2.3. Энергетический потенциал
предприятия и уровень опасности

Рассмотрим данный вопрос на примере предприятия топливно-нефтехимического профиля, работающего по схеме глубокой переработки нефти, которая приведена на рис. 2.2. Предприятие специализируется не только на выпуске топлив различного назначения, но и строительных материалов на битумной и полимерной основах, изделий из пластмасс.

Нефть поступает на завод по двум трубопроводам в сырьевые резервуары, далее на установки электрообессоливания и обезвоживания, где происходит выделение солей из нефти. На заводе имеются две отдельные электрообессоливающие установки ЭЛОУ и блок ЭЛОУ в составе АВТ-6. Обессоленная нефть поступает на установки первичной переработки нефти: АТ-висбрекинга (атмосферная перегонка), АВТ-3, АВТ-6 (атмосферно-вакуумная перегонка). В процессе первичной переработки из нефти извлекают компоненты (бензин, керосин, дизельное топливо, вакуумный газойль) и получают тяжелые остатки (мазут и гудрон). Продукты первичной переработки нефти направляют на вторичные процессы переработки: каталитический крекинг (Г-43-107), каталитический риформинг (35-11/300 и ЛЧ-35/11-1000), гидроочистки (24/2000, 24/5), стабилизацию бензинов, производство окисленных битумов. С целью повышения октанового числа бензинов бензиновые прямогонные фракции перерабатывают на установках каталитического риформинга. Средние показатели качества нефтей приведены в табл. 2.6.

Компоненты дизельного топлива содержат значительное количество сернистых соединений. Для очистки от серы дизельные фракции направляют на установку гидроочистки. Остаток перегонки мазута - гудрон поступает на установку получения дорожных и строительных битумов.

84

Рис. 2.2. Принципиальная поточная схема по переработке нефти на заводе топливно-нефтехимического профиля

85

Таблица 2.6

Средние показатели качества нефте

Мощность завода по переработке сернистых нефтей составляет до 12 млн. т в год. Пожаровзрывоопасность производств в наибольшей степени обусловлена переработкой на технологических установках большого количества энергонасыщенных сырья и готовой продукции.

Образование взрывоопасных смесей газов и паров с воздухом происходит, как правило, за сравнительно короткое время и взрывы этих смесей обладают большой разрушительной силой. Сила такого взрыва определяется условно рассчитанной энергией, приведенной к тротиловому эквиваленту. Суммарный энергетический потенциал предприятия оценивается по общему количеству нефтепродуктов, находящихся в единовременном обращении. Энергосодержание углеводородного топлива, единовременно обращающегося в технологических установках и резервуарных парках предприятия, которое приведено в качестве примера, эквивалентно 2,5 Мт тринитротолуола. На рис. 2.3 приведены виды нефтепродуктов и их масса в технологических установках в один и тот же период времени.

Пожаровзрывоопасность предприятия как комплекса технологических установок в значительной степени зависит от параметров технологического процесса, аппаратурного оформления, особенностей применяемого оборудования. К числу аппаратов с повышенной пожаровзрывоопасностью относятся: абсорберы, адсорберы, газгольдеры, емкости под давлением, теплообменники, технологические печи, ректификационные колонны, реакторы под давлением, насосы, компрессоры, сборники сжиженных газов. Оценка

86

Рис. 2.3. Виды углеводородных систем и масса их единовременного обращения в технологических установках: 1 - нефть; 2 - автобензин; 3 - дизельное топливо и керосин; 4 - мазут; 5 - сжиженный газ; 6 - газы в системе технологических установок

уровня опасности потенциально опасных по загазованности технологических установок проведена при условии, что при аварийной разгерметизации наиболее энергонасыщенного аппарата (блока) технологической установки все его содержимое выходит наружу, образуя в смеси с воздухом взрывоопасное облако.

Установлено, что во взрывах облаков ТВС (рис. 2.1, стадия IV) расходуется примерно 0,2-7,5% энергии, определяемой по теплоте сгорания всей массы горючей парогазовой среды. Для оценки максимальных разрушений при возможных взрывах таких облаков принимается с запасом, что из аварийного аппарата выбрасывается 10% энергии сгорания всей массы парогазовой среды. При детонации газовоздушной смеси на образование ударной волны расходуется 40% энергии взрыва, а при взрывах конденсированных взрывчатых веществ (ВВ) на образование воздушной ударной волны - 90% энергии взрыва. Учитывая, что исследования взрывов облаков ТВС проводятся по адекватности с разрушениями, вызванными взрывами ВВ, объекты с одинаковой степенью разрушения можно характеризовать равенством энергий, затрачиваемых непосредственно на формирование ударной волны.

