Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Пожарная опасность антикоррозионной защиты нефтяных резервуаров типа рвс и задачи исследования 16
1.1. Особенности технической эксплуатации нефтяных резервуаров типа РВС 16
1.2. Способы очистки резервуаров от нефтяных остатков 24
1.3. Антикоррозионная защита наружной поверхности нефтяных резервуаров 34
1.4. Пожарная опасность при производстве ремонтных работ на нефтяных резервуарах 41
1.5. Обоснование цели и задач исследования 48
ГЛАВА 2. Программы и методики экспериментальных исследований 51
2.1. Исследование пожаровзрывоопасности гидроабразивпоструйной очистки резервуара 52
2.1.1. Описание экспериментального стенда 52
2.1.2. Методика проведения экспериментов 60
2.2. Исследование эффективности струйной очистки поверхностей нефтяных резервуаров от смазки и загрязнений 61
2.2.1. Описание экспериментального стенда 61
2.2.2. Методика проведения экспериментов 62
2.3. Экспериментальное исследование процесса насыщения газового пространства резервуара при испарении с поверхности свободно падающей струи 66
2.3.1. Описание лабораторного стенда 66
2.3.2. Методика проведения экспериментов 69
2.4. Измеряемые величины и приборы 72
2.5. Оценка точности результатов измерений 76
Выводы по главе 2 77
ГЛАВА 3. Анализ и обобщение результатов экспериментальных исследований 78
3.1. Обобщение результатов исследования пожаровзрывоопасности гидроабразивоструйной очистки поверхности нефтяного резервуара типа РВС 79
3.2. Обработка результатов исследования эффективности очистки поверхностей нефтяных резервуаров от нефтяных
загрязнений 86
3.3. Обработка опытов по исследованию процесса насыщения газового пространства резервуара при испарении с поверхности свободно падающей струи 90
Выводы по главе 3 95
ГЛАВА 4. Рекомендации по обеспечению пожаровзрывобезопасности гидроабразивоструйной очистки наружной поверхности действующих нефтяных резервуаров типа РВС 97
4.1. Обоснование требований по обеспечению пожаровзрывобезопасности гидроабразивоструйной очистки нефтяных резервуаров типа РВС 97
4.2. Обеспечение пожаровзрывобезопасности гидроабразивоструйной очистки наружной поверхности действующих нефтяных резервуаров типа РВС 107
4.3. Технико-экономическая эффективность проведения гидроабразивоструйной очистки наружной поверхности действующих нефтяных резервуаров типа РВС 112
Выводы по главе 4 115
Выводы 116
Список литературы
- Особенности технической эксплуатации нефтяных резервуаров типа РВС
- Исследование пожаровзрывоопасности гидроабразивпоструйной очистки резервуара
- Обобщение результатов исследования пожаровзрывоопасности гидроабразивоструйной очистки поверхности нефтяного резервуара типа РВС
- Обоснование требований по обеспечению пожаровзрывобезопасности гидроабразивоструйной очистки нефтяных резервуаров типа РВС
Введение к работе
Наиболее пожаровзрывоопасными операциями при эксплуатации нефтяных резервуаров являются подготовка и проведение ремонтных работ. Указанный вывод основан на анализе статистики пожаров в России. Ежегодно объем и количество аварийных и ремонтных работ на резервуарах увеличивается из-за старения резервуарного парка России, в том числе из-за разрушения стенок и несущих конструкций резервуаров вследствие коррозии. Для поддержания резервуаров в работоспособном состоянии требуется большой объем работ по проведению антикоррозионной защиты резервуаров. Исследования показывают, что скорость коррозии металла нефтяных резервуаров может составлять 1-2 мм/год [1]. Основным способом защиты вертикальных стальных резервуаров от атмосферной коррозии является качественная окраска защитными покрытиями, что способствует снижению количества аварий и объема ремонтных работ.
Лакокрасочные материалы (ЛКМ), используемые для защиты наружной поверхности резервуаров, являются стойкими к атмосферной коррозии и к ультрафиолетовому излучению, а также обладают высокой отражающей способностью, что снижает потери нефти от испарения. Уменьшение количества аварий, объема ремонтных работ и потерь нефти снижает пожаровзрывоопас-ность нефтяных резервуаров, а также экологическую нагрузку на окружающую среду.
