Предотвращение самовозгорания пирофорных отложений в условиях нефтедобычи
Повышенная опасность обслуживания резервуарного и другого оборудования в условиях наличия на их стенках пирофорных отложений требует использования комплекса мер, обеспечивающих с одной стороны предотвращение их самопроизвольного возгорания, а с другой - недопущение ситуаций, когда при возгорании пирофорных отложений мог бы произойти взрыв и пожар.
Наиболее радикальное и универсальное мероприятие по предотвращению самовозгорания пирофорных отложений в резервуарах - это недопущение их образования на стенках внутренней полости резервуара. В первую очередь, это достигается нанесением защитных покрытий на основе стойких материалов (эпоксидных, полиуретановых, полиэфирных и других) . Но это мероприятие можно осуществить, главным образом, на вновь вводимых в эксплуатацию резервуарах. При этом надо иметь в виду, что исполнители этой работы, стремясь упростить себе дело, стараются избежать нанесения этих покрытий на внутреннюю поверхность кровли. А если и наносят здесь покрытия, то они недолговечны из-за некачественной очистки и подготовки поверхности. Пирофорные отложения, появившиеся даже в отдельных нарушенных местах в покрытии, представляют такую же опасность, если бы они имелись на всей поверхности кровли.
Проблема предотвращения возгорания пирофорных отложений в резервуарах возникает, когда необходимо работающий резервуар остановить для осмотра или проведения ремонтных работ. И здесь покрытия будут эффективны, но сначала надо опорожнить резервуар, очистить его от нефтепродуктов и пирофорных отложений. Поэтому здесь должен быть использован ряд технологических мер. Это связано с тем, что пирофорные отложения в этих условиях представляют собой трудноконтролируемый источник зажигания горючих продуктов (например, в газовоздушной зоне резервуара), а при взаимодействии с кислородом воздуха продукты коррозии загораются, и при этом выделяется токсичная двуокись серы, накопление которой в замкнутой полости требует вентиляции (что еще хуже) или работы в противогазах.
Отечественная и зарубежная практика используют ряд способов, позволяющих ликвидировать пожарную опасность пирофорных проявлений или предотвратить их образование с помощью безопасной технологии ремонтных и очистных работ.
Эффективным способом борьбы с самовозгоранием образовавшихся пирофорных отложений при разгерметизации резервуаров (при опорожнении резервуара это неизбежно) является предотвращение контакта внутренних поверхностей РВС с кислородом воздуха. Для этого могут быть использованы различные схемы герметизации резервуарного парка, применение системы улавливания легких фракций нефти (УЛФ), разработанной институтом ТатНИПИ-нефть, другие способы улавливания выделяющихся из резервуаров газов, которые препятствуют вхождению кислорода воздуха в газовоздушную зону резервуара.
Ввиду отсутствия надежных способов предупреждения образования пирофорных сульфидов и меркаптидов железа, полная безопасность при разгерметизации емкостей и оборудования может быть обеспечена только устранением контакта пирофорных отложений с кислородом воздуха или уменьшением скорости его подвода к осадкам сульфида железа. Это достигается заполнением газовоздушной полости резервуаров или более малых по объему технологических емкостей азотом, двуокисью углерода, выхлопными газами двигателей, газомеханической пеной или постоянной подачей водяного пара внутрь резервуара по особой технологии. Обычная пропарка резервуаров только повышает опасность самовозгорания свободных от нефтепродуктов пирофорных отложений, если привести эти отложения в бесконтрольный контакт с воздухом.
При проведении ремонтных работ в резервуарах, когда необходимо в первую очередь удалить из них донные осадки пирофорной природы, используют следующий способ: опорожняют резервуар от нефти до самого низкого уровня, заполняют его водой и инертным газом - и производят удаление донных отложений механизированным оборудованием из под слоя воды.
Волго-Уральским НИПИгазом разработана более простая и эффективная технология этих работ. Для предотвращения контакта пирофорных отложений с кислородом воздуха при разгерметизации резервуара, предварительно его заполняют газомеханической пеной с одновременным использованием инертных или дымовых газов в качестве дисперсионной среды. Технология процесса заключается в следующем. Из резервуара или технологической емкости откачивают нефть или нефтепродукт до минимально возможного уровня. Через верхние люки резервуар полностью заполняют воздушно-механической пеной кратностью выше 100, полученной в пеногенераторе сеточного типа ГВП-600. Пена представляет собой раствор пенообразователя ПО-1, который подают в емкость с помощью стандартного пожарного рукава под давлением 0,5 МПа с производительностью 23 - 24 м³ пены в минуту при кратности пены 100 - 120.
После заполнения резервуара пеной открывают нижний люк и через него удаляют механическим способом донные пирофорные осадки. В процессе очистки через верхний люк резервуар все время дополняют пеной, чтобы не допустить проникновения воздуха в газовоздушное пространство резервуара и контакта кислорода с пирофорными отложениями на кровле и верхних поясах. Предлагаемый способ имеет ряд преимуществ: упрощение процесса очистки резервуара, снижение трудоемкости работ, повышение безопасности работ при ведении очистных работ, сокращение количества загрязненных сточных вод. Есть и недостатки, ограничивающие широкое применение этого способа: необходимость специального оборудования, инертных газов, а также расхода дефицитной и дорогостоящей пены. Кроме того, при ремонтных работах, обследовании внутренней поверхности резервуаров, очистке их от пирофорных отложений практически невозможно избежать прямого контакта внутренних стенок резервуара с кислородом воздуха. Поэтому безопасное ведение работ может быть обеспечено лишь прямой дезактивацией пирофорных отложений до разгерметизации резервуара.
