализации и ликвидации пожароопасной ситуации может отдать распоряжение о воспламенении истекающего СУГ, если это не угрожает безопасности людей, не приведет к разрушению других объектов и стихийному развитию пожара. Воспламенение газа следует осуществлять дистанционно из-за укрытия с помощью ракетницы, петард и т.п. Работы по выжиганию СУГ должны проводиться после прибытия на место аварии необходимого и расчетного количества подразделений ГПС (см. Правила пожарной безопасности в Российской Федерации. ППБ 01-03. Москва, 2003, 91 стр. // Электронный ресурс http.//www.rubin01.ru/zakonodatelstvo/pravila-pozharnoj-bezopasnosti-ppb-2017/pravila-pozharnoj-bezopasnosti-ppb/ppb-01-03-pravila-pozharnoj).
Указанный метод применяют на практике. При утечке СУГ из запорно-предохранительной арматуры или поврежденной ВЦ, углеводородный газ поджигают, а саму цистерну охлаждают струями воды из пожарных брандспойтов для предотвращения разогрева цистерны под действиям теплового излучения (см. электронный ресурс http://www.dailymail.co.uk/news/article-2029891/Burning-rail-car-holding-29-000-gallons-propane-explode-like-small-thermal-nuclear-bomb.html). Если истекающий из ВЦ СУГ не сжигать, возникает угроза заражения местности удушливым и взрывоопасным углеводородным газом, который тяжелее воздуха и стелется по рельефу местности, концентрируясь в низинах. Применение указанного способа удаления СУГ из ВЦ также нежелательно вследствие потери большого количества дорогостоящего продукта, загрязнения окружающей среды продуктами горения, необходимостью охлаждения ВЦ водой в течение длительного времени - до суток и более.
При серьезном повреждении цистерн с пропаном и невозможности их безопасной транспортировки предлагается сжигать пропан на месте, используя контролируемые взрывы небольших профилированных зарядов взрывчатки и пиротехнические средства поджога газа. При первом подрыве образуются небольшие отверстия в верхней части цистерны (недалеко от днища цистерны) с одновременным воспламенением газа (от самого взрыва или пиротехнических средств), выходящего из отверстий под большим давлением. Этот управляемый взрыв в верхней части бака быстро снижает давление внутри цистерны, тем самым снижая вероятность возникновения взрыва всей цистерны в результате возникшего пожара. Вскоре после того как только давление в цистерне снизилось, производится подрыв небольших профилированных зарядов в нижней части на другом конце цистерны, при этом в результате подрыва зарядов, образуются серия круглых отверстий внизу цистерны. Через указанные отверстия СУГ в виде жидкости выливается в заранее подготовленную отводную от цистерны дренажную траншею. В длинной дренажной траншее жидкость СУГ загорается и контролируемо сжигается без угрозы перегрева газа в цистерне (см. The Last Resort: Vent and Burn // Электронный ресурс http://www.tc.gc.ca/eng/tdg/publications-menu-1153.htm) Указанный способ «выпустить и сжечь» рекомендуется в качестве последнего средства.
В полевых условиях, когда возникает необходимость освободить аварийную ВЦ от СУГ, используют также передвижную факельную установку (ФУ). Ее устанавливают на безопасном расстоянии от ВЦ, например 100 метров, и через гибкий шланг подают газ на ФУ из вагоноцистерны, контролируемо открывая угловой кран для выравнивания давления газа. Выходящий из ФУ газ дистанционно поджигают, например, с помощью ракетницы.
2
Известен также более приемлемый способ удаления СУГ из ВЦ путем сжигания СУГ в удаленной от ВЦ стационарной ФУ. Он применяется при очистке загрязненных поверхностей вагон-цистерн из-под СУГ. В этом случае технологический процесс обработки из-под СУГ осложнен тем, что в поданном на обработку котле вагона-цистерны может находиться остаточный газ под давлением до 7÷15 кг/см, состоящий из жидкой и паровой фаз. Поэтому перед осуществлением операции промывки котла необходимо этот остаточный газ удалить и утилизировать. На сегодняшний день операцию удаления СУГ повсеместно выполняют путем длительного энергоемкого процесса, а выделившийся в ходе этого технологического процесса избыточный газ утилизируют, сжигая на ФУ, что, в свою очередь, с одной стороны нерационально, т.к. его можно использовать в качестве энергоносителя, а с другой - обязывает строить такие пункты подготовки в непосредственной близости к уже существующим ФУ, т.е. недалеко от НПЗ (см. Смолянов В.М. Экологическая безопасность и ресурсосбережение технологий обработки загрязненных поверхностей // Электронный ресурс http://ctg.su/sysfiles/File/Post/Post%2012.%20SYG.pdf).
Широко применяемый метод освобождения ВЦ от СУГ путем сжигание газа в удаленной от ВЦ стационарной ФУ применяется в вагоноремонтных депо с последующей дегазацией ВЦ путем продувки цистерн сначала газообразным азотом, а затем водяным паром. После сброса давления газообразного азота цистерна пропаривается острым паром в течение 6-ти часов. Давление пара 0,8 МПа, температура 180°C (см. Электронный ресурс http://rpp.nashaucheba.ru/docs/index-107829.html). Учитывая, что в ВЦ может находиться 30+45 и более тонн СУГ, сжигание газа в ФУ экономически невыгодно.
Известен способ подготовки газовых цистерн к ремонту и дальнейшему техническому освидетельствованию, включающий сброс избыточного давления из цистерны на факельную трубу, где сжиженные газы сжигаются. Сброс избыточного давления из цистерны производится через уравнительный вентиль. Затем цистерна надувается газообразным азотом до давления ~0,25 МПа и производится удаление жидкого остатка. По окончании слива жидкого остатка производится сброс избыточного давления азота на свечу. После сброса давления газообразного азота цистерна пропаривается острым паром в течение 6-ти часов. Давление пара 0,8 МПа, температура 180°С. Основной целью пропаривания являются окончательная дегазация и разжижение углеводородных отложений на внутренней поверхности цистерны. Избыточное давление сбрасывается через уравнительный вентиль, соединенный с коллектором сброса, на свечу. Избыточный пар проходит через фильтры, где очищается от взвешенных твердых частиц и поступает последовательно в аппараты воздушного охлаждения, в которых конденсируется и охлаждается до температуры 50°С. Из аппаратов воздушного охлаждения конденсат пара поступает в емкости приема конденсата. По окончании пропарки из цистерны отбирается проба паровой фазы на содержание углеводородов. После пропарки и удаления конденсата цистерна продувается воздухом давлением 0,8 МПа и температурой 20÷40°C.
