2.Пожежна небезпека і протипожежний захист установок термічного та каталітичного крекінгу

2.1. Пожежна небезпека установок тк та кк

Особливості технологічних процесів ТК та КК, що впливають на їх пожежовибухонебезпеку.

1.Наявність великої кількості горючих речовин та матеріалів.

2.Процеси крекінгу мають ендотермічний характер, що обумовлює наявність великої кількості систем обігріву.

3. Температурний режим значно перевищує температуру само спалахування сировини та продуктів крекінгу (500-800⁰С).

4. Необхідність використання вогневого обігріву (наприклад печі пролізу).

5. Наявність спеціальних органічних теплоносіїв (масло, дітолілметан тощо, обумовлюється створенням високих температур).

6. Застосування електрообігріву реакційної суміші.

7.Розміщення електронагрівальних елементів не тільки назовні, але і в середині реакторів.

8. Застосування реакторів з нерухомим шаром каталізатора

9. Застосування в процесах крекінгу технологічних систем реактор – регенератор.

10. Можливість зміни складу сировини за умов виникнення труднощів в автоматичному регулюванні оптимальних умов процесу (робота печей пролізу).

11. Порушення контролю за тривалістю контакту сировини з поверхнею теплообміну.

Пожежна небезпека установок термічного та каталітичного

крекінгу обумовлюється перш за все наявністю великої кількості ЛЗР, ГГ та інших горючих речовин та матеріалів, високим температурним режимом, а також періодичної регенерацією каталізатора. Основною сировиною та продуктами процесу ТК та КК є:

Мазут –

Газойль-

Лігроїн –

Бензин-

Бензол-

Толуол-

Вуглеводневі гази.

Практика роботи установок показує можливість вибухів та горіння вуглеводнів як в реакторах, так і в лініях відводу регенераційних газів. Небезпека вибухів виникає при пуску реакторів, а також при переключеннях на регенерацію та контактування, якщо система повністю не звільнена від повітря або вуглеводнів.

Розглянемо пожежовибухонебезпеку системи „реактор-регенератор”. Така двоапаратна система характеризується специфічними особливостями пожежної небезпеки.

Реактор, заповнений горючими продуктами, і сполучений з ним регенератор, в який подається повітря, представляють собою дві судини, що сполучаються між собою. Горючі пари та гази знаходяться в них в стані рухомої рівноваги. Отже, порушення режиму тиску в реакторі або регенераторі буде сприяти утворенню горючих концентрацій усередині апаратів:

• при підвищенні тиску в реакторі горючі пари та гази можуть потрапити в регенератор;

• при підвищенні тиску в регенераторі повітря може перейти до реактора.

Причини підвищення тиску в системі (порушення динамічної рівноваги):

• попадання води через нещільності теплообмінної поверхні котла-утилізатора в систему відводу продуктів горіння (випаровування води приводить до підвищення тиску в регенераторі та переходу повітря в реактор);

• при зупинці подачі води в конденсатори-холодильники, в які подаються продукти реакції з реактора (при цьому горючі продукти можуть попасти з реактора до генератора);

• при раптовому відключенні компресорів, що влаштовані в наступних цехах розподілу продуктів реакції;

• при утворенні пробок (так наз. „зависання” каталізатора) в лініях, по яким транспортується каталізатор (в залежності від того, в якому місці утворилася пробка, можливе попадання повітря до реактора або горючих газів та парів до регенератора);

• зниження рівня каталізатора в реакторі або регенераторі;

• збільшення подачі вихідної сировини;

• недостатня сушка вуглеводнів, що поступають на реакцію;

• порушення нормального відведення продуктів реакції.

Вибухонебезпечні суміші як продуктів горіння так і продуктів неповного горіння можуть утворитися не тільки в реакторах, регенераторах, але і в апаратах, що розміщені за ними – котлах-утилізаторах, скруберах, електрофільтрах тощо.

Причиною утворення продуктів неповного горіння, що схильні до вибуху, є надлишок коксу на каталізаторі. Також, окрім коксу, на поверхні каталізатора відкладаються важкі (смолисті) вуглеводні). Регенерація сильно закоксованого каталізатора може привести до утворення продуктів неповного горіння. За нормальних умов роботи на поверхні каталізатора після години контактування утворюється від 1до 2% вуглецю (коксу) до маси каталізатора. В деяких випадках кількість вуглецю може досягати до 2,5-3%.

Умови утворення надлишку коксу на каталізаторі:

• недостатня подача пари або відсутність подачі пари на відпарювання каталізатора від вуглеводнів;

• підвищення температури в реакційній зоні реактора;

• зменшення швидкості руху каталізатора;

• низька температура в зоні регенерації каталізатора.

Також причиною утворення продуктів неповного горіння є недостатня подача гарячого повітря в регенератор.

Крім вище розглянутих динамічних впливів на систему каталітичного крекінгу „реактор-регенератор” слід відзначити температурні впливи, що можуть привести до пошкодження установки.

Високі робочі температури в апаратах (в реакторі – 500-600⁰ 0С , в регенераторі 600-650⁰С), а також можливість різкого зростання температури при порушенні технологічного регламенту сприяють утворенню високих внутрішніх напружень в конструктивних елементах, деформації апаратів та транспортних ліній. Найбільший вплив температурні деформації мають на стан внутрішнього облицювання апаратів, а також на їх внутрішнє обладнання (решітки, циклони, розподільчі пристрої тощо).

На рис.1. показано графік залежності температури в регенераторі від кількості коксу на каталізаторі для однієї з установок дегідрування парафінових вуглеводнів. Згідно графіка, за відповідного вмісту коксу на каталізаторі, що виходить з реактора, температура в регенераторі може піднятися до 900⁰С, а в окремих випадках – до 1000⁰С, тобто на 300-400⁰С більша за робочу температуру. Це може привести до деформації не тільки реактора, але і пов’язаних з ним транспортних ліній.

Кількість тепла, що виділяється при регенерації каталізатора, залежить від кількості повітря, що поступає в регенератор, так як вона визначає співвідношення між СО та СО₂ в регенераційних газах. Тепловий ефект реакції окислення вуглецю до СО значно нижчий теплового ефекту окислення до СО₂ . При проведенні регенерації в сторону значного утворення СО температурний режим в реакторі буде більш м’яким. Крім того, витрата повітря на згоряння вуглецю до СО в 2рази менша. Це приводить до зниження експлуатаційних витрат. Тому у ряді випадків регенерацію нормально закоксованого каталізатора проводять з таким розрахунком, щоб згоряння коксу в регенераторі проходило з максимальним виходом СО. При цьому мінімальне співвідношення СО₂/СО підтримують в межах 1,05-1,25, що відповідає об’ємному вмісту СО в регенераційних газах, , що дорівнює 9-10%. Підвищення вмісту СО в газах регенерації приводить до значного збільшення пожежної небезпеки апаратів та транспортних ліній