В настоящее время при подготовке к плановым осмотрам и ремонтам вертикальных стальных цилиндрических резервуаров со стационарной крышей (РВС) осуществляется их опорожнение и очистка поверхностей от нефтяных остатков. Объем этих работ обычно очень велик и зависит от емкости резервуара, количества отложений и времени года. Как правило, при подготовке резервуара к покраске и ультразвуковой диагностике очистка поверхности производится с использованием метода абразивной очистки.
Частичное обследование нефтяных резервуаров включает проведение акустико-эмиссионного способа контроля сварных соединений резервуара. Использование этого контроля не требует очистки резервуаров, но при ВЬІЯВЛЄЕШИ каких-либо дефектов должна проводиться ультразвуковая диагностика [2, 3].
К сожалению, по существующим нормативным документам четко не регламентировано применение ультразвуковой диагностики на неочищенном нефтяном резервуаре. В действительности для использования этого метода необходима очистка поверхности от красок и отложений.
При полном обследовании в обязательном порядке проводится контроль ультразвуковой дефектоскопией всех сварных швов с предварительной их очисткой от краски. Полное обследование производится после освобождения от нефти, очистки от донных отложений и дегазации [2, 3].
Очистка поверхностей нефтяного резервуара от краски осуществляется абразивной обработкой. Она относится к огневым работам в соответствии с нормативными требованиями [6, 15, 32].
Опасность абразивной обработки заключается в том, что ее проведение сопровождается нагревом металла. При этом возможны разряды статического электричества и искрообразование. Поэтому этот способ является пожаровзры-воопасным при проведении работ на действующих резервуарах [6, 15, 32].
Для очистки поверхностей нефтяных резервуаров типа РВС от загрязнений и лакокрасочных материалов используются гидравлические способы. Удаление слоя краски осуществляется водой под большим давлением (до 200 МПа). Однако этот способ, как известно, требует дорогостоящего оборудования и не обеспечивает требуемое состояние поверхности по шероховатости, необходимой для окраски поверхностей.
Из рассмотренного следует, что становиться актуальным выбор и обоснование методов очистки наружной поверхности действующих нефтяных резервуаров типа РВС от слоев краски, защищающей их от коррозии. Таким методом может являться гидроабразивоструйная очистка, т.е. подвод абразива к очи щаемой поверхности в струе воды. Однако при использовании этого метода необходимо обосновать и обеспечить пожаровзрывобезопасность.
На основании проведенного в работе анализа следует, что применение гидроабразивоструйной очистки позволит исключить все работы, связанные с очисткой и выводом резервуара из технологического процесса, и обеспечить безопасное выполнение работ. Этим обусловлена актуальность диссертационной работы.
Актуальность работы. Анализ исследовательских работ и нормативно-технических документов показывает, что для обеспечения пожаровзрывобезопасности абразивной обработки поверхности нефтяных резервуаров типа РВС требуется большой объем опасных работ для вывода резервуара из эксплуатации и очистки его от нефтяных остатков. Уменьшение объема опасных работ может быть достигнуто применением гидроабразивоструйной очистки наружной поверхности нефтяного резервуара при условии обеспечения пожаровзрывобезопасности. В настоящее время отсутствуют нормативные требования и рекомендации по обеспечению пожаровзрывобезопасности данного метода на действующем резервуаре. Применение гидроабразивоструйной очистки наружных поверхностей действующих нефтяных резервуаров типа РВС позволит исключить из процесса подготовки резервуара к покраске и ультразвуковой дефектоскопии пожаровзрывоопасных операций по очистке и выводу резервуара из технологического процесса и значительно снизит затраты на их проведение.
Цель работы. Цель работы заключается в обосновании требований по обеспечению пожаровзрывобезопасности гидроабразивоструйной очистки наружных поверхностей нефтяных резервуаров типа РВС от слоя краски без вывода их из эксплуатации.
Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- провести анализ исследовательских работ и нормативно-технической документации с целью обоснования актуальности и темы диссертационной работы;
- обосновать методику исследования и создать экспериментальные лабораторные и стендовые установки;
- провести исследование пожаровзрывобезопасности гидроабразивоструйной очистки наружных поверхностей нефтяных резервуаров типа РВС;
- обосновать способы и технические решения по обеспечению пожаровзрывобезопасности гидроабразивоструйной очистки наружных поверхностей действующих нефтяных резервуаров типа РВС.
Объектом исследования являлся процесс взаимодействия струи гидроабразива со стенкой действующего нефтяного резервуара типа РВС.
В качестве предмета исследования рассматривались антикоррозионные покрытия, смазка и загрязнения поверхности действующих нефтяных резервуаров типа РВС.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- разработаны методики и экспериментальные стенды исследования пожаровзрывобезопасности гидроабразивоструйной очистки наружной поверхности действующих нефтяных резервуаров типа РВС;
- установлены эмпирические зависимости напряженности электрического поля от расхода воды, времени образования сквозных отверстий от толщины металла, температуры металла в области очистки от времени при проведении гидроабразивоструйной очистки;
- получены эмпирические зависимости по интенсивности струйной очистки наружной поверхности нефтяных резервуаров от смазки и загрязнений при повышении температуры воды и использовании технических моющих средств - обоснованы требования пожаровзрывобезопасности при гидроабразивоструйной очистке наружных поверхностей действующих нефтяных резервуаров типа РВС.
Достоверность полученных результатов и выводов, сформулированных в диссертации, подтверждается:
- использованием современной измерительной аппаратуры, обеспечивающей высокую точность измерения температуры, времени, концентрации, массы с относительной ошибкой менее 5 %;
- высокой воспроизводимостью получаемых результатов. Практическая значимость работы заключается в следующем:
- предложены способы обеспечения пожаровзрывобезопасности гидро-абразивоструйной очистки;
- найдены интенсивности испарения с поверхности свободно падающей струи горючих жидкостей (сургутская нефть, н-Гептан, бензин АИ-76), которые могут быть использованы при оценке продолжительности насыщения газового пространства резервуара;
- предложен и испытан блок безопасности для обеспечения пожаровзрывобезопасности гидроабразивоструйной очистки;
- предложена схема гидроабразивоструйной очистки с использованием блока безопасности;
- разработаны рекомендации по очистке наружной поверхности действующих нефтяных резервуаров типа РВС.
На защиту выносятся:
- экспериментальная установка и методика исследования пожаровзрывобезопасности гидроабразивоструйной очистки наружной поверхности действующих нефтяных резервуаров типа РВС;
- результаты экспериментальных исследований пожаровзрывобезопасности гидроабразивоструйной очистки нефтяных резервуаров;
- экспериментальный стенд и методика исследования процесса струйной очистки поверхностей нефтяных резервуаров от смазки и загрязнений;
- результаты экспериментальных исследований процесса струйной очистки поверхности нефтяных резервуаров от смазки и загрязнений;
- экспериментальный стенд и методика исследования процесса насыщения газового пространства резервуара при испарении с поверхности свободно падающей струи;
- результаты экспериментальных исследований процесса насыщения газового пространства резервуара при испарении с поверхности свободно падающей струи;
- рекомендации по обеспечению пожаровзрывобезопасности при проведении гидроабразивоструйной очистки наружной поверхности действующих нефтяных резервуаров типа РВС.
Вопросам обеспечения пожаровзрывобезопасности резервуаров посвящены работы Волкова О.М., Замулюкина А.Т., Назарова В.П., Сучкова В.П., Рубцова В.В., Домничева В.А., Попова В.И., Филипчика М.В., Пешкова Ф.И., Ша-роварникова А.Ф., Воеводы А.С. и др. авторов. Однако данные работы не рассматривали задачи обеспечения пожаровзрывобезопасности применительно к гидроабразивоструйной очистке нефтяных резервуаров.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 4 научные работы:
Назаров В.П., Рожков А.В. Анализ пожаровзрывобезопасности зарубежных и отечественных технологий очистки резервуаров // Материалы седьмой международной конференции: «Системы безопасности» - СБ-98. - М.: МИПБ МВД России, 1998. - С. 243.
