Пожарная опасность трубчатых печей

УТВЕРЖДАЮ

Генеральный директор

ОАО "Удмуртнефть"

____________Е.И.Богомольный

« __ » декабря 2001г

Справочно-методическое пособие

« Пожарная опасность трубчатых печей »

( типа ПТБ-10, ПТБ-1 ОМ, ПТБ-1 ОА, БТП-10, ПТБ-5-40, ПТБ-5-40А, ППН-
3 и пр.)

Настоящее справочно-методическое пособие разработали:

Начальник Отряда ведомственной профессиональной пожарной охраны
(ОВППО) ОАО "Удмуртнефть"
А.С. Измайлов

Оперативный дежурный ОВППО

С. В. Пилин

Инструктор по противопожарной профилактике

ВПК№2 по охране Киенгопского месторождения нефти

А.Б. Зезянов

Согласовано:
Председатель профсоюзного комитета
Отряда ВППО ОАО "Удмуртнефть"
А.Ф.Набоков

Рецензент: Главный технолог-зам.начальника отдела по производству подготовки и реализации нефти (ОПП и РН) ОАО «Удмуртнефть»
И.Н.Усанов

( Настоящее Справочно-методическое пособие не может быть полностью или частично воспроизведено, тиражировано без разрешения ОАО "Удмуртнефть"
.

( При перепечатке материалов из Справочно-методического пособия
«Пожарная опасность трубчатых печей» ссылка на Отряд ВППО ОАО "Удмуртнефть" обязательна.

® №01 / 770 от 23.11.01г

Ижевск- 2001г

Аннотация

В пособии приведены основные сведения о назначении , устройстве трубчатых печей, в том числе «ПТБ-5», «ПТБ-10» и «ПП-1,6». Отмечены причины взрывов и пожаров при эксплуатации печей, приведены примеры пожаров и аварийных ситуа-

ций в ОАО «Удмуртнефть».

Рассмотрены вопросы паро- и азотного пожаротушения печей и продувки инертным газом технологического оборудования. Даны извлечения из Правил пожарной безопасности в нефтяной промышленности (ППБО-85). Указаны физико-химические свойства и показатели пожаровзрывоопасности нефтей.

Пособие предназначено для работников пожарной охраны, может быть полезно инженерно-техническим работникам на ППН и студентам нефтяного факультета
УдГУ.

Пожарная опасность трубчатых печей

I. Назначение, устройство и работа трубчатых печей

Нагревание горючих жидкостей до высоких температур наиболее часто производится в непрерывно действующих печах трубчатого типа, например «ПТБ-
5», «ПТБ-10» ( печь трубчатая блочная), блочных огневых нагревателях или установках с огневым подогревом, аналогичных «ПП-1,6» ( путевой подогреватель).

Трубчатые печи применяются при перегонке нефти и мазута, производстве высокооктановых бензинов, при всех видах крекинга, гидрогенизации жидких и твердых топлив, дегидрогенизации, разгонке каменноугольных смол, масел и других высококипящих жидкостей.

Теплообменная поверхность трубчатых печей имеет вид непрерывного трубчатого змеевика, по которому движется нагреваемая жидкость ( у нас- нефть).

Все трубчатые печи, где бы они ни применялись, имеют принципиально одинаковое устройство. По внешнему виду трубчатая печь представляет собой небольшой домик.

Стены печей — каркасные. Металлический каркас воспринимает нагрузку от основных элементов печи — свода, труб, арматуры, заполнения и пр.
Внутренний слой стен выкладывается из огнеупорного шамотного кирпича, средний слой —из теплоизоляционного кирпича или негорючего теплоизоляционного материала, а наружный слой — из красного кирпича. Свод печи устраивается из огнеупорного подвесного кирпича. Отдельные кирпичи свода при помощи подвесок крепятся к каркасу.

Возможны совершенно иные способы теплоизоляции, например, как в печи
«ПТБ-10»: вместо шамотного кирпича используется «сендвич», состоящий из листов жаропрочной стали и заключенного между ними слоя до 80-150мм минерало- ватного теплоизоляционного наполнителя.

Внутренний объем печи разделяется горизонтальной или вертикальной стенкой на две неравные части, из которых одна- большая- является топочным пространством и называется камерой радиации, а другая- меньшая - называется камерой конвекции. В камере радиации монтируются топливные форсунки . Количество форсунок зависит от мощности печи и может быть от 4 до 16 и более.

