ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНИКА №5, 2003
Средства контроля у сигнализации утечек газа
при эксплуатации теплообменных систем
(Госгортехнадзор России),
, , (ГРЦ «КБ им. Академика »),
(Новоуфимский НПЗ)
В технологических системах и установках химической, нефтехимической
и нефтеперерабатывающей промышленности широко используются теплообменные процессы с применением теплообменных устройств рекуперативного типа, в которых основные технологические среды, перемешивающиеся в трубках теплообменников, охлаждаются водой, циркулирующей в межтрубном пространстве. Контур циркуляции охлаждающей воды, как правило, входит в состав заводской системы оборотного водоснабжения.
При эксплуатации теплообменных устройств рекуперативного типа важной задачей является обеспечение контроля целостности трубных частей и предотвращение развития аварийных ситуаций.
Крупные трещины и разрывы труб теплообменников, сопровождающиеся выбросами больших количеств газа в межтрубное пространство, могут быть зафиксированы средствами контроля и сигнализации, непосредственно входящими в состав или обвязку теплообменников.
Вместе с тем значительная опасность может возникать и при так называемых «малых течах» и «микротечах» через трещины или неплотности в трубах соединениях теплообменников, в местах соединения труб с трубными решетками. Причины возникновения дефектов в трубных частях теплообменников могут быть различными.
Это и несоблюдение изготовителями и монтажниками технологий сварки и испытаний, воздействие коррозийных и эрозионных процессов, нестабильность технологий теплообмена, несоблюдение технологических регламентов теплообмена, воздействие циклических нагрузок, развитие возможных скрытых дефектов в трубках и т. д.
При таких дефектах («малых течах» и «микротечах»), учитывая определенную сложность их обнаружения из-за особенностей конструктивного исполнения теплообменной аппаратуры, зачастую неизвестны ни место утечек, ни время, ни количество истекающих газовых сред, уносимых в виде пузырьков в коммуникации охлаждающих систем оборотного водоснабжения, с тенденцией накопления через определенные промежутки времени до критических, предаварийных количеств.
При этом известными являются параметры и свойства охлаждаемых газообразных сред и параметры охлаждающей воды, конструкция оборудования.
Требованиями «Общих правил взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств» установлено, что для систем оборотного водоснабжения должны быть предусмотрены средства контроля и сигнализации содержания взрывопожароопасных и токсичных веществ при их попадании в воду.
Таким образом, часть задач предотвращения аварийных ситуаций на теплообменном оборудовании может решаться созданием и установкой в составе систем оборотного водоснабжения эффективных технических средств индикации, контроля, сигнализации и эвакуации газовой составляющей из основных охлаждающих потоков систем оборотного водоснабжения.
Такие технические средства (системы сигнализации и контроля наличия газа в комплексах оборотного водоснабжения) созданы, например, в Государственном ракетном центре «КБ имени академика » на основе опыта разработок для потребностей оборонного комплекса. Системы прошли полный цикл необходимых испытаний, опытной отработки и внедрены в серийное производство. Общая схема устройства и компоновки такой системы представлена на рисунке.
Основными узлами системы являются газоуловитель и блок приборов.
Устанавливаемый непосредственно на трубопровод охлаждающей воды газоуловитель НХ 107.хх.000 представляет собой диффузорно-конфузорный переход с цилиндрической вставкой большего, чем сам трубопровод, диаметра. Внутри диффузора и конфузора размещаются коаксиально установленные конусы, служащие для безотрывного разворота и выходящего из уловителя потока, так и для гашения поперечных пульсаций скоростей. В верхней части цилиндрической вставки размещается накопитель газовой фазы.
Геометрические параметры уловителя (диаметр и длина цилиндрической вставки, высота и число конусов) рассчитываются по определённым методикам для конкретного трубопровода по его фактическим данным – диаметру трубопровода и физическим параметрам потока (давление, расход, температура и др.).
