МИНИМИЗАЦИЯ РИСКОВ СКОПЛЕНИЯ КИСЛОРОДА В ПРОДУКЦИОННОМ АЗОТЕ ЗА СЧЕТ ИЗМЕНЕНИЕ ПЕРИОДИЧНОСТИ ОТОГРЕВА КРИОГЕННОГО РЕЗЕРВУАРА

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассмотрен современный подход к обеспечению безопасности на нефтеперерабатывающем заводе, за счет разработки методики обслуживания криогенного резервуара для хранения азота.

Ключевые слова: Промышленная безопасность. Азот. Криогенный резервуар. Криопродукт.

На установках низкотемпературной ректификации, производимый азот является самым чистым. Такой результат, достигается постоянным контролем качества на всех стадиях производства, будь то анализ атмосферного воздуха как сырья, либо промежуточной фазой отчищенного от двуокиси углерода сухого воздуха. Следовательно, стадию хранения также необходимо подвергать проверке на качество или исключить накопление различных примесей простыми методами.

Качество продукционного азота играет большую роль в системе промышленной безопасности нефтеперерабатывающего завода, так как используется во взрывоопасных средах в качестве инертного газа. Поэтому требования к качеству азота очень велики. Как правило, это азот особой чистоты первого или второго сорта [3].

Криогенный резервуар РЦВ – 26/1,7 (Резервуар цилиндрический вертикальный) предназначен для приема и выдачи криопродуктов, а так же для его длительного хранения. На нефтеперерабатывающем заводе он обычно играет роль аварийного запаса азота и может не использоваться длительный срок. В данной работе предлагается рассмотреть период хранения азота, составляющий три года.

Согласно технологического регламента установки [2], в криогенный резервуар жидкий азот попадает из колонны разделения через переохладитель с качеством 99,983%. Далее жидкий азот может храниться в системе неограниченное количество времени, исключением является непредвиденный ремонт резервуара. Исходя из руководства по эксплуатации резервуара[3], расход жидкого азота для поддержания давления при его хранении составляет 1.72 кг/ч или 0,22%. Соответственно необходимо постоянно подпитывать резервуар таким же количеством продукта.

В связи с тем, что температура кипения азота ниже, чем у кислорода, азот выкипает гораздо раньше и при сбросе газа из резервуара выходит исключительно чистый азот. Получается, в систему хранения постоянно поступает продукт с дозволенной маленькой долей кислорода, которая составляет 0,010-0,020 % . Вследствие чего, концентрация кислорода постоянно растет, если периодически не производить  выдачу продукта потребителю.

Нормативно-техническая документации [4] [5] регламентирует отогревы резервуаров только для проведения технического освидетельствования, которое проводится раз в 10 лет [6] и непосредственного ремонта резервуара проводимого только при необходимости. Отогрев резервуара для удаления посторонних примесей регламентирован по мере необходимости, то есть необходимо постоянно проводить аналитический контроль продукта в резервуаре.

Постоянные испарения и добавления продукционного азота в режиме аварийного запаса за три года приведет к повышению концентрации кислорода в резервуаре. Чтобы рассчитать это, необходимо воспользоваться формулой 1.

Qо + Qог · T = N% от М=F                                                                                                            (1)

где, Qо – количество О2 в резервуаре при первоначальном заполнении, получаемое по формуле (2),кг;

Qог – количество О2 в N2, необходимого для дополнения резервуара в течение года, получаемое по формуле (3), кг;

Т – количество лет, взятых для расчета, г;

N – содержание О2 в N2 по истечению трех лет хранения азота, принятых для расчета, кг.

Рассчитаем количество кислорода в резервуаре при первоначальном заполнении Qо , данное значение принимаем за х, составив пропорцию(2):

М - 100 %

х – 0.017%                                                                                                                        (2)

где М – полная масса азота в заполненном резервуаре составляет 20 000, кг[1];

0.017% - содержание O2 в N2, согласно технологического регламента установки по производству азота[2], следовательно:

М · 0.017  = х · 100

20000 ·  0.017 = х · 100

340 =100 · х

х =340/100

х=3.4 (кг)                                                                                                                           (2)

Следовательно, Qо = 3.4 (кг) количество кислорода в резервуаре при первоначальном заполнении.

Далее рассчитаем количество О2 в N2, необходимого для дополнения резервуара в течение года Qог, данное значение принимаем за х, составив пропорцию:

R – 100%                                                                                                                          (3)

х – 0.017%,

следовательно, где 0.017% - содержание O2 в N2, согласно технологического регламента установки по производству азота[2];

R – масса азота, необходимого для дополнения резервуара в течение года, (кг) получаемая по формуле (4):

R = G · t                                                                                                                            (4)

1.72 ·  8760 = 15067.2(кг)

где, G – расход жидкого азота для поддержания давления в резервуаре (кг/ч)[1];

t – количество часов в год (ч);

Так как R = 15067.2 (кг), то подставляем полученные данные в формулу (3);

R · 0.017 = х · 100

15067.2 ·  0,017 = х · 100                                                                                                               (3)

256.1424 =100 · х

х =256.1424/100

х=2.5614 (кг)                                                                                                                     (3)

Следовательно, Qог = 2.5614 (кг) количество O2 в N2, необходимого для дополнения резервуара в течение года;

Расчетный период хранения азота составляет  3 года, отсюда:

Qо + Qог · T = N                                                                                                                       (1)

3.4 + 2.5614 · 3 = 11.085 (кг)                                                                                                           (1)

Итого,  N=11.085 (кг) содержание O2 в N2 по истечению трех лет.

Для определения числа F, полученные данные представим в процентах, F принимаем за х:

М - 100 %,                                                                                                                         (5)

N – х

где М – полная масса азота в заполненном резервуаре составляет 20 000, кг[1];

N - содержание кислорода в азоте по истечению трех лет, принятых для расчета и составляет 11.085  кг, следовательно:

М · x  = N· 100

20000 · х  = 11.085 · 100

20000 ·  x = 1108.5

F = x = 0.0555                                                                                                                         (5)

Получается, 0.0555% - это содержание O2 в N2 по истечению трех лет.

Учитывая вышесказанное, постоянные испарения и добавления продукционного азота за три года приведут к повышению концентрации кислорода в резервуаре до 0,0555 % (формула 5), что переводит данный продукт в разряд технического азота, и не позволяет применять его в качестве инертного газа во взрывоопасных средах. Следовательно, регламентированная периодичность отогрева криогенного резервуара один раз в 12 месяцев исключит возможность накопления кислорода в продукционном азоте и позволит ему оставаться продуктом высокого качества.

Список литературы:

1. Система хранения компактная типа БСХ. Руководство по эксплуатации.
2. Технологический регламент установки по производству азота ВРУ А-1,5
3. ГОСТ 9293-74 «Азот газообразный и жидкий»
4. ГОСТ Р 55892-2013 «Объекты малотоннажного производства и потребления сжиженного природного газа. Общие технические требования»
5. ВРД 39-1.10-064-2002 «Оборудование для сжиженного газа. Общие технологические требования при эксплуатации  систем хранения, транспортирования и газификации»
6. РД 2082-18-99 "Резервуары криогенные. Программа технического диагностирования и определения остаточного ресурса криогенных емкостей"