По окончании продувки из цистерны отбирается проба воздуха на содержание углеводорода и кислорода. Далее, если для технического освидетельствования требуется зачистка внутренней поверхности цистерны, используют промывку ее горячей водой.
Промывочные воды удаляются насосом на станцию нейтрализации для дальнейшей очистки (Проект института ″Ленгипронефтехим″, реализованный на ТЦС Приморского КБСГ). Это техническое решение позволяет снизить объем ручного труда, но имеет ряд недостатков, основным из которых является сброс избыточного давления СУГ из цистерны на факельную трубу, где сжиженные газы сжигаются, а также большое количество конденсата и промывных вод, подлежащих соответствующей обработке. Длительность обработки составляет ~900 мин (патент РФ на изобретение №2205709).
Известна установка дегазации цистерн для перевозки сжиженных углеводородных газов (СУГ), включающая цистерну для перевозки СУГ, устройство для производства рабочего тела - азота, сборник конденсата, газоанализатор, подводящие и отводящие трубопроводы, контрольно-регулирующую и запорную арматуру, отличающаяся тем, что в качестве устройства для получения рабочего тела используется адсорбционная азотная установка, соединенная подводящим трубопроводом с цистерной и подпитывающим трубопроводом - с отводящим трубопроводом, на котором установлены: теплообменник предварительного охлаждения, теплообменник конденсатор холодильной машины, фильтр-сепаратор и сборник СУГ, причем теплообменник предварительного охлаждения соединен трубопроводом с паровой зоной фильтра-сепаратора, а жидкостная зона теплообменника-конденсатора соединена с трубопроводом отвода жидкости из фильтра-сепаратора в сборник СУГ, соединенный сливным трубопроводом с цистерной (патент РФ на полезную модель №126635). Известная установка дегазации цистерн является стационарной и не может применяться в полевых условиях. Доставка наиболее громоздкой части - адсорбционной установки - к аварийному участку может быть весьма проблематичной, особенно, когда пути подъезда к аварийному участку железной дороги перекрыты обломками.
Известны технологии слива-налива и дегазации ВЦ от СУГ (Электронный ресурс http://vipgaztech.ru/index.php/ct-menu-item-4/ct-menu-item-6), основанные на применении унифицированных технологических модулей газовых (УТМГ). Технологический комплекс - модульный, блочно-контейнерного исполнения; эксплуатируемый на открытой площадке при температуре окружающей среды от минус 40°С до 45°С. Подготовка вагонов-цистерн производится в два этапа:
Этап 1. Производится 100% слив жидкой фазы СУГ и полный отбор (утилизации) паровой фазы СУГ до атмосферного давления. Оборудование - «Унифицированный технологический модуль газовый типа УТМГ-03М».
Этап 2. Выполняется дегазация (нейтрализация) внутренней поверхности котла вагона-цистерны. Оборудование - модульная установка для выработки азота из воздуха с использованием мембранных технологий с чистотой произведенного газообразного азота до 99,9%.
Оба этапа объединены на аппаратном уровне в единую трубопроводную обвязку с дополнительным общим пультом управления.
Дегазацию производят следующим образом.
- вагоны-цистерны, идущие на ремонт или для подготовки под налив с остатками сжиженных газов, подаются на эстакаду для организации полного слива жидкой фазы и отбора паровой фазы до атмосферного давления за счет использования специального компрессорного агрегата и четырехходового клапана. Количество обрабатываемых вагонов - до 5÷6 в течение 4,0÷5,0 часов.
3
По достижении в котле атмосферного давления происходит переключение работы комплекса на включение в работу мощностей для проведения дегазации (нейтрализации) с использованием газообразного азота. Рабочее давление азотной станции - до 1043 атм, производительность по азоту - не менее 180÷200 м/час. Время обработки одного вагона азотом методом «наддува» составляет не более 1,5 часов. При обработке вагонов по методу «из вагона в вагон» технологическое время составит до 1,0 часа. Данная технология дегазации позволяет полностью исключить необходимость в строительстве факельного хозяйства.
Применение указанной технологии позволяет, в частности:
- в несколько раз снизить затраты владельцев вагонов-цистерн на оплату тарифов предприятиям железнодорожного транспорта на проведение слива и дегазации ВЦ стандартными методами;
- организовать дегазацию котлов цистерн с оформление акта по форме ВУ-19 (ВУ-20).
Для проведения слива СУГ и дегазации ВЦ в полевых условиях необходимо применение нескольких модулей - модуля со специальной компрессорной установкой, отдельного автономного электрогенератора, криогенного газификатора азота. Учитывая масштабы РФ, розыск и доставка всего перечисленного оборудования к месту аварии связана со значительными потерями времени и может представлять собой определенную проблему. При этом необходимо заметить, что мобильные установки газификации азота не относятся к широко распространенным видам промышленного оборудования и имеются не в каждом регионе РФ. К тому же, для развертывания системы необходимо оперативно отыскивать и доставлять к месту аварии обученный персонал инженерных и рабочих специальностей и наблюдателей компании-собственника оборудования. Таким образом, оценочное время с момента аварии до начала откачки СУГ может составить 8-15 дней для регионов восточнее Урала, что неприемлемо.
В описании к патенту РФ на изобретение №2366520 предлагается установка для удаления горючих газов из цистерн, в частности - пропан-бутановой смеси. Установка включает в себя компрессор, соединенную с всасывающим патрубком компрессора линию для отвода газов из цистерны, охладитель и бак-сборник жидкой пропан-бутановой смеси; компрессор выполнен гидроприводным и снабжен масляным насосом, двигателем и маслопроводами, причем всасывающие клапаны гидроприводного компрессора установлены с возможностью принудительного открывания и закрытия. Установка дополнительно снабжена эжектором, газовый объем бака-сборника пропан-бутановой смеси соединен с рабочим соплом эжектора, приемная камера эжектора соединена с линией отвода газов из цистерны, диффузор эжектора соединен с всасывающим патрубком гидроприводного компрессора, причем на линиях соединения установлены запорные органы. Между диффузором эжектора и всасывающим патрубком гидроприводного компрессора установлен ресивер. Установка снабжена нагреваемым испарителем, испаритель соединен с баком-сборником линией, снабженной насосом, газовый объем испарителя соединен с рабочим соплом эжектора, а на соединительных линиях установлены запорные органы. Нагнетающая линия гидроприводного компрессора соединена с рабочим соплом эжектора линией с запорным органом. Двигатель масляного насоса выполнен в виде газового двигателя внутреннего сгорания. Установка размещена на подвижном шасси. Удаление горючих газов из цистерны проводят не путем вытеснения пропан-бутановой смеси инертным газом, например азотом, а вакуумированием объема цистерны. После вакуумирования объем цистерны заполняют атмосферным воздухом. Дальнейшие ремонтные работы осуществляют после доведения содержание пропан-бутана в смеси с атмосферным воздухом до уровня ниже нижнего предела воспламеняемости. Исходя из стандартных данных (см., например, Стаскевич Н.Л. и др. «Справочник по газоснабжению и использованию газа», Л., изд. «НЕДРА» // Л.О., 1990 г., с. 301), вакуумирование должно быть проведено до остаточного давления в цистерне на уровне 5-10 мм рт.ст. (при нижнем пределе воспламеняемости содержание горючего газа в смеси с воздухом составляет не более 1,7% по объему).
