Рис. 4. Водяная завеса от испарений аммиака

Авторы: А.Е. Меркулов, В.В. Левченко, И.В. Ефимцев (ОАО «НИАП»).

Опубликовано в журнале Химическая техника №8/2015

В 1992 г. на базе Новомосковского филиала ГИАП, образованного в 1958 г., был создан Новомосковский институт азотной промышленности, который после ряда реорганизаций получил название ОАО «НИАП».

За время существования института по его проектам был построен 21 склад жидкого аммиака, в том числе 15 складов с изотермическими резервуарами (ИР) отечественной поставки и шесть складов с резервуарами импортной поставки.

Штат высококвалифицированных сотрудников, аттестованных по нормам и правилам в объеме их компетенции, а также современное программное обеспечение, позволяющее выполнять сложные расчеты процессов химической технологии, прочностные расчеты строительных конструкции, аппаратов и трубопроводов, расчеты рисков, моделирования аварийных ситуаций и способов их лока-лизаций и расчеты, связанные с охраной окружающей среды, позволяют ОАО «НИАП» быть в числе ведущих организаций, проектирующих склады жидкого аммиака.

К 90-м годам прошлого века в СССР было построено более 50 изотермических резервуаров жидкого аммиака, подавляющее большинство которых (82%) вместимостью 10 000 т, остальные – 30 000 т. И только в последние несколько лет наметилась тенденция в направлении реконструкции и строительства складов жидкого аммиака и резервуарного парка.

В данной статье рассматриваются практические решения, принимаемые ОАО «НИАП», по обеспечению безопасности проектируемых складов жидкого аммиака изотермического хранения. Данная тема стала актуальной в связи со строительством крупнотоннажных производств аммиака, число которых значительно увеличилось за последние годы. В настоящее время на территории РФ вместимость изотермических складов жидкого аммиака составляет более 500 000 т, и эта цифра продолжает расти.

Главной потенциальной опасностью хранения больших объемов жидкого аммиака являются возможные аварийные проливы и утечки жидкого аммиака, способные создать условия для тяжелого отравления людей, возникновения пожаров и взрывов, проникновения аммиака в почву и водоемы. В связи с этим, согласно Федеральному Закону №116-ФЗ от 21.07.1997 «О промышленной безопасности опасных производственных объектов», склады жидкого аммиака вместимостью более 5 000 т относятся в 1-му классу опасности.

Основные предложения по обеспечению безопасности складов жидкого аммиака

Размещение на генплане. Выбор и обоснование места строительства склада жидкого аммиака следует производить с учетом вместимости склада и метода хранения аммиака на действующей промплощадке предприятия, включая его инфраструктуру, и прогнозирования воздействия сооружаемого объекта на окружающее пространство при аварийных ситуациях. По опыту проектирования, местом для размещения склада обычно являются периферийные участки промплощадки. В последнее время наблюдается тенденция пристраивать склады жидкого аммиака непосредственно к основному производству, что, по нашему мнению, несет определенные риски. ОАО «НИАП» рекомендует придерживаться «периферийного» варианта.

Конструктивные особенности изотермических резервуаров

Первые изотермические резервуары (вместимостью 10 000 т) представляли собой двухстенные резервуары неравнопрочной конструкции. Пространство между внутренним и наружным резервуарами заполняла тепловая изоляция. Наружный резервуар не являлся несущим и служил для защиты изоляции.

В дальнейшем в ходе эксплуатации изотермических резервуаров, а также по итогам расследования их аварий, специалистами ЦНИИПСК им. М.П. Мельникова было рекомендовано проектировать резервуары соответствующей вместимости двустенной равнопрочной конструкции типа «стакан в корпусе» полистовой сборки с крышей подвесной конструкции и изоляцией наружной поверхности.

Резервуары такой конструкции имеют внутренний резервуар, находящийся под воздействием гидростатического столба жидкости и полностью разгруженный от давления газовой фазы, и наружный резервуар, находящийся под воздействием давления газовой фазы и полностью разгруженный от воздействия гидростатического столба жидкости.

Конструкция резервуара двойной защиты (рис. 1) позволяет поставить вопрос о пересмотре параметров обвалования (защитной стенки поддона). Межремонтный пробег изотермического резервуара конструкции «стакан в корпусе» может быть увеличен с 8…10 до 30 лет.