Принцип действия уловителя основан на процессе всплытия газовых пузырей различного диаметра в воде, скорость всплытия которых зависит от их размеров (диаметра). В трубопроводе поток воды имеет поперечные пульсации скорости, которые не позволяют пузырькам газа всплывать и накапливаться в верхней части трубопровода. В газоуловителе эти поперечные пульсации скорости потока гасятся с помощью конусов. При появлении трещин, разрывов во внутренних трубах теплообменного аппарата пузырьки охлаждаемого газа вместе с потоками воды попадают в уловитель. В цилиндрической части уловителя поток спокоен, продольная скорость мала и пузырек, двигаясь вместе с потоком, беспрепятственно всплывает, попадая в размещенный в верхней части уловителя накопитель.
В накопителе со временем формируется определенный газовый объем. При достижении заданных установленных значений срабатывают последовательно две ступени сигнализации. Наличие вентиля на накопителе позволяет осуществлять отбор проб для анализа и эвакуацию газа.
Блок накопителя включает два сигнализатора раздела фаз СРФ НХ64.000, устанавливаемых на накопителе на двух уровнях, двухканальный искрозащитный блок «БРИЗ» НХ71.000, двухканальный преобразователь ПРС НХ79.000 и четырехпроводную кабельную линию длиной 1000 м.
К настоящему времени Государственный ракетный центр «КБ имени академика » разработал широкую номенклатуру систем для трубопроводов Dт=80...800 мм и диапазоном расходов 100...3500 м3/ч с улавливанием о 70 до 100% газовых включений при диаметрах пузырьков от 1 мм и более. Такие системы находятся в эксплуатации на Уфимском НПЗ, Новоуфимском НПЗ и ряде других.
К достоинствам системы стоит отнести:
‑ малое гидравлическое сопротивление, не требующее изменения режимов насосных станций;
‑ высокую степень улавливания газовой фазы в потоке воды;
‑ возможность очистки электродов сигнализаторов от загрязнений баз демонтажа сигнализатора на действующей установке;
‑ взрывобезопасность системы сигнализации и контроля;
‑ относительную конструктивную несложность оборудования, его блочно-модульное исполнение и удобство монтажа и демонтажа;
‑ доступность оборудования систем для ревизий, освидетельствований и ремонтов.
Вторичная аппаратура позволяет избежать поляризации электродов, что продлевает срок эксплуатации сигнализаторов. Под действием электрического поля на электродах, погруженных в воду, происходят процессы, которые приводят к образованию непроводящих солей, так как вода в контурах охлаждения зачастую используется неочищенной. Преобразователь ПРС замедляет этот процесс в десятки раз, что подтверждается длительным опытом эксплуатации системы в нефтеперерабатывающий завод».
Система зачищена двумя патентами на изобретение:
‑ № 000 от 20.12.96 г. «Способ улавливания газовой фазы турбулентного потока в трубопроводной системе и устройство для его осуществления»;
‑ 2077030 от 10.04.97 г. «Электроконтактный датчик».
на право применения таких систем на опасных производственных объектах оформлены необходимые разрешения Госгортехнадзора России.
Электрооборудование систем имеет соответствующие свидетельства и сертификаты по условиям взрывозащищенности.
Системы могут быть использованы также в качестве диагностирующих систем (для контроля состояния теплообменного оборудования), могут функционировать в составе систем стационарного мониторинга состояния технологического оборудования, адаптированы по выходным электрическим сигналам и технически совместимы с оборудованием комплексов систем управления, сигнализации и противоаварийной защиты технологических и инженерных систем и установок производственных комплексов.
Внедрение подобных систем контроля утечек газа при эксплуатации оборудования на опасных производственных объектах, работающих с взрывопожароопасными, токсичными и агрессивными средами, позволяет в сочетании с другими техническими средствами обеспечить эффективный контроль за состоянием условий безопасности и возможность принятия своевременных оперативных мер по предотвращению и локализации возможных аварийных ситуаций на объектах.