На основании патента РФ №2366520 учеными Уральского государственного университета разработана промышленная установка для удаления остаточных паров сжиженных газов (бутан, пропан, смеси) из железнодорожных цистерн (Электронный ресурс http://exterra.su/degazaciya-zhd-cistern), которая имеет широкий спектр применения:
- удаление газов из железнодорожных цистерн (бутан, пропан, их смесь и др.) в составе станции дегазации;
- подготовка к ремонту промышленных емкостей (цистерн, резервуаров и контейнеров), с другими углеводородными продуктами и химическими соединениями (аммиак, метанол, этанол и т.д.);
- обслуживание газовых хозяйств и резервуаров малого размера при использовании мобильного варианта установки.
Принцип действия этой установки состоит в следующем:
- установка откачивает газы из цистерны и сжимает их, переводя в жидкое состояние, после чего сжиженный газ поступает в приемную емкость (ресивер);
- цистерна заполняется инертным газом, например техническим азотом, через газоразделительный азотный блок.
После продувки азотом цистерна полностью дегазирована. Собранный в ресивере газ может быть передан на производство в качестве топлива или сырья, либо послужить топливом для двигателя внутреннего сгорания установки, приводящего в действие вакуумный насос (непосредственно или через газовый генератор).
Указанная стационарная установка состоит из большого количества аппаратуры - гидроприводного компрессора, эжектора, газового ресивера, вакуумного насоса, емкости для азота, нагреваемого испарителя. Мобильный вариант установки для удаления СУГ из аварийных ВЦ потребует большое количество передвижных модулей, что ограничивает ее применение в полевых условиях.
Из описания к патенту РФ на изобретение РФ №2317478 известен способ удаления газа из сосуда при выводе его из эксплуатации. В соответствии с известным способом, при выводе из эксплуатации внутреннюю полость сосуда в верхней ее части сообщают с технологической линией, а в нижнюю часть внутренней полости сосуда подают воду под давлением, вытесняют и удаляют из сосуда содержащийся в нем газ, возвращая его в технологическую линию. После этого подачу воды прекращают, внутреннюю полость сосуда в верхней ее части от технологической линии отключают и сообщают с атмосферой, а в нижней части внутреннюю полость сосуда соединяют с выпускным патрубком, через который выводят из сосуда воду.
Для успешного осуществления и использования известного способа необходимо, чтобы конструкция грузовых емкостей судов-газовозов (и других сосудов) обеспечивала заполнение всего внутреннего пространства водой и полное вытеснение газа водой без образования пузырей, удаление воды без образования застойных зон, сбор и полное вытеснение. Использование изобретения позволяет исключить расходы продувочного инертного газа (азота) на продувку сосудов, избежать потерь товарного газа, снизить затраты на производство газовых анализов, повысить безопасность при удалении из сосудов горючих пожаровзрывоопасных и токсичных газов.
Способ по патенту РФ №2317478 нельзя использовать для опорожнения и дегазации ВЦ от СУГ в связи с невозможностью полного вытеснения СУГ водой. Конструкция ВЦ не позволяет обеспечить заполнение всего внутреннего пространства котла ВЦ водой, а также не позволяет обеспечить полное вытеснение СУГ водой без образования обширных застойных зон. Это связано с особенностями конструкции ВЦ для перевозки СУГ, что будет рассмотрено ниже.
ПОДРОБНОЕ РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение направлено на разработку способа и установки опорожнения и дегазации ВЦ от СУГ, которые удовлетворяют следующим условиям:
- опорожнение ВЦ от основной массы СУГ и перекачка ее в порожнюю ВЦ для СУГ;
- дегазация ВЦ до требований нормативной документации;
- возможность создания недорогой малогабаритной мобильной установки на железнодорожном транспорте с использованием оборудования пожарных и восстановительных поездов, эксплуатируемых на железных дорогах;
- возможность создания недорогой малогабаритной мобильной установки на базе автомобильного транспорта с использованием оборудования пожарных и восстановительных поездов, эксплуатируемых на железных дорогах;
- возможность создания недорогой малогабаритной стационарной установки в условиях вагоноремонтного депо.
Технический результат настоящего изобретения состоит в разработке установки, с помощью которой можно организовать опорожнение аварийных ВЦ от жидкой и паровой фазы СУГ и провести ее дегазацию на месте аварии, а также в стационарных условиях без применения дорогостоящих компрессорных установок и жидкого азота.
Вышеуказанные задачи решены благодаря тому, что установка для слива сжиженных углеводородных газов (СУГ) из вагона-цистерны (1), оснащенного угловыми сливо-наливными вентилями (6 и 7), угловым вентилем для отбора и подачи паров СУГ (8), сливо-наливными трубами (4) и трубой для отбора и подачи паров СУГ (5), содержит в себе:
вагон-цистерну (12) для приема СУГ, оснащенную угловыми сливо-наливными вентилями (34 и 35), угловым вентилем для отбора и подачи паров СУГ (36), сливо-наливными трубами (37),
вагон-цистерну (13) для вытесняющей жидкости,
уравнительный трубопровод (40), вход которого подключен к вентилю (8) цистерны (1), а выход - к вентилю (82) цистерны (12),
переливной трубопровод (38), вход которого подключен к вентилю (7) цистерны (1), а выход - к вентилю (36) цистерны (12),
нагнетательный трубопровод (15), вход которого сообщен с цистерной (13) выше уровня залива, а выход - подключен к вентилю (6) цистерны (1), при этом трубопровод (15) оснащен обратным клапаном для СУГ (22) и кранами (21) и (17), установленными на отрезке между клапаном (22) и цистерной (13),
насос (20) для перекачки вытесняющей жидкости, выполненный с возможностью создания давления, по меньшей мере, 2,5 МПа, вход которого подключен к всасывающей линии (39), оснащенной обратным клапаном (16) и имеющей входное отверстие, расположенное вблизи дна цистерны (13), а выход подключен к трубопроводу (15) на отрезке между кранами (21) и (17), через кран (30).
