Азотные установки и станции для флегматизации развитие и опыт использования

ЭКСПОЗИЦИЯ 2/Н (59) апрель 2008 г.

ОБОРУДОВАНИЕ 65

Вопрос обеспечения пожаро- и взрывобезопасности на предприятиях нефтегазового комплекса, химических, нефтехимических и других производствах в последнее время становится все более актуальным в связи с участившимися случаями катастроф. Широко известно, что пожар или взрыв экономически гораздо выгоднее предупредить, чем ликвидировать последствия.

АЗОТНЫЕ УСТАНОВКИ И СТАНЦИИ ДЛЯ ФЛЕГМАТИЗАЦИИ

РАЗВИТИЕ И ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

Е.А. ЕЛАНСКИЙ директор отдела маркетинга ЗАО «ГРАСИС» г. Москва

Е.Г. КРАШЕНИННИКОВ к.ф.-м.н., технический директор ЗАО «ГРАСИС»

Самым важным аспектом пожаров-зрывобезопасности на объекте является обеспечение таких условий, когда процесс воспламенения становится крайне маловероятным или невозможным. Горение, как известно, представляет собой реакцию быстрого окисления, которая обусловлена наличием в атмосфере кислорода, а также источника воспламенения - искры, электрической дугой, химической реакции со значительным выделением тепла. Поэтому для прекращения горения требуется эту реакцию прекратить.

Создание инертной газовой среды в технологических объемах является самым надежным и проверенным способом предотвращения пожаров и взрывов при проведении различного рода работ. При разбавлении газовой среды

Мембранная азотная установка

инертным газом и понижении концентрации кислорода до 8-12% горение подавляющего количества веществ становится невозможным. К таким веществам относятся такие углеводородные продукты, как метан, этан, пропан, бензин, керосин, природный газ и многие другие вещества.

До недавнего времени для производства азота с целью разбавления воздуха и создания флегматизирующей концентрации применялись криогенные комплексы, громоздкие и дорогие сооружения, производящие азот в жидком виде. Из-за невыгодных весогабарит-ных характеристик воздухоразделитель-ного оборудования этого типа, а также сложности в обслуживании оборудования применение азота в нефтегазовой отрасли на удаленных объектах было ограничено и обходилось дорого. Криогенные системы позволяли получать азот только в жидком виде с возможностью последующей газификации и заполнением баллонов под давлением 150 атм. Ввиду сложности транспортировки как баллонов с газообразным азотом, так и цистерн с жидким, итоговая стоимость азота оказывалась весьма высокой.

Появившийся позднее альтернативный метод получения газообразной фракции азота на базе короткоцикло-вой адсорбции также не позволил существенно удешевить себестоимость получаемого газа. Одним из недостатков КЦА, систем оставалась их относительная невысокая надёжность и значительные габариты, а значит, невозможность их размещения на удаленных объектах и небольших производствах. Ввиду того что на объектах нефтегазового комплекса требовались компактные автономные мобильные системы, позволяющие не только осуществлять быстрое развертывание системы на участке, но

и обладающие способностью эксплуатироваться в самых жестких климатических условиях, системы на основе адсорбционных систем не получили распространения.

Прорыв в области технологий получения азота произошел в начале 80-х годов, когда стали находить промышленное применение мембранные системы по производству азота из атмосферного воздуха. Обладая малыми габаритами и весом, минимальными требованиями к качеству подготовки воздуха, а также невосприимчивостью к тряске и ударам, комплексы на основе мембранных технологий быстро завоевали в экономически развитых странах широкое распространение. Из-за их высокой надежности и компактности все производимые в мире мобильные комплексы по получению азота производятся на базе мембранной газоразделительной технологии.

Принципиально схема метода может быть описана так. Нагнетаемый компрессором воздух поступает в газоразделительный блок, где происходит выделение азота. Газоразделительный блок состоит из мембранных картриджей, каждый из которых представляет собой полимерную мембрану в металлическом корпусе. Картридж компонуется из пучка полых синтетических волокон, которые позволяют разделять газовые смеси. Благодаря свойствам волокна газы, входящие в состав воздуха, проникают сквозь мембрану с разной скоростью. Вследствие этого происходит выделение азота из подаваемого под давлением воздуха, чистота производимого азота составляет от 90% до 99,9% и выше.