Рис. 1. Конструктивные особенности резервуара двухстенной равнопрочной конструкции типа «стакан в корпусе»
Рис. 1. Конструктивные особенности резервуара двухстенной равнопрочной конструкции типа «стакан в корпусе»

Тепловая изоляция ИР. Тепловая изоляция играет немаловажную роль в хранении жидкого аммиака на складе. В последних разработках ОАО «НИАП» для изоляции изотермических резервуаров применяется материал – пеностекло (типа FOAMGLAS) – материал с закрытопористой структурой, получаемый из стекла методом вспенивания углекислым газом, образующимся при сгорании мелкодисперсного угольного порошка. Материал не горюч, паронепроницаем, имеет низкое влагопоглощение, отличается хорошей адгезией с поверхностью резервуара. Срок эксплуатации изоляции – не менее 25 лет.

Материал приклеивается на битумную мастику МБП-300.

Размещение теплоизоляции на внешней поверхности наружного резервуара за счет пустого межстенного пространства увеличивает общий объем пространства, занимаемого газом. При аварийном выходе из строя компрессорной установки или неисправности, приводящей к росту внутреннего давления, потребуется больше времени для создания критического давления газообразного аммиака и, соответственно, больше времени для принятия решения по выходу из этой аварийной ситуации (рис. 2).

Рис. 2. Динамика изменения давления в изотермических резервуарах различной конструкции при поступлении аммиака в резервуар и неработающих компрессорах цикла хранения
Рис. 2. Динамика изменения давления в изотермических резервуарах различной конструкции при поступлении аммиака в резервуар и неработающих компрессорах цикла хранения

Расчетное давление в изотермическом резервуаре.

Все проектируемые ранее изотермические резервуары, имели расчетное давление 900…1 000 мм вод. ст.

В настоящее время специалисты ОАО «НИАП» задают разработчикам-конструкторам изотермических резервуаров расчетное давление 1 400 мм вод. ст. Увеличение расчетного давления в резервуаре позволило решить проблему утилизации сбросов газообразного аммиака после срабатывания предохранительных клапанов, чего настоятельно требуют действующие правила и нормы, и что до сих пор не осуществлено ни на одном из действующих в России изотермическом резервуаре. Это обусловлено слишком маленьким давлением открытия предохранительных клапанов и значительным сопротивлением факельных систем. С увеличением расчетного давления в резервуаре в 1,5 раза появляется возможность обезвреживания выхлопов аммиака после предохранительных клапанов сжиганием их на факеле. Таким образом, в составе склада жидкого аммиака появляется факельная установка низкого давления для утилизации аварийных выбросов газообразного аммиака. Оснащение предохранительными клапанами давления и вакуума (по три клапана) значительно увеличивает надежность защиты ИР от повышения давления газообразного аммиака.

Подавление испарений от проливов жидкого аммиака.

В связи с крайне малой величиной риска (вероятность полного разрушения изотермического резервуара не более 2,8×10–12 год–1 не рассматривается возможность полного разрушения двух силовых корпусов изотермического резервуара. В случае гильотинного разрыва трубопровода жидкого аммиака в поддон изотермического резервуара может вылиться от нескольких десятков до сотен кубометров жидкого продукта. Время испарения и последствия от пролитого аммиака будут разными. При значительных проливах аммиак будет испаряться часами. По этой причине в соответствии с требованиями правил безопасности для наземных складов жидкого аммиака ПБ 09-579–03 для снижения скорости испарения жидкого аммиака требуется его покрытие пенными составами. На основании данных работы [1] специалис-ты ОАО «НИАП» рекомендуют использовать для этих целей пенообразователь типа ПО-6ЦТ (ОАО Приборный завод «Сигнал»). Пена толщиной более 5 см практически полностью подавляет испарение аммиака (рис. 3). Время сохранения пеной устойчивости составляет 1 ч. Пенообразователь имеет целевое назначение, он не вступает в реакцию с жидким аммиаком и способен разрушаться под действием микрофлоры.

Рис. 3. Испытания пеногенератора
Рис. 3. Испытания пеногенератора

Защита персонала при возникновении проливов жидкого аммиака. В местах возможных утечек аммиака ОАО «НИАП» при проектировании предусматривает установку коллекторов водяной завесы (рис. 4), которые предназначены для защиты обслуживающего персонала от облака газообразного аммиака. Включение системы производится из ЦПУ при срабатывании газоанализаторов.

