Бесплатный фрагмент - Генератор инертного газа

Генератор инертного газа

(полное руководство)

Содержание

Глава 1. Введение в системы инертного газа

— Необходимость инертного газа

— Определения ИМО для терминологии, часто используемой в этом модуле

— Категории систем инертизации

— Краткое содержание

Глава 2. Воспламеняемость

— Цели обучения

— Введение

— Содержание кислорода в смесях углеводородного газа и воздуха

— Воспламеняемость и горючие смеси

— Понимание спектра воспламеняемости смесей углеводородного газа/воздуха/инертного газа

— Достижение инертного состояния

— Влияние чистки

— Достижение безгазового состояния из инертного состояния

— Краткое содержание главы

Глава 3: Генератор инертного газа

— Генератор инертного газа

— Узел горелки

— Пилотная горелка

— Первичный блок горелки

— Система подачи топлива

— Подача воздуха для горения

— Подача воды в скруббер

— Сборка водяной рубашки и скруббера

— Атмосферный выпускной клапан

— Клапан регулирования производительности

— Главный клапан подачи инертного газа

— Палубный гидрозатвор

— Принцип работы палубного гидрозатвора

— Обеспечение палубной уплотнительной водой

— Прерыватель давления/вакуума (P/V)

— Решение проблемы избыточного давления в системе

— Управление вакуумными условиями

— Сеть распределения инертного газа

— Регулируемые контрольные точки

— качество подачи инертного газа

— Инструментарий

— Оповещения и остановки системы

Глава 4: Сигналы управления, измерения и безопасности

— Цели обучения

— Введение — Основные потребности контроля

— Регулирование автономного генератора инертного газа

— Сенсорный экран центральной станции управления

— Центральный дисплей

— Сенсорный экран пункта управления грузовыми перевозками (CCR)

— Другие функции сенсорного экрана

— Настраиваемые параметры управления

— Регулирование выхода инертного газа ● Управление качеством инертного газа

— Инструментарий

— Реакции на сигналы тревоги и выключения системы

— Резюме

Глава 5: Эксплуатация генератора инертного газа

— Введение

— Автоматический стартовый дисплей

— Последовательность ручного запуска

— Нормальная эксплуатация

— Стандартные рабочие процедуры для генераторов инертного газа

— Процедуры разгрузки груза

— Пополнение инертного газа (доливание)

— Продувка и вентиляция для дегазации

— Выключение

Глава 6: Эксплуатационные вопросы и протоколы обслуживания

— Техническое обслуживание и оптимизация работы горелки

— Целостность воздуходувок и воздушного конуса

— Уход за водяной рубашкой и скруббером

— Автоматическое управление клапанами и контроллерами

— Техническое обслуживание палубного уплотнения

— Прерыватель давления/вакуума (P/V)

— Анализатор кислорода

— Краткое содержание главы

Глава 7: Специальные возможности для газовозов

— Цели обучения

— Введение

— Охлаждающая секция

— Секция осушки газа

— Механизмы невозврата на главной палубе

— Заключительные замечания (системы инертного газа для газовозов)

Список вопросов для самопроверки

Глава 1. Введение в системы инертного газа

Необходимость инертного газа: В конце 1960-х годов, по мере роста размеров нефтяных танкеров, участились и взрывы грузовых танков. Эти взрывы часто приписывались возгоранию легковоспламеняющихся паров в атмосфере танка, причем основным предполагаемым источником было статическое электричество, образующееся во время грузовых, балластных и особенно чистящих операций. Эти катастрофические события стимулировали создание правил, систем и эксплуатационных процедур, направленных на повышение безопасности на всех типах танкеров. Значительным достижением стало принятие поддержания инертной атмосферы в танках на протяжении всех операций. Обеспечение инертности танков во время обработки груза, балластировки и чистки значительно снижает риск взрыва, если не полностью устраняет его. Это было достигнуто путем оснащения судов системами инертного газа. Кроме того, многим газовозам требуется инертизация грузовых танков, межбарьерных пространств и других пустых пространств между грузовыми танками и корпусом. Конструкция и эксплуатация систем инертного газа регулируются правилами безопасности, изложенными, главным образом, в публикациях ИМО, а именно в

Международной конвенции по охране человеческой жизни на море

(СОЛАС) и публикации «Системы инертного газа». Более подробную информацию о конкретных методах эксплуатации, связанных с грузами, можно найти в Международном руководстве по безопасности для нефтяных танкеров и терминалов и

Принципах обращения с сжиженным газом на судах и терминалах.