Назаров В.П., Рожков А.В., Смирнов СВ., Сорокоумов В.П. Исследование массообмена с локальной площади испарения в замкнутом объеме при аварийной вентиляции // Материалы региональной научно-практической конференции: «Нефть. Химия. Энергетика. Экология». - Самара: 1998. - С. 232.
Рожков А.В. Методика исследования пожаровзрывобезопасности гидро-абразивноструйной очистки наружной поверхности нефтяного резервуара // Вестник Академии ГПС МЧС России. - 2005. - №4. С. 208.
Маркеев В.А., Назаров В.П., Рожков А.В. Исследование эффективности струйной очистки поверхностей нефтяных резервуаров от загрязнений // Вестник Академии ГПС МЧС России. - 2005. - №4. С. 208.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, библиографии и приложения. Работа изложена на 133 страницах машинописного текста, содержит 47 рисунков, 9 таблиц, 2 приложения. Список литературы включает 131 наименование.
Особенности технической эксплуатации нефтяных резервуаров типа РВС
Полное обследование производится после вывода резервуара из эксплуатации, освобождения от нефти, зачистки от донных отложений и дегазации. Полное обследование включает в себя объем частичного обследования, обследование днища, приемо-раздаточных устройств, внутренней разводки системы подслойного пожаротушения [2, 3].
Срок проведения полного обследования устанавливается по результатам проведенной частичной диагностики резервуара, но не реже указанного в таблице 1.1 [2, 3].
При полном обследовании в обязательном порядке проводится 100 % контроль ультразвуковой дефектоскопией всех сварных швов [2, 3].
Ультразвуковая дефектоскопия проводится как на резервуарах, выведенных из эксплуатации, так и на резервуарах, находящихся в процессе эксплуатации [2, 70]. Ультразвуковую дефектоскопию применяют для выявления внутренних и поверхностных дефектов в сварных швах и околошовной зоне углеродистых и низколегированных конструкционных сталей без расшифровки характера дефектов по типам (например, шлаковые включения, непровары, трещины и т.п.). Здесь определяется условная протяжённость, глубина и координаты дефекта. Для дефектоскопии резервуаров применяют ультразвуковые дефектоскопы типа УДМ-ЗМ, ДУК-бв, УД2-12 и др.
Перед началом ультразвукового контроля поверхность металла очищают абразивной очисткой на расстоянии 50-70 мм с каждой стороны шва до чистоты Rz40. С целью обеспечения акустического контакта между шумоискателем и стенкой зачищенную поверхность протирают и смазывают автолом, солидолом, глицерином и т.п. [2, 3, 4, 70].
По окончании диагностики поверхность резервуара очищают от нанесенной смазки и окрашивают ЛКМ.
Правила технической эксплуатации резервуаров и регламент ОР-16.01-28.21.00-КТН-049-1-04 [2, 3] запрещают эксплуатацию резервуаров не прошедших плановое освидетельствование.
В зависимости от технического состояния и результатов диагностики должен проводиться капитальный ремонт и реконструкция резервуаров [2, 3]: - с ограниченными сроками эксплуатации из-за дефектов, выявленных в процессе эксплуатации в межремонтный период и по результатам обследования; - выведенных из эксплуатации по причине технического состояния, не соответствующего нормам и правилам эксплуатации; - со сниженным уровнем взлива из-за дефектов металлоконструкций и оборудования; - изготовленных из стали марки 16Г2АФ или сваренные электродами с меловой обмазкой; - применяемых для хранения нефти с высокой коррозионной активностью и не имеющих внутренней антикоррозионной защиты; - с дефектами металлоконструкций, отремонтированных временными методами ремонта, без выполнения сварочных работ (установка накладок механическим способом, наклеек с помощью эпоксидных составов и ремонт другими методами, не предусмотренными при строительстве резервуаров).
