криогенных установок

Безопасность криогенных операций не сводится к одному клапану или одной кнопке: она строится из взаимодополняющих уровней защиты. В типовой точке налива или слива СПГ к ним относятся управление процессом и сигнализация, аварийный останов (ESD), который прекращает перекачку управляемым образом, устройство аварийного расцепления, безопасно разъединяющее соединение при необходимости, обнаружение газа и низкой температуры, защита от давления запертой жидкости, а также сбор проливов и защита конструкций. Какой функции какой уровень надёжности нужен, определяется в каждом проекте анализом рисков.

Общая логика блокировок для сжиженных газов под давлением при температуре окружающей среды рассмотрена на странице о системах ESD терминалов СУГ. Здесь основное внимание уделено дополнительным опасностям, связанным с очень низкой температурой СПГ, и их влиянию на проектирование систем безопасности.

Чем криогенные операции отличаются от обычных

В зависимости от состава СПГ при атмосферном давлении обычно кипит примерно при −162 °C. Эта температура влечёт четыре следствия, которые отличают проектирование безопасности от случая сред при температуре окружающей среды:

·         Холодный пролив и хрупкое разрушение: Утечка СПГ может привести к хрупкому разрушению конструкций из углеродистой стали, не предназначенной для такой температуры, поэтому в проекте учитывают, куда стечёт пролив и каких поверхностей он может достичь.

·         Холодные пары тяжелее воздуха на начальном этапе: Пары СПГ при температуре кипения плотнее воздуха и поднимаются только по мере нагрева, что напрямую влияет на размещение газоанализаторов.

·         Большой коэффициент расширения: СПГ занимает примерно одну шестисотую объёма того же количества газа, поэтому жидкость, нагревающаяся между двумя закрытыми клапанами, быстро создаёт давление.

·         Бурное вскипание при контакте: При контакте с более тёплой поверхностью, водой или воздухом СПГ начинает кипеть на границе раздела, что влияет и на образование парового облака, и на резкие изменения давления в трубопроводе.

Двухступенчатая логика аварийного останова

В опубликованных руководствах по перекачке СПГ аварийный останов обычно описывается в две ступени. Первая ступень управляемо прекращает перекачку по сигналам от кнопки оператора, верхнего или нижнего уровня, аварии по давлению в резервуаре или чрезмерного смещения: насосы останавливаются, клапаны ESD закрываются. Вторая ступень инициирует безопасное разъединение, то есть срабатывание муфты аварийного расцепления. На наливе автоцистерн эту структуру часто упрощают, но в каждом проекте нужно ответить на один и тот же вопрос: какие события требуют только останова, а какие — разъединения?

Клапаны ESD и гидроудар

Слишком быстрое закрытие клапана на криогенной линии резко останавливает поток жидкости и может вызвать гидравлический удар. Слишком медленное закрытие увеличивает объём пролива при утечке. Поэтому время закрытия клапана ESD выбирают с учётом диаметра линии, производительности и оценки гидроудара, а насосы и компрессор возврата паров, если он есть, проектируют с учётом этого события. Также оцениваются переход клапана в безопасное положение при потере питания, пригодность корпуса и уплотнений для криогенной температуры и наличие сигнализации положения.

Разрывные муфты и муфты аварийного расцепления

Разрывная муфта и муфта аварийного расцепления (ERC) ограничивают пролив за счёт самозакрывающихся клапанов в обеих половинах, которые срабатывают при разъединении под заданной нагрузкой или по команде. Разрывная муфта основана на шпильках, срезающихся при заданном усилии, и обычно защищает рукавные соединения от отъезда транспортного средства. Муфта ERC разъединяется механическим, гидравлическим или пневматическим механизмом более управляемо и, как правило, связана с системой ESD. В проекте также нужно предусмотреть сброс, чтобы жидкость, оставшаяся в рукаве или стояке после разъединения, не создавала избыточного давления.

Обнаружение газа и низкой температуры

Поскольку пары при криогенной утечке сначала могут распространяться у земли, места установки газоанализаторов выбирают с учётом рассеивания холодных паров, а расчёт рассеивания помогает обосновать это решение. Датчики температуры в поддонах и лотках сбора проливов способны обнаружить утечку жидкости раньше газоанализатора. Подключение датчиков к системе ESD сокращает время между сигналом и остановом. На участках с пожарной опасностью в архитектуру безопасности также включают обнаружение пламени.

Запертая жидкость и защита от давления

СПГ, оставшийся между двумя закрытыми клапанами после аварийного останова, испаряется, получая тепло извне, и давление на этом участке может превысить расчётное. Поэтому для каждого участка, который может быть отсечён, предусматривают термический сброс и заранее определяют направление сброса, например в систему паров или в безопасное место. Руководства также рекомендуют выстраивать ESD так, чтобы жидкость не запиралась между закрытыми клапанами, и предусматривать безопасный дренаж остатка.

Откуда берётся требование к SIL

Уровень полноты безопасности (SIL) функции безопасности выводится из анализа опасностей и рисков, а не из перечня оборудования. Стандарт функциональной безопасности для технологических процессов описывает жизненный цикл: определение, проектирование, монтаж, эксплуатацию и обслуживание приборных систем безопасности. При таком подходе датчик, логический решатель и исполнительный элемент оцениваются вместе, и документ на один прибор сам по себе не подтверждает соответствие всей функции. Какие функции будут приборными и с каким SIL, зависит от проекта.

Функции безопасности и их влияние на проект

Роль TLY Enerji

TLY Enerji выполняет проектирование систем, поставку оборудования, инжиниринг, монтаж, пусконаладку и обслуживание для объектов налива и слива СПГ из автоцистерн. В части систем безопасности, в зависимости от объёма проекта, поддержка может включать подбор и поставку газоанализаторов и извещателей пламени, арматуры и измерительных приборов, конфигурирование логики управления и блокировок на базе ПЛК, участие в испытаниях на площадке и пусконаладке. Ответственность за анализ рисков, определение и верификацию SIL следует отдельно закрепить в техническом задании.

Что нужно для оценки проекта систем безопасности

·         Вид операций: налив, слив или оба, рукава или наливные стояки

·         Производительность, диаметры линий и все участки, которые могут быть отсечены

·         Существующая или планируемая архитектура ESD и интерфейс с системой управления объекта

·         Результаты анализа опасностей или оценки рисков и целевые уровни SIL, если они есть

·         Схема сбора проливов, поддоны и материалы покрытий

·         Классификация взрывоопасных зон и генплан для размещения датчиков

·         Производительность и точки подключения систем возврата паров и сброса

Связанные страницы

·         Системы ESD и защитных блокировок на терминалах СУГ: Логика блокировок для сжиженных газов под давлением при температуре окружающей среды.

·         Блоки налива и слива СПГ: Как клапаны ESD встраиваются в готовый криогенный блок.

·         Системы налива СПГ в автоцистерны: Захолаживание, возврат паров и последовательность налива в целом.

·         Системы возврата паров на терминалах СПГ: Система, к которой подключаются сбросы и обращение с парами.

Часто задаваемые вопросы

Чем система ESD для СПГ отличается от системы для СУГ?

Логика останова и блокировок похожа, различается характер опасностей. Для СПГ добавляются возможное повреждение конструкций холодным проливом, пары, которые на начальном этапе тяжелее воздуха, давление от нагревающейся между закрытыми клапанами жидкости и выбор арматуры и муфт для криогенной температуры. Поэтому размещение датчиков, термический сброс и управление проливами становятся более определяющими.

Насколько быстро должен закрываться клапан ESD?

Единственно верного значения нет. Быстрое закрытие уменьшает пролив, но может вызвать гидроудар в линии; медленное снижает гидроудар, но удлиняет утечку. Время закрытия выбирают вместе с диаметром линии, расходом и оценкой гидроудара, а затем проверяют по применимым нормам и техническому заданию проекта.

Обязательна ли муфта аварийного расцепления при наливе автоцистерн?

Это зависит от применимых норм, схемы перекачки и анализа рисков. На рукавных соединениях разрывная муфта — распространённая мера против сценариев вроде отъезда цистерны до отсоединения. Для систем со стояками может рассматриваться связанное с ESD аварийное расцепление. Решение принимают совместно с блокировками положения цистерны и заземления.

Можно ли задать уровень SIL в самом начале проекта?

Как правило, нет. SIL определяется в ходе анализа опасностей и рисков исходя из того, насколько конкретная функция безопасности должна снизить риск. Однотипная функция на другом объекте может потребовать иного SIL или вовсе не быть приборной функцией безопасности. Оборудование подбирают уже после этого решения.

Чем опасен запертый СПГ?

СПГ, оставшийся между двумя закрытыми клапанами, испаряется по мере поглощения тепла из окружающей среды. Поскольку жидкость занимает крошечную долю объёма того же количества газа, даже небольшое испарение быстро поднимает давление на отсечённом участке. Поэтому такие участки оснащают термическим сбросом с отводом в безопасное место.