Вышеупомянутая вытесняющая жидкость может представлять собой, в частности, воду или водный раствор, не замерзающий при температуре, ниже 0°С, предпочтительно - при температуре ниже -15°С, особенно предпочтительно - при температуре ниже -25°С, еще более предпочтительно - при температуре ниже -30°С.
В одной из предпочтительных форм выполнения переливной трубопровод (40) может быть оснащен установкой (11) для очистки СУГ от капель и паров вытесняющей жидкости.
В еще одной предпочтительной форме выполнения на всасывающей линии (39) вышеупомянутого насоса может быть установлен фильтр для очистки вытесняющей жидкости (19).
В другой предпочтительной форме выполнения в качестве вагон-цистерны (13) применяют вагон-цистерну пожарного поезда.
В одной из предпочтительных форм выполнения на всасывающей линии (39) насоса (20) установлен кран (18).
В еще одной предпочтительной форме выполнения трубопровод (15) снабжен манометрами, установленными на отрезке между клапаном (22) и краном (21), и/или на отрезке между кранами (21) и (17), и/или на отрезке между клапаном (22) и вентилем (6).
В другой предпочтительной форм выполнения трубопровод и/или манометр установлен на переливном трубопроводе.
В одной из предпочтительных форм выполнения трубопровод (15) снабжен жидкостным расходомером для контроля объема жидкости, перекачанной из цистерны (13) в цистерну (1).
В еще одной предпочтительной форме выполнения уравнительный трубопровод снабжен ответвлением для отбора проб с вентилем (29).
В другой предпочтительной форме выполнения на переливном трубопроводе установлен датчик, выполненный с возможностью определения типа перекачиваемой жидкости, предпочтительно бесконтактный датчик.
В одной предпочтительной форме выполнения датчик выполнен с возможностью автоматического отключения насоса (20) при изменении типа перекачиваемой жидкости.
В еще одной предпочтительной форме выполнения насос (20) представляет собой плунжерный насос высокого давления.
Вышеуказанная задача также решается благодаря тому, что установка для дегазации вагона-цистерны (1), оснащенного угловыми сливо-наливными вентилями (6 и 7), угловым вентилем для отбора и подачи паров СУГ (8), сливо-наливными трубами (4) и трубой для отбора и подачи паров СУГ (5), после его заполнения вытесняющей жидкостью до уровня входного отверстия трубы (5), содержит в себе:
нагнетательный трубопровод (15), оснащенный обратным клапаном для СУГ (22), выход которого подключен к вентилю (6) цистерны (1),
емкость (31) для инертного газа под давлением, подключенную к входу трубопровода (15) через газовый редуктор (32) и кран (33),
мобильную факельную установку (27) для сжигания СУГ,
сбросной трубопровод (41), оснащенный огнепреградительным клапаном (28) и краном (24), вход которого подключен к вентилю (8), а выход - ко входу факельной установки (27).
В одной предпочтительной форме выполнения вышеупомянутая емкость (31) представляет собой группу баллонов, подключенных к газовой рампе, суммарным объемом, по меньшей мере, 280 литров, предпочтительно, по меньшей мере, 400 литров, особенно предпочтительно, по меньшей мере, 520 литров.
В еще одной предпочтительной форме выполнения вышеупомянутый баллон представляет собой азотный баллон объемом 40 литров.
В другой предпочтительной форме выполнения вышеупомянутый баллон (31) представляет собой баллон, заполненный гелием, аргоном или криптоном.
В одной предпочтительной форме выполнения установка дополнительно содержит в себе компрессор (26) для нагнетания воздуха, подключенный к входу трубопровода (15) через кран (25).
В еще одной предпочтительной форме сбросной трубопровод (41) оснащен устройством стабилизации потока для предотвращения резких пульсаций, выбранным из группы, гидравлическое сопротивление, дроссель и/или автоматический быстродействующий регулятор.
В другой предпочтительной форме выполнения сбросной трубопровод оснащен устройством стабилизации потока для предотвращения резких пульсаций, представляющим собой ресивер.
В одной предпочтительной форме выполнения в качестве ресивера используют газовый карман цистерны (12).
Вышеуказанная задача также решается благодаря тому, что в предлагаемом способе слива сжиженного углеводородного газа (СУГ) из вагона-цистерны (1), оснащенного угловыми сливо-наливными вентилями (6 и 7), угловым вентилем для отбора и подачи паров СУГ (8), сливо-наливными трубами (4) и трубой для отбора и подачи паров СУГ (5), используют вышеописанную установку, при этом цистерна (13) заполнена вытесняющей жидкостью, обратный клапан (16) залит вытесняющей жидкостью, а все краны и вентили закрыты; способ предусматривает следующие стадии:
(а) открывают вентили (8) и (36) и посредством вентиля (35) выравнивают давление в цистерне (1) и (12),
(б) обеспечивают рециркуляцию вытесняющей жидкости в трубопроводе (15) посредством насоса (20) и кранов (17), (18) и (30),
(в) закрытием крана (17) доводят давление в трубопроводе (15) до 2,5?3,0 МПа,
(г) открытием вентиля (6), а затем вентиля (21) обеспечивают подачу вытесняющей жидкости (14) из цистерны (13) в цистерну (1) по трубопроводу (15), одновременно с вытеснением СУГ из цистерны (1) в цистерну (12) по переливному трубопроводу (40),
(д) при достижении вытесняющей жидкостью уровня входного отверстия трубы (5) прекращают ее подачу посредством закрытия крана (21), открытия крана (17) и отключения насоса (20),
(е) закрывают краны (17), (18) и (30).
В одной из предпочтительных форм осуществления достижение вытесняющей жидкостью уровня входного отверстия трубы (5) контролируют посредством кратковременного открывания и закрывания контрольного вентиля (29).
В еще одной предпочтительной форме осуществления контроль за выравниванием давления на стадии (1) осуществляют по манометру (9).
Вышеуказанная задача также решена благодаря тому, что в способе дегазации вагона-цистерны (1), оснащенного угловыми сливо-наливными вентилями (6 и 7), угловым вентилем для отбора и подачи паров СУГ (8), сливо-наливными трубами (4) и трубой для отбора и подачи паров СУГ (5), после его заполнения вытесняющей жидкостью до уровня входного отверстия трубы (5), используют вышеописанную установку, в которой емкость (31) заполнена инертным газом под высоким давлением и все вентили и краны закрыты; при этом в соответствии с предлагаемым способом:
(а) контролируют давление в цистерне посредством манометра (9), подключенного к вентилю (7) цистерны (1),
(б) стравливают СУГ из цистерны (1) на горящий факел (27) посредством крана (24) до минимального нормативного избыточного давления СУГ в ВЦ,
(в) закачивают в цистерну (1) инертный газ из емкости (31) через редуктор (32), повышая избыточное давление, по меньшей мере, на 10% выше, чем в цистерне (1) посредством крана (33),
(г) позволяют инертному газу смешаться с парами СУГ в цистерне (1),
(д) повторяют стадии (б), (в) и (г), пока содержание СУГ в смеси с инертным газом не уменьшится до уровня, при котором газовая смесь в цистерне (1) не образует воспламеняющиеся или взрывоопасные смеси с воздухом в любых соотношениях.