Дефекты и повреждения, встречающиеся при эксплуатации резервуаров, можно классифицировать следующим образом: - коррозионные повреждения днища, стенки и кровли резервуара; - трещины; - выпучины и вмятины; - непровары, подрезы основного металла, шлаковые включения и другие дефекты сварных соединений; - значительные деформации и разрушения отдельных конструктивных элементов резервуара; - значительные равномерные и неравномерные осадки (просадки основания).
Перечисленные дефекты и повреждения обуславливаются рядом причин, важнейшие из которых: - коррозия металла; - износ конструкций; - охрупчивание металла при низких температурах; - наличие дефектов в сварных соединениях (непровары, подрезы и др.), являющихся концентраторами напряжений; - скопление большого числа сварных швов в отдельных узлах резервуара; - нарушение технологии монтажа и сварки; - неравномерные осадки (просадки) песчаных оснований; - нарушение правил технической эксплуатации резервуаров из-за превышения уровня их заполнения, избыточного давления или недопустимого вакуума резервуара, а также частичной вибрации стенки при закачке нефтепродуктов. В состав технологических операций по выводу стальных резервуаров в ремонт, проведению ремонта (реконструкции) и последующего ввода его в эксплуатацию входят [2, 3]: - вывод резервуара из технологического режима работы; - зачистка резервуара от донных отложений; - подготовка поверхности резервуара к диагностике; - полная диагностика резервуара; - выполнение работ по капитальному ремонту (реконструкции) резервуара и его оборудования; - послеремонтное диагностическое обследование резервуара; - гидравлические испытания резервуара;
Исследование пожаровзрывоопасности гидроабразивпоструйной очистки резервуара
В настоящее время при подготовке к антикоррозионным и диагностическим работам осуществляется вывод из эксплуатации РВС и их очистка от нефти и нефтяных остатков.
Способы очистки резервуаров [36, 37], используемые в настоящее время, можно разделить по принципу проведения технологического процесса на: ручные - с применением лопат, скребков, метел, обтирочных материалов; механизированные - с применением различных средств механизации процесса, в том числе гидравлических и пневматических устройств; химико-механизированные с применением химических моющих препаратов и воды, а также гидравлических устройств подачи и отбора жидкости из резервуара.
Процесс очистки резервуара ручным способом заключается в следующем: первой операцией по зачистке является пропарка резервуара путем подачи острого пара в объем резервуара (предварительно отглушенного от действующих коммуникаций). Процесс пропарки длится от 2-х дней до нескольких недель, в зависимости от объема резервуара и возможности получения пара, затем производится вскрытие люков лазов и внутренние поверхности промывают горячей водой (30-50 С) водой из ручного ствола при давлении 0,2-0,4 МПа. Промывочную воду вместе с отмытыми нефтеостатками откачивают насосом. Твердые остатки, песок, продукты коррозии собирают в ведра, совки и удаляют из резервуара.
Очистка резервуаров механизированным способом, производится с использованием различных средств механизации процесса. Она сводится к отмывке отложений нефтепродуктов горячей или холодной водой, подаваемой в резервуар через специальные моечные машинки (гидромониторы). Внешний вид гидромониторов показан на рис. 1.2. При использовании механизированного способа отложения удаляются следующим образом. Вода под давлением 1-1,2 МПа подается на моечные машинки, установленные в очищаемом резервуаре. Струи воды равномерно омывают всю поверхность резервуара, смывая отложения. Эмульгированная промывочная вода откачивается насосом на очистные сооружения. Далее, в случае необходимости, производится ручная доочистка и удаление продуктов коррозии.
Естественная аэрация резервуаров длится от нескольких дней до месяца. Для ускорения процесса применяют принудительную вентиляцию. В работах Академии ГПС МЧС России [38, 39, 40] проведены результаты исследования пожарной опасности и определены наиболее оптимальные режимы аэрации резервуаров. Пропарка может применяться для очистки от тяжелых нефтеостат-ков резервуаров емкостью до 700 м , при больших объемах она не эффективна [36, 37].
Также к механизированным способам очистки относят удаление особо тяжелых мазутных остатков из резервуаров с использованием автотракторной техники, для чего делается специальный вырез в стенке предварительно дегазированного резервуара [41].