Тротиловый эквивалент взрыва парогазовой среды (WT), определяемый по условиям адекватности характера и степени разрушения

87

при взрывах паровых облаков и концентрированных ВВ, рассчитывается по формулам:

где W_T - тротиловый эквивалент, кг; 0,9 - доля энергии взрыва тринитротолуола (ТНТ), затрачиваемая на формирование ударной волны; 0,4 - доля энергии взрыва парогазовой среды, затрачиваемая непосредственно на формирование ударной волны; q' - удельная теплота сгорания парогазовой среды, кДж/кг; q_T - удельная энергия взрыва ТНТ, кДж/кг.

Масса паров, участвующих во взрыве (m'):

где z - доля приведенной массы паров, участвующей во взрыве.

Для неорганизованных паровых облаков в незамкнутом пространстве с большой массой горючих веществ, доля участия вещества во взрыве может приниматься равной 0,1.

Результаты расчетной оценки энергетического потенциала пожаровзрывоопасных установок рассмотренного предприятия топливно-нефтехимического профиля в тротиловом эквиваленте отражены на рис. 2.4.

Анализ уровня опасности установок свидетельствует, что наиболее опасными являются: парк емкостей высокого давления газораздаточной станции (ГРС), установка каталитического крекинга Г-43-107, установка подготовки сырья, установка ЭЛОУ-АВТ-6. Из приведенного анализа энергетического потенциала наружных установок следует, что на промышленной территории завода существует потенциальная опасность крупных аварий с большими разрушительными последствиями.

Зоной разрушения считается площадь с границами, определяемыми радиусом R, центром которой является рассматриваемый технологический блок или наиболее вероятное место разгерметизации технологической системы. Границы каждой зоны характеризуются значениями избыточных давлений по фронту ударной волны ΔР и безразмерным коэффициентом К для оценки степени разрушения зданий и сооружений. Классификация зон разрушений приведена в табл. 2.7.

88

Рис. 2.4. Энергетический потенциал установок, приведенный к тротиловому эквиваленту

89

Таблица 2.7

Классификация зон разрушения зданий и сооружении

Радиус разрушения (м) в общем виде определяется выражением:

где К - безразмерный коэффициент, характеризующий воздействие взрыва на объект.

При выполнении инженерных расчетов радиусы зон разрушения при m ≥ 5000 кг могут определяться выражением:

Результаты расчетов радиусов зон разрушения промышленных объектов НПЗ при объемных взрывах парогазовоздушных облаков приведены в табл. 2.8.

Взрывоопасные облака ТВС образуются по следующим причинам:

• - при регламентном режиме работы технологического оборудования в случае достаточно длительного истечения из организованных и неорганизованных источников выделения;
• - при полной или частичной аварийной разгерметизации аппаратов и технологических трубопроводов, приводящей к мгновенному выбросу большого количества углеводородного топлива.

90

Таблица 2.1

Основные классы и границы зон разрушения технологических
объектов при взрыве парогазовоздушных облаков

91

Окончание табл. 2.8

Для защиты от аварийной загазованности на предприятиях по переработке углеводородных систем используют комплексные системы, позволяющие автоматически контролировать изменение концентрации углеводородных примесей в воздухе. Эти системы обеспечивают контроль территории наружных установок, включение устройств защиты (паровые или водяные завесы). Кроме того, с помощью этих систем проводят оценку риска предприятия и прогнозирование динамики полей аварийной загазованности на заводе и за его пределами.

Вопросы:

• Сопоставимы ли энергетические показатели нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств с мощностью современных боеприпасов? Дайте сравнительную энергонасыщенность установок и процессов в тротиловом эквиваленте.
• Какие меры следует предпринять для защиты установок от аварийной загазованности?
• Как рассчитать энергетический потенциал установок?
• Что считается зоной разрушения, как определить радиусы зон разрушения от взрывов ТВС?

92