В одной из предпочтительных форм осуществления избыточное давление, достигаемое в конце стадии (б), составляет 0,1070,20 МПа, предпочтительно - 0,15 МПа.
В еще одной предпочтительной форме осуществления давление на стадии (в) повышают, по меньшей мере, в 3 раза, предпочтительно, по меньшей мере, в 5 раз по сравнению с давлением, достигаемым в конце стадии (б).
В другой предпочтительной форме осуществления инертный газ и пары СУГ перемешиваются в течение 20 минут.
В одной из предпочтительных форм осуществления между стадиями (б) и (в) в цистерну (1) посредством компрессора (26) закачивают такое количество воздуха, чтобы обеспечить концентрацию СУГ в воздухе выше верхнего концентрационного предела взрываемости.
В еще одной предпочтительной форме осуществления нагнетание воздуха в трубопровод (15) проводят после предварительной закачки воздуха в параллельно подключенный к трубопроводу (15) ресивер большого объема, в котором с помощью компрессора (26) предварительно создают давление, по меньшей мере, 1,0 МПа, предпочтительно, 1,5 МПа.
Вышеуказанная задача также решена благодаря тому, что предлагаемый способ слива сжиженных углеводородных газов (СУГ) и дегазации СУГ из вагона-цистерны (1), оснащенного угловыми сливо-наливными вентилями (6 и 7), угловым вентилем для отбора и подачи паров СУГ (8), сливо-наливными трубами (4) и трубой для отбора и подачи паров СУГ (5), характеризуется следующими этапами:
(а) на первом этапе осуществляют первый из вышеописанных способов,
(б) на втором этапе осуществляют второй из вышеописанных способов.
В предпочтительной форме осуществления установку, применяемую на стадии (б), по меньшей мере, частично монтируют из оборудования установки, применяемой для осуществления стадии (а).
В одной из предпочтительных форм осуществления узлы установки, используемой на стадии (а) и установки, используемой на стадии (б), объединены в единую установку.
Таким образом, как было описано выше, задачи изобретения решаются прежде всего с помощью установки для опорожнения и дегазации ВЦ от СУГ (УОДВЦ). Конструкция УОДВЦ и ее составных частей показаны на фиг. 1, 2 и 3.
В состав УОДВЦ (фиг. 1) входят следующие основные элементы:
аварийная ВЦ, содержащая СУГ (1),
порожняя ВЦ для приема СУГ (12),
вагон-цистерна с умягченной водой (13) (в качестве такой цистерны может использоваться вагон-цистерна пожарного поезда),
водяной насос высокого давления (20), который развивает давление более 2,5 МПа (в качестве такого насоса могут использоваться, например, малогабаритные плунжерные насосы высокого давления),
воздушный компрессор (26),
воздушный вентиль компрессора (30),
азотный баллон 40 л (31),
редуктор баллонный высокого давления (32),
установка для осушки СУГ от капель и паров воды (11),
малогабаритная факельная передвижная установка (27) для сжигания СУГ в полевых условиях,
вспомогательное оборудование - обратный клапан для воды (16), вентили для воды (17, 18, 21), фильтр для очистки воды (19), манометры (9), запорный вентиль воздушный и для газа пропана (25 и 24), клапан обратный для СУГ (22), огнепреградительный клапан (28),
сливо-наливная арматура аварийной ВЦ СУГ - угловые сливо-наливные вентили (6 и 7), угловой вентиль для отбора и подачи паров сжиженного газа (8), сливо-наливные трубы (4) (показаны схематично), труба для отбора и подачи паров сжиженного газа (5) (показана схематично),
сливо-наливная арматура порожней ВЦ - угловые сливо-наливные вентили (34 и 35), угловой вентиль для отбора и подачи паров сжиженного газа (36), сливо-наливные трубы (37) (показаны схематично).
На фиг. 2 и 3 для аварийной ВЦ детально показано расположение сливоналивной арматуры (6, 7, 8), сливо-наливных труб (4), трубы для отбора и подачи паров сжиженного газа (5), контрольно-измерительной арматуры (42, 43, 44, 45, 46). Необходимо отметить, что сливоналивная, контрольно-измерительная арматура и предохранительный клапан (на фиг. 1, 2, 3 не показан) размещаются на крышке люка ВЦ и при транспортировке закрыты защитным колпаком. Сливо-наливная арматура (фиг. 2) включает три вентиля (два жидкостных (6 и 7), и один газовый (8)). Контрольно-измерительная арматура (фиг. 3) включает два вентиля контроля предварительного (42) и предельного уровня наполнения (41), вентиль контроля слива (44) и вентиль для зачистки остатков продукта (45), соединенный с трубой дренажной (37).
Особенно следует остановиться на уровне налива и слива СУГ, а также на высоте расположения среза трубы для отбора и подачи паров СУГ. На фиг. 3 показаны H1 - расстояние между срезом трубы для отбора и подачи паровой фазы СУГ и верхней внутренней поверхностью сосуда цистерны, Н2 - расстояние между предельным уровнем налива СУГ и верхней внутренней поверхностью сосуда цистерны, Н3 - расстояние между контрольным уровнем налива сжиженного газа и верхней внутренней поверхностью сосуда цистерны. Для модели ВЦ типа 15-9872 расстояние Н1=0,215 м, расстояние Н2=0,710 м, расстояние Н3=0,790 м. Зная радиус ВЦ, равный 1,6 м, а также длину ВЦ, равную 11 м, можно определить объемы сегментов ВЦ над уровнями H1, Н2 и Н3.
3
Выше уровня H1=0,215 м объем (Vн1) свободного пространства в ВЦ равен 2,8 м.
3
Выше уровня Н2=0,71 м объем (Vн2) свободного пространства в ВЦ равен 14,52 м.
3
Выше уровня Н3=0,79 м объем (Vн2) свободного пространства в ВЦ равен 16,57 м.
Эти данные необходимы для расчета массы паров СУГ в свободном пространстве.
3
Толщина слоя, заключенного в ВЦ между Н3 и Н2, равна 0,08 м, а объем указанного слоя по длине ВЦ равен 16,57-14,52=2,05 м.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1. Схема установки для опорожнения и дегазации ВЦ от СУГ (УОДВЦ).