Рис. 4. Водяная завеса от испарений аммиака
Рис. 4. Водяная завеса от испарений аммиака

Акустико-эмиссионный мониторинг. Внедрение постоянного акустико-эмиссионного мониторинга изотермического резервуара с учетом принятой конструкции (двойной силовой корпус) обеспечивает предупреждение развития сценария разрушения резервуара. Установка датчиков предполагается на внешней стороне наружного резервуара в зонах возникновения наиболее вероятного события. Акустико-эмиссионный мониторинг позволяет увеличивать интервалы межремонтного пробега резервуара без вывода из эксплуатации.

Мониторинг воздуха в помещениях склада и на наружной площадке. При проектировании предусмотрены непрерывный контроль воздуха в помещении (три уровня: ПДК; 3ПДК; 25ПДК) и на наружной площадке (два уровня: ПДК и 25ПДК), а также светозвуковая (в помещениях) и звуковая (на промплощадке) сигнализация.

Обеспечение работоспособности изотермических резервуаров и склада жидкого аммиака

В ИР жидкий аммиак хранится под давлением, близким к атмосферному (350…550 мм вод. ст.), при температуре –33…32,5°С. Для поддержания данного режима применяются следующие мероприятия (рис. 5).

Рис. 5. Предлагаемая защита изотермического резервуара от превышения давления и вакуума
Рис. 5. Предлагаемая защита изотермического резервуара от превышения давления и вакуума

От завышения давления в резервуарах предусматривается:

  • пуск компрессии цикла хранения со 100%-ным резервом с автоматическим включение по давлению 550 мм вод. ст.;
  • в случае продолжения повышения давления – аварийный сброс газообразного аммиака при давлении в ИР 850 мм вод. ст. на факельную установку;
  • в случае дальнейшего повышения давления – аварийный сброс газообразного аммиака предохранительными клапанами при давлении выше 950 мм вод. ст. на факел низкого давления;

От образования вакуума предусматривается:

  • останов компрессии цикла хранения при понижении давления в ИР до 200 мм вод. ст.;
  • прекращение выдачи жидкого аммиака из ИР при минимальном уровне 1,8 м с установкой автоматических отсекателей:
  • подача воздуха в ИР по трубопроводу через отсекатели из атмосферы при вакууме 15 мм вод. ст.;
  • открытие вакуумных клапанов при вакууме 22 мм вод. ст.

От переполнения изотермического резервуара:

  • прекращение подачи жидкого аммиака при его максимальном уровне с установкой автоматических отсекателей (установлены три уровнемера);

Контроль температуры предусматривается установкой термометров для контроля температуры стенки и днища резервуара.

Контроль осадки фундамента хранилища осуществляется постоянно с установкой сигнализаторов.

В целом по складу при оценке его работы контролю подлежат: температура поступающего жидкого аммиака и соответствующие действия при ее повышении, а также дублирование основных параметров, система автоматических блокировок, сигнализация отклонения параметров ведения процесса.

Оборудование и арматура, оказывающая наибольшее влияние на безопасность склада жидкого аммиака

Основное оборудование

Главным фактором безопасной эксплуатации склада жидкого аммиака является выбор и установка проверенного, надежного, с большим временем межремонтного пробега оборудования. К такому оборудованию следует отнести сам ИР, компрессорное оборудование, насосы выдачи жидкого аммиака, стендеры слива-налива на железнодорожных и авто-эстакадах.

Компрессорное оборудование

ИР оснащается системой дублирования компрессоров, состоящих из одного рабочего компрессора и одного резервного.

Для сжатия газообразного аммиака в последнее время ОАО «НИАП» рекомендует использовать винтовые компрессорные агрегаты с масляным заполнением и с регулированием производительности от 10 до 100%. Температура газа на всасывании компрессора от –30 до +30°С.

Насосы выдачи жидкого аммиака из ИР

Это – вертикальные аммиачные центробежные насосы, выбор которых по напору и производительности осуществляется по ТУ промплощадки, материальное исполнение – коррозионно-стойкая сталь. Установка – на наружной площадке.

Стендеры для отгрузки продукта в транспорт

Стендеры – это рычажно-шарнирные механизмы, предназначенные для верхнего слива-налива цистерн.

В заключение хотелось бы подчеркнуть, что проектирование любого склада жидкого аммиака является индивидуальной разработкой, и ОАО «НИАП» готово оказать услуги по проектированию всей инфраструктуры СЖА.

Список литературы

  1. Акимов А.Г. Возможность применения пенообразователей в стационарных системах подавления испарения жидкого аммиака при авариях. журнал «Безопасность труда в промышленности». 2003. №9.