Химико-механизированный способ очистки отличается от механизированного использованием вместо воды растворов моющих средств. Применение моющих препаратов на основе поверхностно-активных веществ (ПАВ) позволяет значительно повысить эффективность размыва отложений гидромониторами. Технологический процесс химико-механизированной очистки резервуаров ведется следующим образом.
Подогретый водный раствор моющего препарата, из промежуточного резервуара 4 (рис 1.3) подают насосом 6 под давлением 1,0-1,2 МПа на моечную машинку 2. Стволы моечной машинки под воздействием реакции струи моющего раствора поворачиваются в разных плоскостях, постепенно омывая моющим раствором внутреннюю поверхность резервуара. В результате физико-химического воздействия струй происходит дробление массы нефтеостатка и образование подвижной эмульсии, которая откачивается в промежуточный резервуар 4. В резервуаре происходит разделение эмульсии на нефтепродукт и моющий раствор, который вновь подается на мойку по замкнутому циклу. Химико-механизированный способ очистки резервуаров широко используется на танкерном флоте для очистки танков нефтеналивных судов [42-45].
В России наибольшее распространение на данное время имеет ручной способ очистки наземных и подземных резервуаров, хотя наряду с этим при очистке резервуаров используются механизированные и химико-механизированные технологии очистки, а также очистные комплексы, основанные на данных технологиях [46-49].
В зарубежной практике применяются установки очистки резервуаров несколько отличающиеся от отечественных. В них устанавливаются часто сменяемые во время очистки фильтры, а размывающим оборудованием, в основном, являются стационарно уложенные внутри резервуара трубы со спрысками, направленными под углом к оси трубопровода и днищу [46].
Исследования зарубежных технологий выявили наиболее применяемые способы очистки резервуаров от нефтяных отложений.
Фирма «Налко Кэмиказ» (США) проводит очистку резервуаров с помощью нагретых дистиллятов или нефтью с присадками растворителей. Растворители перед подачей в резервуар подогревают паром до 40-50 С и с помощью насоса осуществляют циркуляцию жидкости, при этом происходит размыв донных отложений [50].
Французская фирма «Somafer» использует в качестве моющей жидкости сырую нефть или газойль, подаваемые через моечные машинки, устанавливаемые в люках на крыше. Смесь нефтепродукта с донными отложениями перемешиваются путем циркуляции. Безопасность струйной очистки обеспечивают флегматизацией внутреннего пространства азотом [50].
Японская фирма «Сикадзима эндзиниарингу» для очистки резервуаров с нефтью применяет подогретую воду. В этой же фирме используют способ промывки с применением нефти. Нефть подогревается и подается в резервуар через моечные машинки. Пожарная безопасность резервуара при работе моечных машинок обеспечивается флегматизацией внутреннего объема азотом [50].
Обобщение результатов исследования пожаровзрывоопасности гидроабразивоструйной очистки поверхности нефтяного резервуара типа РВС
Для определения пожаровзрывоопасности процесса гидроабразивоструйной очистки нефтяных резервуаров типа РВС проведены промышленные исследования на ЛИДС «Ярославль» и НПС «Ярославль-3» ООО «Балтнефтепро-вод» АК «Транснефть» в течение 1999- 2002 г.г.
Все промышленные исследования выполнялись только в светлое время суток и при отсутствии грозовых и предгрозовых метеоусловий. Температура наружного воздуха находилась в пределах 16-27 С.
В случае прекращения подачи воды на абразивное сопло при проведении гидроабразивоструйной очистки поверхности возможен режим очистки сухим абразивом. При абразивоструйной очистке в зоне контакта частиц абразива (имеющих высокую кинетическую энергию) с металлической поверхностью происходит искрообразование, повышение температуры металла и появление зарядов статического электричества, что недопустимо при проведении газоопасных работ.
При обработке поверхности сухим абразивом напряженность электростатического поля составила 30 кВ/м, при обработке влажным абразивом 3 кВ/м. Во время гидроабразивоструйной очистки необходимо исключить возможность обработки стальной поверхности сухим абразивом, т.к. напряженность электростатического поля больше порогового опасного значения [104].