Вследствие отсутствия каких-либо движущихся частей мембранные комплексы по получению азота оказались исключительно надежными и неприхотливыми в использовании при малых габаритах

Применение азотных мембранных установок приводит к существенной экономии средств предприятий, и что самое важное - позволяет предотвратить пожары и возгорания на производстве

66 ОБОРУДОВАНИЕ

2/Н (59) апрель 2008 г. ЭКСПОЗИЦИЯ

Схема работы мембранной азотной установки

и отсутствии эксплуатационных затрат. Эти и многие другие достоинства мембранных систем позволили наладить производство стационарных азотных установок и мобильных азотных станций, радикально отличающихся по своим технико-экономическим характеристикам от существовавших систем.

В России и странах СНГ эксплуатация подобных систем началась недавно. В первую очередь такая задержка была связана с дороговизной зарубежных аналогов и отсутствием гибкого подхода к требованиям заказчика.

Современные стационарные мембранные системы для получения газообразного азота, размещаемые на самых разных производствах - от химических и нефтехимических до предприятий нефтегазового комплекса, а также азотные станции, обеспечивающие безопасность на удаленных объектах добычи и переработки нефти и газа, получили очень высокую оценку у эксплуатирующих организаций.

В нефтегазовом комплексе азот является обязательной составляющей многих технологических процессов. Азотные установки и станции применяются для обеспечения взрыво- и пожа-робезопасности при транспортировке, перевалке, хранении углеводородов, также для испытания, продувки трубопроводов, очистки технологических емкостей от скопившихся взрывоопасных паров. Использование азота в нефтегазовом комплексе огромно, оно регламентируется несколькими категориями правил: «Правилами безопасности нефтяной и газовой промышленности» РД 08-200-98, «Правилами по эксплуатации ревизии, ремонту и отбраковке нефтепромысловых трубопроводов» РД 39-132-94, «Правила промышленной

безопасности для нефтеперерабатывающих производств» ПБ 09-310-99, «Общие правила взрывобезопасности химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств» ПБ 09-170-97. Приведем выдержки из приведенных выше правил, касающихся регулирования применения инертных газовых сред при проведении ремонтных и регламентных работ.

Согласно требованиям к безопасному ведению работ при добыче, сборе и подготовке нефти, газа и газового конденсата при продувке технологических емкостей УКПГ содержание кислорода не должно превышать 1%

В химической, нефтехимической промышленности азотные комплексы компании находят применение для очистки и защиты технологических емкостей в среде инертного газа с целью обеспечения пожаро- и взрывобезопас-ности. Также азотные системы используются при испытании систем трубопроводов, транспортировки химических веществ, регенерации катализаторов и в других технологических процессах. В лакокрасочном производстве азотные системы служат для создания флегма-тизирующей концентрации в технологических объемах. Комплексы по получению азота применяются также при упаковке продукции и для вытеснения

кислорода с целью предотвращения полимеризации высыхающих масел.

Азотные установки представляют собой стационарные комплексы для производства газообразного азота. Установки позволяют получать азот 5 до 5000 нм3/ч при чистоте от 90% до 99.965%, т.е. позволяют получать как азотан, так и технический азот 1 сорта, согласно НРБ 88-2001. Отметим, что в большинстве случаев уже 90% азот создает флегматизирующую концентрацию, т.е. надежно предохраняет от возгорания.

Азотан и технический азот при производстве азотными станциями оказываются наиболее дешевыми из газовых огнетушащих составов. Азотан обходится примерно в 30 коп/нм3 (кубический метр при нормальных условиях), а технический азот - около 1 руб/нм3. Более широкое распространение этих составов пока сдерживается неразвитостью нормативной базы. В этом направлении ведется работа, готовятся дополнительные инструкции и документы.

Тем не менее, уже сейчас современные азотные установки на основе мембранной технологии находят все более широкое применение для предупреждения пожаров, создания огнетушащей и флегматизирующей концентраций путем вытеснения кислорода воздуха в целом ряде отраслей. Экономическая целесообразность использования азотных мембранных установок в нефтегазовой, химической, нефтехимической и др. отраслях на сегодняшний день не вызывает никаких сомнений. Применение азотных мембранных установок приводит к существенной экономии средств предприятий, и, что самое важное, - позволяет предотвратить пожары и возгорания на производстве.