Некоторые виды печей могут иметь два вида форсунок- жидкостные и газовые. Обычно одна половина форсунок работает на жидком топливе, питаясь от общей топливной магистрали, а вторая половина- на газообразном топливе.
Воздух, необходимый для сжигания топлива, подается в подогретом состоянии по воздушным коробам .На месторождениях ОАО «Удмуртнефть» эксплуатируются печи на газообразном топливе.

Современные печи типа «ПТБ-5», «ПТБ-10» достаточно надежны в работе, имеют до семи степеней защиты, аппаратуру контролирующую изменение параметров по давлению (Ратм) в трубопроводе – при поступлении нефтепродукта в печь и при выходе из нее; по температуре (t(C) нефтепродукта при поступлении в печь и при выходе из нее; по температуре
(t(C) в радиантной и конвекционной камерах и пр. Обрыв пламени у форсунок контролируется датчиками с фотоэлементами по инфракрасному излучению пламени. При этом повторное зажигание погасших форсунок возможно будет только после продувки камерного пространства.

В радиантной и конвекционной камерах размещены трубы теплообменной поверхности.

Трубопроводы, расположенные в радиантной камере, называются радиант- ными секциями или экранами (например, потолочный экран , боковые экраны ).

Обогрев этих трубопроводов происходит главным образом за счет теплового излучения, т. е. радиации факелов пламени и раскаленных продуктов сгорания, а потому камера и носит название радиантной.

Трубопроводы , расположенные в конвекционной камере, называются конвекционными трубами. В обогреве этих труб существенную роль играет теплопередача от дымовых продуктов путем конвекции (отсюда и название камеры).

Основную, тепловую нагрузку в трубчатых печах воспринимают радиантные секции, конвекционные же трубы воспринимают значительно меньше тепла. Для увеличения количества тепла, воспринимаемого конвекционными трубами, их располагают очень близко друг к другу и заполняют ими весь объем камеры. Это повышает скорость движения и турбулентность дымовых продуктов.

Все трубы конвекционной и радиантной секций последовательно соединяются в один непрерывный змеевик . Диаметры применяемых труб колеблются в пределах от 76 до 159 мм, а общая длина змеевика в некоторых типах печей, например «ПТБ-10» доходит до 200-250м .

Трубы секций соединены последовательно фасонными отливками- так называемыми двойниками или ретурбендами, вынесенными в специальные короба .
Двойники позволяют не только соединять концы двух соседних труб, но и производить очистку их внутренних поверхностей, а также заменять поврежденные трубы новыми, не нарушая соседних соединений. Двойники могут иметь различное устройство.

Корпус двойника имеет четыре отверстия. В два нижних отверстия ввальцовываются концы труб змеевика. Два противоположных отверстия конической формы плотно закрываются пробками и прижимаются болтом и распорной гайкой .

Жидкое и газообразное топливо, подводимое к форсункам, сгорает в камере радиации, выделяя большое количество тепла. Из радиантной камеры дымовые продукты поступают в конвекционную камеру, а затем в боров и дымовую трубу. В зависимости от назначения печи температура в зоне сгорания топлива может доходить до 750-1400° С. Температура дымовых продуктов при выходе из радиантной камеры колеблется около 800—900° С, а при выходе из конвекционной камеры в боров она примерно на 150—200° выше температуры поступающего в печь сырья.

Очень часто тепло отходящих дымовых продуктов используют для подогрева воздуха, подаваемого в печь. Жидкость, подлежащая нагреву, специальными насосами подается в трубы конвекционной камеры и, проходя последовательно все трубы, нагревается до заданной температуры.

Температурные режимы нагрева продукта и его давление в змеевиках зависят исключительно от назначения печи и меняются в весьма широких пределах:

. при подогреве нефтей в печах типа «ПТБ-10» на УПН температура продукта при выходе из печи достигает 60- 70°С , а давление в трубах (на входе)— 15-16 атм;

. при прямой гонке нефтей температура продукта при выходе из печи достигает 330—370°С , а давление в трубах (на входе)— 15 атм;

. при крекинг-процессах температура подогрева продукта может быть более 500° С, а давление – 50- 70 атм;

. при гидрогенизации сланцевой смолы температура сырья повышается до 460° С, а давление достигает 310 атм;

Работа трубчатых печей характеризуется постоянной циркуляцией по змеевикам значительного количества горючей жидкости, нагреваемой до высокой температуры (очень часто выше температуры самовоспламенения нефти , которая находится в пределах от 250 до 320°С) и находящейся под большим внутренним давлением, а также наличием в топочном пространстве источников открытого огня.