В следующем разделе будут рассмотрены определения ИМО для терминологии, часто используемой в этом модуле.

В этом модуле представлено несколько терминов, связанных с конструкцией и эксплуатацией систем инертного газа, с которыми вам следует ознакомиться. В интерактивных разделах представлены определения, одобренные ИМО из публикации «Системы инертного газа» 1990 года.

— Инертный газ: Газ или смесь газов, например дымовой газ, содержащий недостаточно кислорода для поддержания горения углеводородов.

— Инертное состояние: Состояние, при котором содержание кислорода в атмосфере резервуара снижено до 8% или менее по объему за счет введения инертного газа.

— Установка инертного газа: Все специализированное оборудование, предназначенное для подачи, охлаждения, очистки, создания давления, контроля и регулирования подачи инертного газа в системы грузовых танков.

— Система распределения инертного газа: Все трубопроводы, клапаны и связанная с ними арматура, используемые для транспортировки инертного газа от установки инертного газа до грузовых танков, выпуска газов в атмосферу и защиты танков от избыточного давления или вакуума.

— Система инертного газа: Установка инертного газа и система распределения инертного газа, а также механизмы, предотвращающие обратный поток грузовых газов в машинные помещения, а также стационарные и переносные измерительные приборы и устройства контроля.

— Инертизация: Процесс введения инертного газа в резервуар для достижения инертного состояния, при котором содержание кислорода в атмосфере резервуара составляет 8% или менее по объему.

— Дегазация: Процесс подачи свежего воздуха в резервуар для удаления токсичных, горючих и инертных газов и увеличения содержания кислорода до 21% по объему.

— Очистка: Введение инертного газа в уже инертный резервуар для дальнейшего снижения содержания кислорода и/или снижения содержания углеводородного газа до уровня, при котором горение не может поддерживаться при последующей подаче воздуха.

— Пополнение: Введение инертного газа в резервуар, который уже находится в инертном состоянии, для повышения давления в резервуаре и предотвращения попадания воздуха.

Категории систем инертизации: Атмосфера грузовых танков зачастую по своей природе слишком насыщенная, чтобы представлять опасность взрыва из-за высокой концентрации углеводородных газов. Однако непреднамеренное попадание воздуха может разбавлять атмосферу, создавая потенциальную опасность взрыва. Поэтому поддержание атмосферы грузовых танков в инертном состоянии считается более безопасной практикой.

На судах существуют различные системы для создания инертной атмосферы в резервуарах. Выбор системы для конкретного судна зависит от таких факторов, как установленное оборудование и характеристики груза.

Основные типы систем подробно описаны ниже; чтобы узнать больше о каждой из них, изучите соответствующие разделы.

— Системы дымоходов: Эти системы используют выхлопные газы судовых котлов в качестве источника инертного газа. Эффективно работающий котел с правильно отрегулированным процессом горения будет вырабатывать выхлопные газы с содержанием кислорода менее 5%. Перед подачей в грузовой танк эти выхлопные газы необходимо очищать, используя оборудование, например, скруббер, для очистки и охлаждения. Большинство танкеров для перевозки сырой нефти и многие танкеры для перевозки нефтепродуктов, оснащенные паровыми установками, используют системы отвода дымовых газов, поскольку газ легко доступен из выхлопных газов парового котла.

— Комбинированные системы инертного газа: Как следует из названия, эти установки сочетают в себе функции как газогенераторных установок, работающих на дымовых газах, так и на мазуте. Комбинированные установки обычно устанавливаются в случаях, когда подача дымовых газов нерегулярна или недостаточна, и требуется их подача из мазутной установки.