Заземление абразивного оборудования существенно снижает электростатическую опасность. При истечении сухого абразива напряженность электростатического поля снижалась до 8 кВ/м, а при подаче воды для смачивания абразива - до значений 1 кВ/м, что меньше порога опасности. Значения напряженности электрического поля представлены на рис. 3.1.
На основании поставленных опытов был установлен ряд зависимостей, которые пригодны для решения инженерных задач
Зависимости напряженности электрического поля от расхода воды при проведении гидроабразивоструйной очистки представлены на рис. 3.2.
Установленные эмпирические зависимости имеют вид: - при наличии заземления Н = 7,92e_0 7q ; (3.1) - без заземления H = 29,76e" 6Iq, (3.2) где Н - напряженность электрического поля, кВ/м; q - расход воды, л/ч.
Максимальная зарегистрированная с помощью инфракрасного термометра температура при обработке сухим абразивом металлического листа (сталь 09ГС) толщиной 6 мм до момента образования сквозного отверстия составила 139 С. Применение струи гидроабразива приводит к охлаждению поверхности.
Зависимость изменения температуры в месте контакта струи от времени обработки сухим абразивом стали 09ГС представлена на рис. 3.3. Найденная эмпирическая зависимость имеет вид: t = 6Е-07Т3 - 0,0009т2 + 0,47т + Т„м. (3.3) где t - температура в месте контакта струи, С; т - время обработки сухим абразивом, с; Тп.м. - температура поверхности металла, С.
Следует иметь в виду, что данная зависимость не распространяется на момент образования сквозного отверстия в стенке резервуара.
Пробой сквозного отверстия в резервуаре движущейся вдоль стенки гидроабразивоструйной струей маловероятен из-за кратковременности воздействия струи на очищаемый участок поверхности.
Зависимость времени образования сквозного отверстия от толщины стенки резервуара при обработке сухим абразивом представлена на рис. 3.4. Установленная эмпирическая зависимость имеет вид: где т - время образования сквозного отверстия, с; 8 - толщина стенки резервуара из стали 09ГС, мм. На рис. 3.5. показан вид металлического листа после образования сквозного отверстия.
При обработке сухим абразивом в зоне контакта частиц абразива с металлической поверхности происходит искрообразование, которое может привести к воспламенению и взрыву паров нефти [6, 15, 32].
Поверхность нефтяных резервуаров после проведения ультразвуковой дефектоскопии необходимо тщательно очистить от смазки и загрязнений с помощью установок струйной очистки для подготовки поверхности к гидроабра-зивоструйной очистке. В работе предложена методика оценки эффективности струйной очистки нефтяных резервуаров от смазки и загрязнений. Исследование эффективности струйной очистки поверхностей проводилось на экспериментальном стенде ЭС-1. В качестве моющих средств использовались: - вода; - вода с ТМС.
Температура наружного воздуха находилась в пределах 8-10 С, влажность 48,1 - 53 %, скорость ветра 1,6 - 2,3 м/с. Опыты проводились при подаче воды с температурой равной 8 С, 15 С, 20 С, 30 С, 35 С и с добавлением в нее ТМС. В качестве ТМС использовался Лабомид-203М. Концентрация технического моющего средства в воде составляла 50 г/л в соответствии с рекомендациями производителя. Время воздействия струи моющего средства на металлические образцы составляла 3 с. По окончании эксперимента производилось взвешивание каждого металлического листа. Вид металлического листа с отложениями после воздействия струи показан на рис. 3.6.
Обоснование требований по обеспечению пожаровзрывобезопасности гидроабразивоструйной очистки нефтяных резервуаров типа РВС
Исключение из процесса подготовки резервуара к покраске и ультразвуковой дефектоскопии пожаровзрывоопасных операций по очистке и выводу резервуара из технологического процесса позволяет уменьшить пожарную опасность ремонтных работ.
Подача воды в струю абразива позволяет предотвратить появление источников зажигания при проведении гидроабразивоструйной очистки наружной поверхности действующих нефтяных резервуаров типа РВС.