Одновременно в змеевиках трубчатой печи (в зависимости от ее типа) может находиться до 3- 15т горючей жидкости. Так как продукт в трубах находится под большим давлением и при высокой температуре, каждая его утечка может привести к серьезному пожару, получению ожогов обслуживающим персоналом.

При выходе наружу из печи продукт сразу же воспламенится, если его температура превышает температуру самовоспламенения. В противном случае продукт может интенсивно испаряться и воспламенится после того, как пары его будут затянуты в топочное пространство. Растекаясь по площадке и попадая в траншеи и канализацию, горящий продукт приводит к распространению огня на соседние аппараты и даже на соседние установки.

Попадая из змеевиков внутрь печи, продукт вызывает интенсивное горение, которое может привести к деформации труб змеевика, обрушению стен и свода, повреждению дымовых каналов и дымовой трубы. В этом случае огонь и дым будут выбиваться из всех отверстий наружу и перегревать каркас, вызывая его деформацию. Убытки от повреждения при пожаре могут быть большими, так как сама печь является достаточно дорогостоящим сооружением.

При эксплуатации трубчатых печей, так же как и всех других печей, возможны: взрывы в топочном пространстве; пожары в топочном пространстве; пожары вне печи. Рассмотрим более подробно причины их возникновения.

II. Причины взрывов и пожаров в топочном пространстве печей

Причины взрывов в топочном пространстве печей различны. Главным образом взрывы в топочном пространстве трубчатых печей могут происходить при розжиге форсунок и по тем причинам, которые рассмотрены выше.

Взрывы при работе печи вследствие обрыва факелов пламени мало вероятны, т.к. имеется на печах многоступенчатая система автоматики, исключающая самопроизвольную подачу газа после обрыва факелов пламени.
Трудно предположить одновременное прекращение подачи и жидкого и газообразного топлива. Так же мало вероятно одновременное засорение всех форсунок.

Пожары в топочном пространстве печей возникают чаще всего в результате прогара или разрыва труб. Повреждение труб змеевика представляет собой одну из наиболее сильных аварий печи.

Змеевики трубчатых печей работают в очень тяжелых условиях. На них одновременно и постоянно воздействуют высокие температуры и большие внутренние давления. Кроме того, наблюдается коррозия материала под действием продукта и дымовых газов и происходит механический износ материала непрерывным потоком жидкости, в которой могут содержаться взвешенные твердые частицы.

Поэтому к трубам печей предъявляют высокие требования в отношении их прочности и стойкости против теплового, химического и механического износов. Применение некачественных труб и нарушение нормального режима работы приводят к быстрому износу металла. Решающее значение при прогаре труб имеет перегрев металла в результате коксоотложений.

Трубопроводы, находящиеся в печи, подвержены неравномерному тепловому воздействию. Средняя температура в радиантной камере примерно равна
950—1000° С, а в конвекционной камере — 500—600° С. Следовательно, стенки радиантных труб нагреваются до более высокой температуры, чем стенки конвекционных труб.

Высокая температура поверхности трубопровода вызывает термическое разложение прилегающих к ней слоев жидкости. В результате термического разложения образуется твердый пористый продукт — кокс, отлагающийся на поверхности трубы. Чем выше температура, тем интенсивнее коксообразование.

Коксообразование в трубах зависит не только от температурного режима работы, но и от скорости движения продукта по трубам. Как известно, при турбулентном режиме скорость движения частичек жидкости по трубе неодинакова. Частички жидкости, прилегающие к стенкам труб, движутся во много раз медленнее, чем частички, находящиеся в среднем сечении. Толщина пограничного слоя зависит от состояния поверхности трубы и средней скорости движения жидкости. Чем шероховатее поверхность трубы и чем меньше скорость движения жидкости, тем больше толщина почти неподвижного пограничного слоя.
Этот слой подвергается интенсивному перегреву и термическому разложению с коксообразованием.

Скорость движения жидкости в трубах может снизиться в результате:
. уменьшения производительности насосов (снижение числа оборотов, неисправность) или их остановки;
. неисправности редукционного клапана за печью или его закоксовывания;
. работы «на себя» центробежных насосов;
. аварии подводящих трубопроводов.

Особенно опасно полное прекращение циркуляции продукта, так как при этом трубы быстро закоксовываются и выходят из строя. Процесс закоксовывания пусть медленнее, но протекает даже при нормальных режимах работы.

Поэтому нарушение сроков очистки труб от кокса может привести к их прогару. Об интенсивном закоксовывании труб можно судить по следующим признакам:

. повышению температуры топочных газов на перевале печи при том же количестве сжигаемого топлива. Это происходит потому, что кокс, отлагаясь на трубах, уменьшает коэффициент теплопередачи от дыма к продукту. В результате уменьшается количество передаваемого жидкости тепла, и дымовые продукты уходят в боров более нагретыми;

. повышению давления у питающих насосов при нормальном давлении на выходе из печи или уменьшению давления на выходе из печи при нормальном давлении у питающих насосов. Это объясняется тем, что сопротивление труб увеличивается в результате уменьшения их сечения.

При достаточном опыте признаки прогара можно также определить визуально. Нужно отметить, что разрыв труб вызывается не только прогаром, но и другими причинами.

Сильный химический или механический износ материала труб может привести к их разрыву даже при нормальном давлении и тем более это возможно при повышенных давлениях.

Причиной усиленной коррозии металла с внешней стороны труб (со стороны топочного пространства) является нарушение нормального режима топки, т. е. работа с повышенным коэффициентом избытка воздуха, с избытком топлива или работа на повышенных температурных режимах против нормального. Естественно, что в большей степени этому виду износа подвержены центральные части радиантных труб.

Усиленную коррозию металла с внутренней стороны труб, т. е. со стороны продукта, вызывает наличие в нагреваемой жидкости повышенного количества вредных химических примесей.

Например, нефть или каменноугольная смола не обладают коррозийными свойствами по отношению к стали, но они могут содержать значительное количество примесей в виде различного рода сернистых соединений (H2S; FeS), свободной серы (S), хлористых солей и т. п., которые при определенных условиях сильно изнашивают металл.
Примечание: Обьемная доля содержания сероводорода в газовой фазе (над поверхностью жидкости) на УПН, ДНС-15,27,36 Гремихинского месторождения по данным института УдмуртНИПИнефть составляет 2-2,5%, на других месторождениях - не превышает 1%. Обьемная доля содержания растворенного сероводорода в нефтепродукте по всем месторождениям в Удмуртии до- 0,02%
[ 5 ].

При гидролитическом разложении хлористых солей кальция и магния
(СаСl2; МgСl2) образуется соляная кислота, которая, взаимодействуя со стенками аппарата, дает хлористое железо (FеСl3). При гидролитическом разложении сернистых солей образуется сероводородная кислота (HS), которая, взаимодействуя со стенками аппарата, превращается в сульфиды железа (FeS и
FeS 2).

Наиболее сильный химический износ, как показывает опыт, наблюдается по концам труб на протяжении примерно 1 м от двойников. Поверхности труб на этих участках очищаются от образующегося налета окислов вихревыми потоками продукта, что и способствует лучшему взаимодействию коррозирующих агентов с металлом.

Иногда трубы змеевика, не вызывающие опасности по наружному виду, становятся причиной аварии вследствие внутренних дефектов металла или механического износа внутренней поверхности стенок.

Так же как химическая коррозия, механическое истирание наиболее сильно сказывается на концах труб, т. е. в местах изменения направления скоростей.
Совместное действие коррозии и эррозии может привести к заметному уменьшению толщины стенок труб около двойников.

Внутреннее давление в системе повышается при нарушении нормального режима работы насосов, подаче продукта поршневыми насосами в ококсованные змеевики, неисправности редукционного клапана и т. п.

Особенно опасно для труб резкое изменение давления. Повреждение труб может быть небольшим в виде свища и весьма значительным в виде разрывов длиной в несколько десятков сантиметров. Естественно, что при этом в топку изливается большое количество горючего продукта и происходит интенсивное горение.

На практике отмечено много случаев повреждения труб из простой стали.
Особенно часто встречается прогар труб.