— Системы независимых генераторов инертного газа: Автономные генераторы инертного газа, работающие на мазуте, обычно способны производить газ с содержанием кислорода менее 3% по объёму. Они устанавливаются либо при отсутствии котла, либо когда требования к содержанию кислорода более строгие, чем требования к системе дымовых газов. Генератор инертного газа обычно оснащён высокоэффективным горелочным устройством и топкой с водяной рубашкой, которая может также включать в себя скруббер. Другие компоненты системы аналогичны компонентам системы дымовых газов. Хотя генераторы инертного газа могут работать на тяжёлом топливе или дистилляте, они часто работают на дистилляте для получения более качественного, чистого газа с пониженным содержанием кислорода. В последующих главах данного модуля эта система будет подробно рассмотрена применительно к нефтяным танкерам.

— Системы генераторов азота: Азот не поддерживает горение, что делает его естественным инертным газом. Генераторы азота могут использоваться, когда качество инертного газа из системы дымоудаления или независимого генератора инертного газа не подходит, как правило, из-за риска загрязнения груза. По этой причине их часто устанавливают на химических и газовозах. Генератор азота состоит из воздушного компрессора, секции осушки и фильтрации воздуха, нагревательного блока и одного или нескольких блоков с половолоконными мембранами. В некоторых блоках используется технология адсорбции при переменном давлении. Окружающий воздух сжимается, осушается, фильтруется и нагревается перед подачей в блок с половолоконными мембранами. Кислород и углекислый газ проходят через стенки мембраны, оставляя практически

чистый азот. Затем сжатый азот поступает в распределительную систему для подачи в грузовые танки и другие помещения, требующие инертизации.

— Системы хранения азота: Несмотря на то, что в последние годы производительность азотных генераторов значительно возросла, они не всегда могут производить достаточное количество инертного газа для определённых ситуаций, особенно для крупных судов. Старые суда и некоторые новые крупные газовозы по-прежнему используют жидкий азот, хранящийся на борту или поставляемый с терминала, для удовлетворения потребностей в инертном газе.

Краткое содержание: В этой главе рассмотрены обоснования необходимости использования инертного газа и представлены различные системы его получения. Мы также ввели некоторые термины, которые будут использоваться в последующих главах. В этом модуле мы подробно рассмотрим автономные генераторы инертного газа, работающие на мазуте.

В следующем разделе мы обсудим воспламеняемость смесей углеводородных газов и порядок эксплуатации системы инертного газа для предотвращения взрывов.

Глава 2. Воспламеняемость

Цели обучения: По завершении этой главы вы сможете:

— Иметь четкое представление о воспламеняемости смесей углеводородного газа и воздуха.

— Определить пределы и диапазон воспламеняемости смесей углеводородного газа и воздуха.

— Понимать принципы безопасного разбавления атмосфер, содержащих смеси углеводородных газов и воздуха.

Введение: Вы, должно быть, уже знаете, что топливо воспламеняется при наличии достаточного количества кислорода и источника возгорания. В этом модуле мы рассмотрим углеводородный газ, в основном из нефтяных грузов, перевозимых в танкерах, в качестве топлива.

При смешивании газа с воздухом в свободном пространстве грузового танка возможно образование воспламеняющейся смеси.

Если вещество или смесь способны воспламеняться и происходит горение, такое вещество считается воспламеняющимся. Важно отметить, что термины «воспламеняющийся» и «горючий» имеют одинаковое значение. Во избежание путаницы в этом модуле мы будем использовать исключительно термин «воспламеняющийся» и его производные.

Содержание кислорода в смесях углеводородного газа и воздуха: Содержание кислорода в атмосферном воздухе обычно считается равным 21% по объёму, остальное приходится на азот и следовые количества других газов, таких как аргон. Для наших целей предположим, что содержание азота составляет 79% по объёму. Пространство над нефтью в грузовом танке будет содержать атмосферный воздух и углеводородный газ. Доля присутствующего атмосферного воздуха будет зависеть от доли углеводородного газа в смеси. По мере увеличения доли углеводородного газа доля атмосферного воздуха, а следовательно, и кислорода, будет уменьшаться.

Воспламеняемость и горючие смеси: Горючая смесь может существовать только в том случае, если концентрация топлива находится в определённых пределах, которые варьируются в зависимости от типа топлива. Максимальная концентрация топлива называется верхним пределом взрываемости (ВПВ), а минимальная концентрация топлива — нижним пределом взрываемости (НПВ).