В случае прекращения подачи воды на абразивное сопло при проведении гидроабразивоструйной очистки поверхности возможен режим очистки сухим абразивом. При абразивоструйной очистке в зоне контакта частиц абразива с металлической поверхностью происходит искрообразование, повышение температуры металла и появление зарядов статического электричества, что недопустимо при проведении газоопасных работ.
При абразивной очистке напряженность электростатического поля составляет 30 кВ/м, что больше порогового опасного значения [104]. При обработке поверхности влажным абразивом напряженность электростатического поля резко снижается. Заземление абразивного оборудования существенно снижает электростатическую опасность. Во время гидроабразивоструйной очистки необходимо исключить возможность обработки стальной поверхности сухим абразивом, т.к. напряженность электростатического поля больше порогового опасного значения. Для исключения обработки стальной поверхности сухим абразивом был разработан блок безопасности ББ-1.
Блок безопасности был разработан ЗАО «Химко» совместно с Академией ГПС МЧС России при участии автора диссертации.
Блок безопасности ББ-1 предназначен для работы в системе гидроабрази-воструйной очистки резервуаров для блокировки подачи воздуха в пневмома-гистраль при падении давления в гидромагистрали и отвода зарядов статического электричества, образующихся в гидроабразивоструйном стволе. Внешний вид блока безопасности ББ-1 показан на рис. 4.1 Состав блока безопасности ББ-1: - блок управления и сигнализации; - металлическая подставка, имеющая размеры 450x450x400 мм (для установки на ней блока управления и сигнализации); - трос стальной оцинкованный в полихлорвинилхлоридной оболочке L=125 м (для отвода зарядов статического электричества от гидроабразивост-руйного ствола); - питающий кабель 3x0,75 мм2 длинной 10 м.
Блок управления и сигнализации имеет степень защиты IP-44 по ГОСТ 14254-96 и размеры 450x200x250 мм. Состав блока управления и сигнализации: - блок заземления и сигнализации; - трансформатор; - исполнительные реле; - блок звуковой и световой сигнализации; - электроконтактный манометр; - перепускные электроуправляемые клапаны. Условия эксплуатации ББ-1: - открытый воздух; - температура окружающей среды от 278 до 303 К (от +5 С до +40 С); - относительная влажность до 100 % при температуре +25 С.
Электрическое питание ББ-1 осуществляется от 2-х проводной сети переменного тока напряжением 380 В (с нулевым проводом) частотой 50 Гц.
Изоляция цепей ББ-1 относительно корпуса выдерживает действие испытательного напряжения 1500 В практически синусоидальной формы частотой 50 Гц в течении 1 минуты при температуре окружающего воздуха 293 ±5 К (+20 С ± 5 С) и относительной влажности
Средняя наработка на отказ составляет 12500 ч с учетом технического обслуживания. Средний срок службы не менее 6 лет.
При падении давления в гидромагистали срабатывает электроконтактный манометр, происходит сброс давления, включается световой индикатор «АВАРИЯ» и сигнальная сирена. В случае обрыва троса отвода зарядов статического электричества отключается световая индикация «ЗЕМЛЯ» и загорается индикация «АВАРИЯ».
По результатам исследования была разработана схема гидроабразивост-руйной очистки наружной поверхности действующих нефтяных резервуаров типа РВС, которая обеспечивает ПВБ данных работ (рис. 4.2). На рис. 4.3. показана принципиальная схема гидроабразивоструйной очистки.
Предлагаемая технология гидроабразивоструйной очистки наружной поверхности действующих нефтяных резервуаров вызывает подавление искрооб-разования, охлаждение металлической поверхности и отвод зарядов статического электричества в процессе подготовки металлической поверхности к покраске и ультразвуковой дефектоскопии, что позволяет обеспечить ПВБ процесса работ.
Промышленные испытания предлагаемой технологии гидроабразивоструйной очистки были проведены на 12 действующих нефтяных резервуаров типа РВС Ярославского нефтепроводного управления ООО «Балтнефтепровод» АК «Транснефть».