Так, на одном из крекинг-заводов в г.Перми произошел прогар центральной трубы потолочного экрана печи легкого крекинга. Во внутренний объем печи вылилось при этом около 8 т нефтепродукта. Деформировалось 12 труб потолочного экрана и шесть труб боковых экранов. Огонь угрожал соседним аппаратам и насосной станции. Внутри печи огонь был потушен водяным паром, около печи — пенной и распыленной водой. Печь была остановлена на пять суток.

Внимание! При определении причины пожара нужно иметь в виду, что разрыв в средней части трубы радиантной системы вызывается в основном прогаром, а разрыв на конце трубы — уменьшением толщины стенок.

Интенсивное горение внутри топочного пространства, своего рода пожар, возникает также при попадании в печь горючей жидкости через газовые форсунки. При работе газовых форсунок, особенно в зимнее время, в газовой линии может образоваться значительное количество конденсата, который вместе с газом будет поступать в топку. Попадание жидкости в топку вызывает выброс огня через имеющиеся проемы наружу и резкий скачок температуры в печи, что приводит к частичному ококсовыванию труб.

На УПН Ижевского месторождения нефти 11 мая 2001г в 18 час 40 мин на технологической установке- печи "ПП-1,6" произошел технологический инцидент, который привел к пожару. Из-за розлива нефтепродукта горение распространилось по площади до 13 кв. м. Неисправности технологического оборудования были устранены только 15.05.01г к 18 час 30 мин. Простой оборудования составил четверо суток.

Вероятной причиной инцидента явилась неисправность датчика уровня жидкости (ДУЖ), предназначенного для контроля за уровнем нефтепродукта в установке УПС-3000. Регламентные работы на установке своевременно не проводились и датчик ДУЖ находился в не рабочем состоянии, т.к. поплавок завис на направляющей в результате касания смотровой лестницы.

При переполнении УПС-3000 нефтепродукт попал по газовой линии в газосушитель и далее по линии подачи попутного газа в газовую горелку печи
"ПП-1,6", где и воспламенился. Вытекший нефтепродукт в течение часа под контролем дежурного караула ВПК№6 выгорал в камере сгорания печи и на земле. Учитывая длительность горения ,скорость выгорания нефтепродукта и площадь пожара можно сделать вывод , что произошел розлив не менее 1,95 м3 нефтепродукта.

Причины пожаров вне печи

Снаружи трубчатой печи пожары могут возникать:

. в камерах двойников (ретурбендов);

. у форсуночного фронта ;

. на подводящем или отводящем продуктопроводе при его повреждении.

Причины пожаров в камерах двойников (ретурбендов)

Выход нагреваемой жидкости или ее паров наружу через двойники наблюдается при неплотном прилегании пробки к корпусу двойника, при выбросе пробки, нарушении соединения труб с корпусом двойника и повреждениях корпуса.

Наиболее часто пожар возникает при выходе продукта вследствие неплотного прилегания пробки к корпусу. Эта неплотность образуется при слабой затяжке нажимных болтов или недостаточно тщательной очистке поверхностей от частичек кокса. Через получившуюся щель выходит струйка жидкости или, чаше, пара. Струйка пара рассеивается в окружающее пространство. Когда выходящий продукт нагрет выше температуры самовоспламенения, он сразу же загорается. Это повреждение несерьезное и очень часто само ликвидируется, т. е. неплотность постепенно сама закоксовывается.

Серьезную аварию представляет выброс пробки или нарушение соединений труб с корпусом двойника. Выброс пробки происходит в результате срыва резьбы болта или гайки, поломки хвоста гайки или приливов корпуса. Причина этого заключается не только в дефектах металла, но и в перенапряжениях, особенно при попытке ликвидации неплотностей пробки путем подтяжки болта без снижения давления в трубах.

Концы труб соединяются с корпусом двойника развальцовкой. При некачественной развальцовке двойник вырывается из труб. Одной из причин выброса пробки и вырыва двойника из труб является работа при повышенном давлении или резкое изменение давления.

При этих видах аварии наружу под большим давлением выбрасывается струя горючего продукта. Чаще всего он сразу воспламеняется. Если же продукт сразу не воспламенится, то происходит интенсивное испарение с загазовыванием территории установки. Образовавшееся газовое облако может воспламениться от форсунок печи или от других источников, расположенных на пути его движения. Выброшенные с большой силой пробки или двойники могут повредить соседние аппараты.

Страницы: 1, 2

МЕНЮ

Пожарная опасность трубчатых печей

Пожарная опасность трубчатых печей

ИНТЕРЕСНОЕ