Фиг. 2. Схема расположения сливо-наливных труб и трубы для отбора и подачи паров сжиженного газа и угловых вентилей в ВЦ.
Фиг. 3. Схема расположения контрольных вентилей и уровнемера в ВЦ.
На фигурах приняты следующие обозначения:
1 - аварийная ВЦ,
2 - патрубок люка,
3 - крышка люка,
4 - сливо-наливные трубы (показаны схематично),
5 - труба для отбора и подачи паров сжиженного газа,
6 - первый угловой сливо-наливной вентиль,
7 - второй угловой сливо-наливной вентиль,
8 - угловой вентиль для отбора и подачи паров сжиженного газа,
9 - манометр,
10 - жидкость СУГ,
11 - установка для осушки СУГ от капель и паров воды,
12 - порожняя ВЦ для приема СУГ,
13 - вагон-цистерна с умягченной водой,
14 - умягченная вода,
15 - трубопровод,
16 - обратный клапан для воды,
17 - вентиль подачи воды,
18 - вентиль обратного тока воды,
19 - фильтр для очистки воды,
20 - водяной насос высокого давления,
21 - вентиль подачи воды в аварийную ВЦ,
22 - клапан обратный для СУГ,
23 - трубопровод подачи воды в аварийную ВЦ,
24 - запорный вентиль газа (пропановый),
25 - запорный вентиль воздушный,
26 - компрессор воздушный,
27 - факельная передвижная установка,
28 - огнепреградительный клапан,
29 - контрольный вентиль раздела жидкостей СУГ-вода,
30 - воздушный вентиль компрессора,
31 - азотный баллон 40 л,
32 - редуктор баллонный высокого давления,
33 - вентиль газовый.
34 - первый угловой сливо-наливной вентиль порожней цистерны,
35 - второй угловой сливо-наливной вентиль порожней цистерны,
36 - угловой вентиль для отбора и подачи паров сжиженного газа,
37 - сливо-наливные трубы порожней вагоноцистерны,
38 - переливной трубопровод,
39 - всасывающая линия,
40 - переливной трубопровод,
41 - сбросной трубопровод,
42 - скоростные клапаны,
43 - карман для термометра,
44 - поддон сосуда цистерны,
45 - труба дренажная,
46 - низ сосуда цистерны,
47 - нижний уровень слива,
48 - предельный уровень налива сжиженного газа,
49 - вентиль предельного уровня налива с маховиком красного цвета,
50 - вентиль контроля уровня верхнего налива с маховиком зеленого цвета,
51 - вентиль газовый для опорожнения трубки контроля слива,
52 - вентиль контроля слива,
53 - дренажный вентиль,
H1 - расстояние между срезом трубы для отбора и подачи паровой фазы СУГ и верхней внутренней поверхностью сосуда цистерны,
Н2 - расстояние между предельным уровнем налива сжиженного газа и верхней внутренней поверхностью сосуда цистерны,
Н3 - расстояние между контрольным уровнем налива сжиженного газа и верхней внутренней поверхностью сосуда цистерны.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Опорожнение и дегазация ВЦ (далее ВЦ) от СУГ производится в два этапа с помощью установки УОДВЦ, показанной на фиг. 1. Ниже приводятся описание способов опорожнение и дегазация ВЦ от СУГ.
Этап 1. Опорожнение ВЦ от жидкой фазы СУГ и частично от газовой фазы СУГ;
Этап 2. Дегазация ВЦ. Дегазация ВЦ в свою очередь может производиться двумя способами: с использованием азотных баллонов объемом 40 л; с использованием азотных баллонов объемом 40 л и воздушного компрессора.
Порядок проведения этапов опорожнения и дегазации ВЦ от СУГ приводится ниже.
Опорожнение ВЦ от жидкой фазы СУГ и частично от жидкой фазы СУГ.
Порядок опорожнения ВЦ от жидкой фазы СУГ и частично от жидкой фазы СУГ приводится ниже:
1. В начальный период все вентили УОДВЦ закрыты (фиг. 1).
2. Открыть вентили (8 и 36), затем открыть вентиль (35) для выравнивания давления в ВЦ (1) и порожней ВЦ (12). Дождаться полного выравнивания давления в ВЦ и порожней ВЦ. Контроль за выравниванием давления вести по манометру (9), установленному на порожней ВЦ (12). После выравнивания давления стрелка манометра (9) станет неподвижной.
3. Залить воду в обратный клапан (16) для приведения его в рабочее состояние. Открыть вентили (17, 18 и 30), включить водяной насос высокого давления (ВНВД) для рециркуляции воды по трубопроводу (15).
4. Поднять давление в трубопроводе (15) до 2,5÷3,0 МПа. Для этого плавно прикрывать вентиль (17).
3
3
3
5. Подавать воду в аварийную ВЦ (1) для вытеснения СУГ в порожнюю ВЦ (12). Для этого открыть вентиль (6), а затем вентиль (21). Плотность воды (1 т/м) больше чем плотность жидкого СУГ (плотность сжиженного пропана при температуре 15°С и нормальном атмосферном давлении составляет 0,51 т/м, плотность сжиженного бутана 0,58 т/м), и уровень закачиваемой воды в ВЦ (1) находится ниже уровня СУГ. При закачке воды из ВЦ вытесняется паровая фаза СУГ, а затем вытесняется жидкая фаза СУГ.
6. Подачу воды в аварийную ВЦ прекратить при появлении воды из контрольного вентиля (30) ВЦ (1). Вода из контрольного вентиля (29) появляется при подъеме уровня раздела жидкий газ - вода до уровня среза трубы (5) для отбора и подачи паров СУГ. Для этого контролировать первое появление воды из контрольного вентиля (29) путем периодического открывания и закрывания вентиля. Для прекращения подачи воды вентиль (21) плавно закрыть, вентиль (17) открыть и отключить насос НВДВ (20).
7. Закрыть вентили (17, 18 и 30).
3
8. На примере пропана, использующегося в качестве СУГ. Из ВЦ (1) произведено передавливание в порожнюю ВЦ (12) практически всего газообразного пропана, а также полностью перекачан жидкая фаза СУГ, в том числе и жидкий газ, находящийся между уровнями Н3 и Н2. Для модели ВЦ типа 15-9872 это означает следующее: произведено практически полное вытеснение паровой и жидкой фазы пропана. Над слоем воды глубиной 2,985 м, выше уровня H1 находится газообразный пропан объемом 2,8 м при давлении около 1,6 МПа.
Требования к дегазации ВЦ
Известно, что перед проведением работ внутри котла цистерны необходимо провести анализ воздушной среды в объеме котла на отсутствие опасной концентрации углеводородов и на содержание кислорода. Содержание кислорода должно быть в пределах 19-20% (об.). Концентрация горючих веществ в объеме котла не должна превышать 20% от значения нижнего концентрационного предела распространения пламени (далее - НКПР) СУГ (ППБ 01-03 Правили пожарной безопасности в Российской Федерации).
Пределы взрываемости (в %, по объему) пропана и бутана приведены в таблице 2 (Янович А.Н. Охрана труда и техника безопасности в газовом хозяйстве. // М.: Недра, 1975. 216 с.).
ТАБЛИЦА 2
Пределы взрываемости (% по объему) пропана и бутана
Вещество
Нижний концентрационный предел взрываемости (НКПВ)
Верхний концентрационный предел взрываемости (ВКПВ)
Пропан
2,1
9,5
н-Бутан
1,5
8,5
Допустимая концентрация горючих веществ (пропана и бутана) в объеме котла цистерны перед ремонтом цистерны приведена в таблице 3.
ТАБЛИЦА 3
Допустимая концентрация горючих веществ (пропан и бутана) в объеме котла
Вещество
20% от нижнего концентрационного предела взрываемости (20% НКПВ)
Пропан
0,42
н-Бутан
0,3
В настоящей работе дегазация ВЦ (здесь удаление СУГ из ВЦ до безопасных концентраций) производится двумя способами:
- дегазация ВЦ с использованием азотных баллонов объемом 40 литров (способ №1);
- дегазация ВЦ с использованием азотных баллонов объемом 40 литров и воздушного компрессора (способ №2).
Рассмотрим основные характеристики азотных баллонов объемом 40 литров. Основные характеристики азотных баллонов 40 литров следующие:
- объем 40 литров,
- масса баллона 65 кг,
- рабочее давление 14,7 МПа,
- масса газа 7,5 кг,
- тип запорного устройства - вентиль (ГОСТ 949-73 «Баллоны стальные малого и среднего объема для газов на Рр не более 19,6 МПа»).
3
3
3
Плотность азота при нормальных условиях (давление 0, 101325 МПа, температура 0°С) равна 1,251 кг/м. Тогда объем газа в баллоне будет равен 7,5/1,251=6 м. Указанного объема газа достаточно для 2-х кратной замены газа в объеме цистерны, равном 2,8 м.
ПРИМЕР 1.
Проведение дегазации ВЦ с использованием азотных баллонов объемом 40 литров (способ 1)
1. Все вентили установки УОДВЦ закрыты.
2. Стравить на горящий факел (27) СУГ из ВЦ до давления СУГ в ВЦ, равного 0,15 МПа. Для этого сначала открыть вентиль (6) - с целью контроля уровня давления с помощью манометра (9). Затем последовательно открыть вентиль (7) и вентиль (24), обеспечить безопасный поджог выходящего пропана на факельной передвижной установке с помощью дежурного факела.
3
3
3
3. При достижении давления в ВЦ, равного 0,15 МПа, последовательно закрыть вентиль (7) и вентиль (24). В ВЦ (1) находится газообразный пропан объемом 2,8 м при давлении около 0,15 МПа. Плотность газообразного пропана при нормальных условиях составляет 2,019 кг/м (далее принимаем 2,0 кг/м). Тогда масса пропана в ВЦ при давлении 0,15 МПа составляет 2,8·1,5·2,0=8,4 кг.
4. Закачиваем в ВЦ (1) газообразный азот до достижения давления 1,0 МПа. Для этого открыть вентили баллонов с азотом (давление в азотном баллоне 40 л 15 МПа) (31), затем открыть редукторы баллонные высокого давления (32) и обеспечить подачу азота в линию для подъема давления в ВЦ не выше 1,0 МПа. Открыть вентиль (21). После достижения в ВЦ давления 1,0 МПа последовательно закрыть вентили (21), (33), (32) и (31). Дать временную выдержку 20 минут для обеспечения перемешивания азота и СУГ.
5. Стравить на горящий факел (27) газовую смесь азота и СУГ из ВЦ до давления смеси газа в ВЦ 0,15 МПа. Содержание пропана в ВЦ уменьшилось в 6,6 раз и стало равным 1,27 кг.
6. Повторить последовательно операции по пункту 4 и пункту 5 второй раз. Содержание пропана в ВЦ снова уменьшилось в 6,6 раз и стало равным 0,19 кг.
7. Повторить последовательно операции по пункту 4 и пункту 5 третий раз. Содержание пропана в ВЦ уменьшилось в 6,6 раз и стало равным 0,029 кг.
8. Повторить последовательно операции по пункту 4 и пункту 5 четвертый раз. Содержание пропана в ВЦ уменьшилось в 6,6 раз и стало равным 0,0044 кг.
9. Повторить последовательно операции по пункту 4 и пункту 5 пятый раз. Содержание пропана в ВЦ уменьшилось в 6,6 раз и стало равным 0,00066 кг.
3
Плотность азота при нормальных условиях при 1,251 кг/м. Масса азота в ВЦ при давлении 0,15 МПа равна 1,25·1,5·2,8=5,25 кг. Тогда процентное содержание пропана в азоте будет равно 0,00066·100/5,24=0,083%. Дегазация ВЦ завершена - концентрация пропана 0,0083% в азотно-пропановый смеси газов меньше чем 0,42%, что составляет 20% от НКПВ пропана.
3
3
Необходимо отметить, что на проведение указанной операции необходимо 10 азотных баллонов емкостью 40 л каждый. Общий расход азота на дегазацию одной вагоноцистерны составил 60 м азота. Для дегазации одной ВЦ по технологии слива - налива и дегазации ВЦ от СУГ (http://www.vipgaztech.ru/index.php/ct-menu-item-4/ct-menu-item-6) потребовалось бы 270÷300 м азота (т.е. в 4,5÷5 раз больше, чем в соответствии с предлагаемым способом).
Для хранения 10 баллонов предполагается использовать рампу азотную типа РА-10спец (2×5), предназначенную для непрерывного снабжения азотом потребителей от баллонов давлением до 20 МПа (http://www.cryocom.ru/catalog/index.php/rampa-azotnaya-tip-ra). Азотные баллоны могут храниться в пожарном или восстановительном поезде с использованием рампы на 10 баллонов.
ПРИМЕР 2.
Проведение дегазации ВЦ с использованием азотных баллонов и воздушного компрессора (способ 2)
1. Все вентили установки УОДВЦ закрыты.
2. Стравить на горящий факел (27) СУГ из ВЦ до давления СУГ в ВЦ, равного 0,15 МПа. Для этого сначала открыть вентиль (6) с целью контроля уровня давления с помощью манометра (9). Затем последовательно открыть вентиль (7) и вентиль (24), обеспечить безопасный поджог выходящего пропана на факельной передвижной установке с помощью дежурного факела.
3
3. При достижении давления в ВЦ, равного 0,15 МПа, последовательно закрыть вентиль (7) и вентиль (24). В ВЦ (1) находится газообразный пропан объемом 2,8 м при давлении около 0,15 МПа.
3
3
Плотность газообразного пропана при нормальных условиях составляет 2,019 кг/м (далее принимаем 2,0 кг/м). Тогда масса газа пропана в ВЦ при давлении 0,15 МПа будет равна 2,8·1,5·2,0=8,4 кг.
4. Закачать в ВЦ (1) с пропаном такое количество воздуха, чтобы концентрация пропана в воздухе была выше ВКПВ. Для этого закачать в ВЦ (1) воздух до достижения давления 1,5 МПа. Для этого открыть вентиль (25) и (17). Затем включить воздушный компрессор (26). Путем закрывания вентиля (17) поднять давление воздуха в линии до 1,5 МПа. Открыть вентиль (21), закрыть вентиль (17) и обеспечить подъем давления пропано-воздушной смеси в ВЦ (1) до 1,5 МПа. Закрыть вентили (21), выключить воздушный компрессор (26), закрыть вентиль (25). Дать временную выдержку 20 минут для обеспечения перемешивания воздуха и СУГ. Объемная концентрация пропана в пропан-воздушной смеси уменьшилась до 11,11%. Такая концентрация пропана в пропан-воздушной смеси больше, чем верхний концентрационный предел взрываемости (ВКПВ пропана равен 9,5%), и является безопасной в обращении.
5. Закачиваем в ВЦ (1) газообразный азот до достижения давления 1,0 МПа. Для этого открыть вентили баллонов с азотом (давление в азотном баллоне 40 л 15 МПа) (31), затем открыть редукторы баллонные высокого давления (32) и обеспечить подачу азота в линию для подъема давления в ВЦ не выше 1,0 МПа. Открыть вентиль (21). После достижения в ВЦ давления 1,0 МПа последовательно закрыть вентили (21, 33, 32 и 31). Дать временную выдержку 20 минут для обеспечения перемешивания азота и СУГ.
6. Стравить на горящий факел (27) газовую смесь азота и СУГ из ВЦ до давления смеси газа в ВЦ 0,15 МПа. Содержание пропана в ВЦ уменьшилось в 10 раз, и стадо равным 0,84 кг.
7. Повторить последовательно операции по пункту 5 и пункту 6 второй раз. Содержание пропана в ВЦ снова уменьшилось в 10 раз и стало равным 0,084 кг.
8. Повторить последовательно операции по пункту 5 и пункту 6 третий раз. Содержание пропана в ВЦ уменьшилось в 6,6 раз и стало равным 0,0084 кг.
9. Повторить последовательно операции по пункту 4 и пункту 5 четвертый раз. Содержание пропана в ВЦ уменьшилось в 10 раз и стало равным 0,00084 кг.
3
Плотность азота при нормальных условиях при 1,251 кг/м. Масса азота в ВЦ при давлении 0,15 МПа равна 1,25·1,5·2,8=5,25 кг. Тогда процентное содержание пропана в азоте будет равно 0,00084·100/5,25=0,016%. Концентрация пропана 0,016% в азотно-пропановый смеси газов меньше чем 0,42% (20% от НКПВ пропана). Дегазация ВЦ завершена - концентрация пропана 0,016% в азотно-пропановый смеси газов меньше чем 0,42%, что составляет 20% от НКПВ пропана.
3
3
Следует подчеркнуть, что на проведение данной операции потребовалось не 10, а 8 азотных баллонов емкостью 40 л каждый. Общий расход азота на дегазацию одной вагоноцистерны составил 48 м азота. Для дегазации одной ВЦ по технологии слива - налива и дегазации ВЦ от СУГ (http://www.vipgaztech.ru/index.php/ct-menu-item-4/ct-menu-item-6) необходимо 270÷300 м азота (в 5,6÷6,25 раз больше, чем по данному способу).
Сокращение расхода азота обусловлено применением воздушного компрессора.
После дегазации ВЦ (по способу 1 и способу 2) давление смеси газов равно 0,15 МПа, а концентрация СУГ меньше 20% от НКПВ СУГ. Такую ВЦ можно безопасно транспортировать или для проведения очередного налива СУГ (при отсутствии повреждений котла после осмотра ВЦ) или для проведения пропарки ВЦ острым паром и проведения других операций перед проведением ремонта котла ВЦ (см. электронный ресурс http://rpp.nashaucheba.ru/docs/index-107829.html).
Проведем ориентировочную стоимость оборудования установки для опорожнения и дегазации ВЦ (УОДВЦ) по двум способам - с помощью компрессорной установки и криогенного газификатора азота и по предлагаемому способу. Стоимость передвижной компрессорной установки для перекачки СУГ и криогенного газификатора азота для дегазации ВЦ без учета стоимости транспортного средства и дизель-генератора составляет более 3 млн руб. В то же время оборудование по предлагаемому способу (без учета стоимости транспортного средства и дизель-генератора) значительно дешевле. Так, общая стоимость 10 оборотных азотных баллонов на 40 л, плунжерного насоса высокого давления, воздушного компрессора и другого необходимого оборудования и комплектующих как минимум в 15÷20 раз меньше. Примерно на порядок меньше и вес необходимого для приобретения оборудования при использовании предлагаемой установки УОДВЦ.
Предлагаемая мобильная установка УОДВЦ на базе пожарного поезда и мобильная установка на базе автомобильного транспорта будет использовать существующие дизельгенератор и железнодорожную вагон-цистерну для воды пожарного поезда.
Рампа азотная типа РА-10 спец (2×5), предназначенная для непрерывного снабжения азотом ВЦ от баллонов может находиться с баллонами на пожарном поезде или автотранспортном средстве постоянно, или загружаться баллонами при возникшей необходимости. Порожняя ВЦ для приема СУГ из аварийной ВЦ должна находиться в составе пожарного поезда, причем емкость порожней ВЦ должна быть не менее, чем емкость эксплуатируемых ВЦ. Возможна поставка порожней ВЦ грузовладельцем.
В связи с тем что вода замерзает при 0°С в качестве вытесняющей жидкости вместо воды в зимнее время можно использовать антифризы, например антифризы на основе метилового спирта, этиленгликоля, пропиленгликоля и воды. С их помощью можно обеспечить температуру замерзания антифриза вплоть до -60°С.