Более того, горючая смесь может существовать только при наличии достаточного количества кислорода. Используйте кнопки для получения дополнительной информации о пределах взрываемости и требованиях к содержанию кислорода.

Верхний предел взрываемости (ВПВ), также известный как верхний предел воспламеняемости, описывает наиболее богатую (по доле горючего газа) газовоздушную смесь, которая всё ещё воспламеняется. Обычно он выражается в процентах горючих газов в смеси. Значение ВПВ значительно варьируется в зависимости от природы горючего газа.

Нижний предел воспламеняемости (НПВ), часто называемый Нижний предел взрываемости (НПВ), обозначает минимальную концентрацию горючего газа в воздухе, способную поддерживать горение. Это значение, обычно выражаемое в процентах от общего содержания горючего газа в смеси, может значительно колебаться в зависимости от конкретного газа, даже среди различных углеводородов. Для смесей углеводородного газа и воздуха в нефтяных грузовых танках НПВ обычно устанавливается на уровне1%.

минимальный уровень кислорода для горения, смесь углеводородного газа и воздуха обычно требует по крайней мере11% кислорода поддерживать пламя. Ниже этого порога горение невозможно поддерживать даже при наличии источника возгорания. Для повышения безопасности при инертизации грузовых танков, содержащих углеводородный газ и воздух, допустимое содержание кислорода дополнительно снижено до8%. Важно отметить, что некоторые региональные правила могут даже устанавливать предельное содержание кислорода ниже этой отметки в 8%.

Понимание спектра воспламеняемости смесей углеводородного газа/воздуха/инертного газа:

Введение инертного газа в смесь углеводородного газа и воздуха в грузовом танке существенно изменяет её характеристики воспламеняемости. Это добавление сужает окно взрываемости, снижая верхний предел воспламеняемости и повышая нижний предел воспламеняемости. Одновременно это снижает концентрацию углеводородного газа и кислорода в атмосфере. На соответствующей диаграмме любая точка данных, расположенная левее линии AB, будет соответствовать сочетанию углеводородного газа, кислорода и инертного газа (включая атмосферный азот).

Зона, ограниченная кривой CDE, определяет область взрывоопасности или воспламеняемости. В пределах этой области любая смесь способна к воспламенению и горению.

За пределами этого диапазона составы либо чрезмерно богаты (выше кривой), либо слишком бедны (ниже кривой) для воспламенения. Важно отметить, что слева от этого диапазона смесь содержит недостаточно кислорода для поддержания горения.

Достижение инертного состояния:

Как показано на диаграмме, любая точка представляет собой уникальную смесь углеводородного газа, кислорода и инертного газа.

Рассмотрим точку F, характеризующуюся указанными в ней уровнями углеводородного газа и кислорода. Эта точка находится вне диапазона воспламеняемости, что указывает на то, что атмосфера в резервуаре находится за пределами риска взрыва. Если целью является дегазация танка после разгрузки груза с целью создания атмосферы с содержанием кислорода 21% и отсутствием углеводородов и инертных газов, интуитивно можно рассмотреть вариант прямого разбавления свежим воздухом. Однако такой процесс приведёт к тому, что состав атмосферы в танке пересечёт взрывоопасный диапазон, как показано линией FA, что создаст неприемлемый риск взрыва.

Прямое разбавление воздуха безопасно только в том случае, если вся траектория движения остаётся ниже порога взрываемости. Эта безопасная верхняя граница представлена линией критического разбавления.

Влияние чистки: Введение дополнительного инертного газа в грузовой танк (процесс, известный как продувка) эффективно снижает концентрацию углеводородного газа и кислорода в атмосфере.

Достижение безгазового состояния из инертного состояния: Для безопасной дегазации резервуара крайне важно, чтобы внутренняя атмосфера ни в коем случае не перешла в воспламеняющееся состояние на протяжении всего процесса. Начальный этап этой операции включает продувку резервуара инертным газом. Это продолжается до тех пор, пока состав атмосферы не опустится ниже критической линии разбавления, что визуально обозначено линией FH на диаграмме. После достижения этого безопасного порога можно подавать свежий воздух для разбавления атмосферы резервуара, постепенно удаляя как углеводороды, так и инертные газы. Этот последующий этап операции обозначен линией HA.

Краткое содержание главы: