Безопасность технологических процессов на объектах, использующих СУГ

Безопасность технологических процессов на объектах, использующих СУГ

А.А. Барабанов,

директор производства оборудования для СУГ ОАО «Промприбор»

В статье приводится краткий анализ обеспечения безопасности технологических процессов на объектах, использующих сжиженные углеводородные газы (СУГ). Рассматриваются перспективы развития оборудования нефтегазового комплекса. Дается описание технологических процессов при операциях слива и налива СУГ, особенности и основные преимущества использования электрозапорной арматуры, ее значимость для обеспечения безопасности.

Ключевые слова: электроуправляемые клапаны, технологические процессы перегрузки СУГ, пластиковые трубопроводы для СУГ, технологические трубопроводы автономного газоснабжения.

Safety of technological processes on the objects using of liquefied hydrocarbon gases. Problems and decisions

А.А. Barabanov

In given article the short analysis of maintenance of safety of technological processes on the objects using of liquefied hydrocarbon gases is resulted. Prospects of development of the equipment of an oil and gas complex are considered. The description of technological processes is given at operations of unloading and loading hydrocarbon gases, features and the basic advantages of use of electrooperated valves, its importance for safety maintenance.

Keywords: electrooperated valves, technological processes of overload SUG, plastic pipelines for SUG, technological pipelines of independent gas supply.

Применение альтернативных видов топлива, таких как природный и сжиженный углеводородный газ, стало так же привычно, как и применение традиционных бензина и дизтоплива.

На фоне увеличения объемов экспорта нефти, расширения парка автомобилей, ухудшения экологической ситуации исследование возможностей применения компримированного

природного газа (КПГ) и СУГ является наиболее актуальной и приоритетной задачей для многих промышленных предприятий во всем мире.

В России более 60 лет сжиженные газы используют в качестве топлива для бытовых нужд, более 30 лет - в качестве автомобильного топлива, и только в последние 10-15 лет произошло резкое увеличение темпов

развития специального оборудования и нормативно-правовой базы по приему, хранению и реализации СУГ. Наша страна за сравнительно короткий промежуток времени прошла достаточно трудный путь по организации учета сжиженных газов и понимания процессов, происходящих при их перекачке, измерении, хранении и транспортировке.

В целом на данный момент предстает ясная картина рынка сжиженных газов и необходимого для его развития оборудования. Выделим основные области применения СУГ:

объекты добычи, переработки и хранения;

коммерческая торговля;

предприятия, использующие сжиженные газы в качестве сырья;

автономное газоснабжение.

Из названного вторая область -

самая обширная. К ней относятся все газонаполнительные и автогазоза-правочные станции, пункты наполнения баллонов и т. д. На этих объектах принимают, хранят и реализуют львиную долю сжиженных углеводородных газов, производящихся в России. Очевидно, что пристальное внимание со стороны контролирующих государственных органов по обеспечению безопасности должно уделяться наиболее интенсивно эксплуатирующимся объектам.

Помимо этого, работа с веществами, находящимися под высоким давлением, должна вызывать у персонала постоянное чувство ответственности и бдительность. Самое страшное, когда бдительность снижается. И это, к сожалению, встречается довольно часто. Небольшая разгерметизация или шаровой водяной кран, купленный в обычном магазине и установленный в технологическую систему СУГ взамен вышедшего из строя, явление обычное, не вызывающее опасения. Конечно, в случае аварийной ситуации наказание полностью ляжет на плечи владельца объекта или ответственного лица. Это справедливо, если бы вокруг опасного объекта не было жилых

•Фш ЯЯШР ЮЛ фщ «ар Jbb И! А

«Транспорт на альтернативном топливе» № 6 (18) ноябрь 2010 г.

Транспорт на СУГ

1&

и производственных зданий в радиусе километра. Тем не менее, нормы и правила безопасности не запрещают размещать опасные объекты на селитебных территориях, а значит, обеспечение безопасности должно быть максимальным.

В целом, объекты, использующие СУГ, схожи по своим технологическим операциям с разницей, заключающейся лишь в объемах хранения, приема, реализации и производительности оборудования.

Анализируя рынок нефтегазового оборудования за 2009 г. по результатам контактов с проектными и эксплуатационными организациями, можно обозначить пути развития оборудования для сжиженных газов. Наиболее приоритетным следует считать:

обеспечение безопасности технологических процессов;

создание и внедрение автоматизированных систем управления технологическими процессами с многоуровневой системой автоматики и безопасности;

всесторонний учет и снижение потерь продукта;

улучшение экологии и уменьшение влияния на окружающую среду.

Определив приоритетные задачи развития оборудования для рынка сжиженных газов нельзя не отметить, что развитие двух рынков - оборудования для измерения, учета, хранения, перегрузки нефтепродуктов и оборудования для СУГ - происходит неравномерно. Объекты, предназначенные для хранения и реализации нефтепродуктов, на сегодняшний день оснащены системами автоматизации и безопасности почти на 100 %, хотя степень опасности и рисков не превосходит объекты, использующие сжиженные газы. Кроме того, всевозможные нефтебазы и склады легковоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ) гораздо чаще подвергаются реконструкции с техническим перевооружением на современное оборудование. Совершенно очевидно,

что не менее важно иметь в стране надежные, хорошо оснащенные и максимально безопасные объекты, хранящие и реализующие сжиженные углеводородные газы.

Техническая организация производственного цикла на газонаполнительных станциях (ГНС), построенных и пущенных в эксплуатацию в конце 70-х - начале 90-х гг., осталась на том же уровне, что была заложена в год постройки, а в сегодняшних непростых экономических условиях реконструкция их откладывалась или не планировалась вообще. Более того, проектные организации, проектируя новые объекты и экономя, создают примитивные газонаполнительные и газозаправочные станции с минимальным набором систем безопасности. Нормативная база и правила безопасности им это позволяют.

На сегодняшний день техническое совершенство оборудования для учета и перегрузки, уровень автоматизации и управления позволяют строить технологический процесс приема, хранения и реализации СУГ на ГНС при минимальных человеческих ресурсах с высокой производительностью работ.

Возьмем для примера вполне типичную газонаполнительную станцию и попробуем подобрать оборудование в соответствии с последними техническими достижениями. Начнем с железнодорожной эстакады приема СУГ. Без сомнения, это должна быть хорошо оборудованная, сертифицированная конструкция, выполненная из огнестойких материалов с широкими (в пределах норм) площадками, легкими и хорошо управляемыми перекидными трапами, укомплектованная датчиками загазованности, пожарной сигнализации, телефонной связью. Технологическое оборудование должно иметь устройства, контролирующие расход продукта, его давление (в системе и емкости), причем это оборудование должно быть связано с центральным пультом управления.

Применяемые насосы насосно-компрессорного отделения должны быть экономичны, производительны. Обязателен контроль давления, вибрации, температуры, наличия жидкости или масла во всасывающих и подающих трубопроводах. Насосы должны быть с двойным торцовым уплотнением, с подачей охлаждающей жидкости. Контроль всех параметров должен осуществляться системой управления с обязательным дублированием и самодиагностикой контролирующих приборов и датчиков.

Слив из железнодорожных цистерн производится в резервуары хранения. Сами емкости интереса для нас не представляют, но вот их обвязка и оснащение контрольно-измерительным оборудованием заслуживает внимания.

В первую очередь, это предохранительные устройства, контролирующие превышение давления и предотвращающие его. Во-вторых, надежная и точная система измерения уровня, позволяющая не только измерять, но и выдавать данные на пульт управления о плотности жидкой и паровой фаз СУГ, его количестве, находящемся в емкости. В-третьих, целесообразно оснащение емкостей управляемыми клапанами или задвижками, регулирующими работу именно того резервуара, наполнение или отбор СУГ из которого происходит в данный момент. Причем система должна это делать автоматически, сверяясь с показаниями уровнемеров.

СУГ для отпуска потребителям подается на посты заправки автоцистерн, а также в отделения наполнения бытовых баллонов. Отделения для наполнения бытовых баллонов необходимо оснащать оборудованием для слива тяжелых остатков из баллонов, участком мойки баллонов, установками для наполнения баллонов объемом от 5 до 50 л, а также оборудованием для выявления утечек и пломбировки вентилей.

«Транспорт на альтернативном топливе» № 6 (18) ноябрь 2010 г. Л ВИВ СВШ ЩИВ) КФ

Далее рассмотрим оснащение постов заправки автоцистерн. Несомненно, применение электронных весов при учетных операциях вполне оправданно, так как подаваемые под погрузку газовозы в большинстве случаев имеют остаток газа в емкости. С другой стороны, контроль за наполнением осуществляется по указателю уровня на емкости. Принимая во внимание достаточно высокую точность существующего на рынке наливного оборудования, можно утверждать, что установки, оснащенные функцией измерения массы и плотности, являются альтернативой электронным весовым устройствам. Следует заметить, что при всем многообразии перечисленного оборудования управление и контроль за технологическими процессами, включая контроль за системами безопасности на каждом этапе перегрузки и отпуска, должна осуществлять единая диспетчерская служба.

Деятельность ГНС регламентирована следующими нормами и правилами: СНиП 2.04.08-87, СНиП 42-012002, СП 42-01-2003, ПБ 12-609-03, ПБ 03-110-96 и др.

Правилами определено, что операции слива и налива СУГ могут осуществляться с использованием резинотканевых рукавов, но предпочтение следует отдавать стальным, шарнирно соединенным трубопроводам. На практике происходит скорее наоборот. Повсеместно применяются резинотканевые шланги, хотя с точки зрения безопасности в сравнении с шарнирными трубопроводами их

преимущество состоит только в невысокой стоимости.

Сравним два гибких трубопровода - резинотканевый и стальной шарнирный, установленные на железнодорожной эстакаде.

Конструкция сливного устройства, оснащенного резиновыми шлангами, подразумевает два стальных жестких трубопровода, идущих от коллектора по обе стороны перекидного мостика. Один из них раздваивается, и на нем закрепляются два резиновых шланга с шарнирно-винтовыми прижимами. Длина каждого из них может достигать 4 м. При наружном диаметре 50 мм внутренний составляет 38 мм. Объем газа, заполняющего эти трубопроводы, будет составлять 4,5 л.

Правилами определено, что должен быть предусмотрен сброс газа на участке от вентиля цистерны до первого отключающего устройства на наливном оборудовании. Из этого следует, что при каждом наливе СУГ в железнодорожную цистерну выбрасывается на свечу около 10 л газа. Кроме этого, три резиновых шланга находятся в свободном состоянии, и при их подключении путь от эстакады до цистерны приходится преодолевать три раза, что не лучшим образом сказывается на производительности налива.

И наконец, безопасность. Во-первых, диаметр условного прохода не позволяет достичь необходимой скорости течения газа, равной 1,2 м/с. Можно возразить, что трубопроводы внутри цистерны тоже имеют условный диаметр 38 мм, но ее конструкцию

оставим на совести разработчиков, а вот оборудование для налива должно исключать накопление статического электричества. Даже при том, что рукава имеют заземление, накопление статики вследствие высокой скорости течения газа не исключается. Во-вторых, срок службы резинотканевых рукавов не превышает 3 мес. Несмотря на то, что они должны испыты-ваться каждые 3 мес., а осматриваться ежедневно, существует опасность возникновения скрытых дефектов или вовремя не обнаруженных трещин. Все это может привести к разрыву шланга и создать условия, опасные для жизни обслуживающего персонала.

Шарнирные стальные трубопроводы не имеют ни одного из перечисленных недостатков. Во-первых, подключение к вентилям железнодорожных цистерн осуществляется простым подведением сразу двух трубопроводов к крышке цистерны. Во-вторых, данные трубопроводы имеют диаметр условного прохода 100 мм, следовательно, скорость течения газа соответствует требованиям правил и не превышает 1,2 м/с. В-третьих, шарнирные трубопроводы оснащены запорной арматурой, находящейся в непосредственной близости от вентилей цистерны, и потери газа при сбросах на свечу составляют не более 150 мл. В-четвертых, данные трубопроводы являются подвижной стальной неразборной конструкцией, которую можно приравнять к стационарному технологическому трубопроводу, не требующему периодического освидетельствования. И последнее -

Транспорт на СУГ

ы

Рис. 2. Диаграмма управления и поддержания требуемого расхода при выдаче заданной дозы продукта с помощью управляемого осесимметричного клапана, измерителя потока и контроллера ЦБУ

«Транспорт на альтернативном топливе» № 6 (18) ноябрь 2010 г.

шарнирный трубопровод представляет собой непрерывную электрическую цепь и не требует заземления.

Мы рассмотрели устройства для перегрузки газа из железнодорожных цистерн, но все проблемы и недостатки, характерные для резинотканевых рукавов, сохраняются и для устройств наполнения автоцистерн. Кроме этого, следует добавить, что при наполнении автомобильных газовых цистерн и контейнер-цистерн, а также при сливе из них было бы гораздо удобнее пользоваться устройствами быстрой расстыковки (рис. 1), по аналогии с головками API на бензовозах. Тогда потери при отсоединении шлангов исключаются совсем.

В настоящее время мы продолжаем работать над совершенствованием автоматизированных систем управления, неотъемлемой частью которых являются электроприводная арматура и электроуправляемые клапаны. Широту применения электромагнитных клапанов обеспечивает, прежде всего, удобство управления технологическими циклами, а также сведение к минимуму участия человека в работе технологической системы.

Другая, более важная функция электроуправляемой арматуры - обеспечение безопасности. Под безопасностью здесь понимается не только защита человека и окружающей среды от возможных аварийных ситуаций, но предохранение оборудования от перегрузок.

Созданные нами электроуправ-ляемые клапаны нашли применение практически во всех отраслях промышленности - от пищевой до химической - и были проверены в максимально жестких условиях от Афганистана до Крайнего Севера.

Рассмотрим часть технологического процесса перегрузки СУГ. При наливе или сливе железнодорожных составов и при последовательном подключении цистерн необходимо регулировать скорость (производительность) налива (v < 1,2 м/с). Для этих целей был разработан ряд

управляемых клапанов для плавного регулирования расхода на любом этапе технологического цикла и для отсечения потока продукта без гидроударов (рис. 2). Данные клапаны можно без сомнения назвать интеллектуальными, так как система управления может одновременно контролировать количество, уровень, плотность и температуру, соответственно и работа клапана будет строиться исходя из оптимальных значений этих величин.

Перспектива применения управляемых клапанов с плавной регулировкой расхода очень широка. Это могут быть уже рассмотренные системы погрузки и выгрузки железнодорожных и автомобильных цистерн, системы компаундирования газов (пропан-бутан), бензинов, дизельного топлива, смешение химических жидкостей, системы плавного регулирования потоков продукта на трубопроводах нефтеперерабатывающих, химических, пищевых предприятий и т.д.

Опыт, приобретенный нами за 50 лет работы на рынке нефтеналивного оборудования, доказывает необходимость применения в любой измерительной системе следующего оборудования:

фильтров;

газоотделителей;

средств измерения жидкостей (счетчиков);

клапанов;

электронных систем управления и автоматизации.

Каждый прибор из перечисленных групп выполняет только ему отведенную функцию, в совокупности они делают измерительную систему точной, безопасной и надежной.

Сжиженный газ в силу своих физических свойств относится к числу опасных продуктов как при хранении, так и при реализации. Но отношение к оснащению объектов, использующих СУГ, у владельцев и контролирующих организаций, мягко говоря, легкомысленное.

При работе с углеводородами существует достаточно много

ограничений или специальных условий, призванных свести к минимуму любые инциденты или аварийные ситуации.

В настоящее время в России далеко не все существующие объекты, использующие сжиженные газы, снабжены отлаженной системой автоматизации технологических процессов и автоматическим контролем давления, температуры, скорости потока, утечек и т.д.

Конечно, оснащение или переоснащение ГНС - это затратный процесс и в настоящих экономических условиях не всегда осуществимый, но, тем не менее, цена безопасности намного выше цены нового оборудования, а экономическая целесообразность очевидна. Заинтересованность в поставках нашей продукции обусловлена тем, что мы можем сделать и внедрить новые технологии и оборудование, которые на порядок повысят производительность и безопасность технологических операций на объектах, использующих СУГ.

Рассмотренная примерная комплектация ГНС, включая АСУТП, достаточно дорогостоящая. Возникает резонный вопрос: почему компании, готовые платить за дорогие компрессоры, насосы, систему управления, недостаточно задумываются о безопасности, начинают экономить на устройствах для слива и налива. И это при том, что заправочные и сливные площадки - это места постоянного присутствия обслуживающего персонала. Несомненно, чтобы решить данный вопрос, необходимы вмешательство органов Ростехнадзора и осуществление постепенной и планомерной реконструкции старых и строительства новых ГНС в соответствии с повышенными требованиями безопасности на участках перегрузки. Экономические условия, выход на мировой рынок, требования европейских стандартов так или иначе приведут к необходимости оборудования цистерн и емкостей более совершенной и безопасной заправочной арматурой.

^Й! ЯННЯИР ШОО #¡4? ¡в «Транспорт на альтернативном топливе» № 6 (18) ноябрь 2010 г.