Один из наиболее простых и эффективных методов дезактивации пирофорных отложений на внутренних поверхностях резервуаров - это использование ингибиторов коррозии. Были исследованы различные ингибиторы, однако из многих только пленкообразующий реагент катапин оказался достаточно надежным для обеспечения дезактивации пирофорных отложений.
Для дезактивации пирофорных отложений одновременно с торможением коррозии металлической поверхности кровли и верхних поясов в газовоздушной зоне резервуара, предложена двухфазная ингибирующая композиция, включающая модификатор и один из промышленно-применяющихся ингибиторов коррозии. Такая система надежно дезактивирует пирофорный сульфид железа и одновременно не допускает роста пленки сульфида в результате торможения коррозионного процесса в газовоздушной зоне резервуара.
Наиболее простой способ предотвращения самовозгорания пирофорных отложений при разгерметизации резервуаров или неизбежном попадании в них кислорода воздуха заключается в поддержании пирофорных отложений во влажном состоянии или под слоем жидкости. Но в крупногабаритных резервуарах этот способ слишком расточителен по расходу воды.
На нефтепромыслах широко используется обработка внутренней полости резервуаров паром. При этом достигается очистка их поверхности от нефтепродуктов. Затем производится их заполнение сточной водой и последующий ее слив со скоростью, обеспечивающей медленное окисление пирофорных веществ над слоем воды. Предварительный процесс пропаривания надо вести так, чтобы пар находился внутри резервуара под давлением выше атмосферного. Продолжительность пропарки не менее 24 ч., пропарку необходимо вести при закрытых люках, но при открытом дыхательном клапане. Для обеспечения медленного окисления пирофорных отложений уровень воды необходимо снижать со скоростью не более 0,5 - 1,0 м/ч.
Для пропарки и промывки резервуаров необходимо предусмотреть передвижные стационарные устройства и трубопроводы для подачи пара и подогретой воды при низких температурах окружающего воздуха. По окончании промывки необходимо очень осторожно, при небольшом поступлении в емкость пара, проветрить резервуар воздухом, избегая при этом интенсивного движения потока воздуха. Очистку стенок и кровли от отложений следует вести инструментом, не дающих искр. Во время очистки пирофорные отложения следует обильно смачивать водой. По окончании очистки пирофорные отложения вместе с другими осадками следует под слоем воды вывезти за пределы резервуарного парка и захоронить в местах, согласованных с пожарной охраной и ведомством по охране окружающей среды.
Особое внимание при работах по удалению пирофорных отложений необходимо уделить организационно-техническим мероприятиям, обеспечивающим безопасность труда и пожаровзрывобезопасность технологических операций. Для этого на основании действующих правил и норм на нефтедобывающих предприятиях, осуществляющих добычу и подготовку сероводородсодержащей нефти и газа, должны быть разработаны производственные инструкции по технике безопасности применительно к конкретным объектам производства, например, по технической эксплуатации стальных резервуаров, в которых имеются пирофорные отложения. Эти инструкции должны быть утверждены главными инженерами объединения или НГДУ.
Должен быть составлен и утвержден руководством (по согласованию с органами пожарной охраны и (или) Госгортехнадзором) перечень оборудования и коммуникаций, эксплуатируемых при наличии пирофорных отложений. Рабочие и инженерно-технические работники, допускаемые к обслуживанию этого оборудования, должны быть предварительно ознакомлены со свойствами пирофорных веществ и мерами по предотвращению их образования и самовозгорания. При эксплуатации такого оборудования необходимо обеспечить периодический контроль в нем пирофорных отложений, периодическую их очистку и устранение на нем утечек нефти и газа, а также негерметичность для предотвращения неконтролируемого поступления туда атмосферного воздуха.
Перед началом плановых или ремонтных работ на резервуарах, связанных с разгерметизацией объекта, ответственный руководитель работ, назначенный приказом по предприятию (объекту), должен:
- разработать план ведения работ, в котором определены дополнительные мероприятия по предотвращению самовозгорания пирофорных отложений (флегматизация, дезактивация), порядок их сбора, захоронения (нейтрализации) в установленном месте и меры безопасности при выполнении этих работ;
- провести инструктаж по технике безопасности на рабочем месте со всеми членами рабочей бригады (группы), в котором должны быть рассмотрены пожаровзрывоопасные свойства пирофорных веществ, способы их флегматизации, дезактивации, сбора, захоронения;
- оформить наряд-допуск на производство газоопасных работ, включая пропарку, заполнение и опорожнение резервуара водой, а также другие меры, обеспечивающие предотвращение самовозгорания пирофорных отложений.
Пробы пирофорных отложений для исследовательских целей должны отбираться только с разрешения главного инженера НГДУ или НСП, при согласовании этой работы с местным органом пожарной охраны в присутствии ответственного руководителя работ, в присутствии дублера и наличия соответствующих газозащитных средств.
Пробы пирофорных отложений следует отбирать, соскабливая их с поверхности металла специальным пробоотборником. Скребковая часть пробоотборника должна быть изготовлена из материала, не дающего искр при трении и ударе, соединена или выполнена заодно с емкостью, в которой отбираемые пирофоры изолируются от контакта с кислородом воздуха подачей инертного газа. При отсутствии инертного газа допускается изолировать пробу от воздуха водой или нефтепродуктом. Оценку пирофорной активности следует проводить только в лабораторных условиях.
