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防泄漏产品和技术
 
 
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泄漏预防的技术措施
文章来源:中国安全生产商务网www.anquan35.com    点击数:1613    更新时间:2014/6/6 15:10:03    

    一、提高认识,加强管理
 
  首先,从思想上,要树立“预防泄漏就等于提高经济效益”的认识。试想,泄漏轻则造成物料损失、停产,重则厂毁人亡,哪里还谈得上经济效益呢?而预防则能起到事半功倍的效果。
 
  其次,完善管理、按章行事,是防止泄漏的重要措施。
 
  事实上,各种物质的泄漏往往都能从管理上找到漏洞。制定一套完善的管理措施是非常必要的,如“巡回检查制”;强化劳动纪律;经常对职工进行业务培训和职业教育,提高技术素质和责任感。职工要熟悉生产工艺流程和设备,了解、掌握泄漏产生的原因和条件,才能做到心中有数,以及早采取措施,减少泄漏发生。
 
  第三,要加强立法,以提高管理者的责任。美国联邦法律规定,新建油罐必须采取防腐措施,按有关规范安装,并配置泄漏检测和冒顶报警装置,石油及化工产品储罐必须设置二次封闭;同时要求石油公司监测、报告油罐的泄漏,并进行泄漏预防及控制对策的研究。从1994年起,美国就要求新建和更新的管道必须设置智能清管器收发装置,对管道定期进行检测。对违法者予以重罚。
 
  我国对锅炉压力容器的制造、安装和使用的管理,制定了《锅炉压力容器安全监察暂行条例》。应该进一步健全法制,加大执法力度。
 
  但是,由于人的失误不可能避免,还必须依靠多种技术措施,进行综合治理。
 
  二、可靠性设计
 
  为减少泄漏的发生,在设计上应采取提高可靠性的技术措施。例如,航天器由上百万个零部件组成,又需要经受苛刻的条件,极易发生事故,但是由于对可靠性的高度重视,火箭上天前必须进行严格的热试车和测试检查,与航空、陆上各种交通工具比较,载人航天器有着最好的安全飞行记录。
 
  1.紧缩工艺过程
 
  可靠性理论告诉我们,环节越多,可靠性越差。
 
  当前,化工行业将紧缩工艺过程作为提高生产装置安全性的一项关键技术,即尽量缩小工艺设备,用危害性小的原材料和工艺步骤,简化工艺和装置,减小危险物存储量。
   2.生产系统密闭化
 
  生产工艺中的各种物料流动和加工处理过程应该全部密闭在管道、容器内部,实现“搞油不见油”。
 
  3.正确选择材料和材料保护措施
 
  材料选用的正确与否,直接关系到设计的成败。材质要与使用的温度、压力、腐蚀性等条件相适应,能够满足耐高温、强腐蚀等苛刻条件。不能适应的要采取防腐蚀、防磨损等保护措施。
 
  胜利油田乐安、单家寺等稠油热采油田的高压注蒸汽管道(350℃、17.5MPa),投用时间从45天~11年不等,在1994~1996年间接连发生管道爆裂事故。原因是国产20G碳钢缺少炉外精炼工艺,质量不稳定,不耐氢蚀以及水质差等。现改用15CrMo合金钢,并配合化学除氧等措施,解决了腐蚀爆裂问题。
 
  另如在含硫化氢及硫蒸气腐蚀环境中,各种金属材料的耐腐蚀性铝的耐腐蚀性最好,且其机械性能和价格都使之成为高硫油加氢精制反应装置上密封垫的首选材料。
 
  4.冗余设计
 
  为了提高可靠性,应提高设防标准,要提倡合理的多用钢材,而不是挖空心思节约钢材,比如在强腐蚀环境中,壁厚一般都设计有一定的腐蚀裕量,重要的场合可使用双层壁。我国现行的结构设计标准安全度较低,应大幅度提高。
 
  5. 降额使用
 
  对生产设施最大额定值的降额使用,是提高可靠性的重要措施。
 
  设施的各项技术指标(特别是工作压力)是指最大额定值,在任何情况下都不能超过,即使是瞬时的超过也不允许。要综合考虑异常情况、异常反应、操作失误、杂质混入以及静电、雷击等引起的后果,比如要重视防震设计。如台湾石化公司为了防震,投资500亿新台币改善防震设施,在1999年9月台湾大地震中,没有发生油罐移位、破裂泄漏事故;而电力系统防震等级普遍较低,没经得起地震的考验,台中、协和两电厂的发电机组主汽机漏油引起火灾,造成大面积停电。
 
  6.合理的结构形式
 
  结构形式是设计的核心,是由多种因素决定的。为了避免零件的磨损,要有一个润滑系统,进而为了防止润滑油泄漏,尽量使用固体润滑剂。为避免设备和管道冻裂,须采取保温、伴热等措施。
 
  中石化从本质安全管理和可靠度出发,提出球罐底部接管应最小化。在重要的泵、塔、容器等存在危险因素较多的地方增加遥控切断阀,采用双密封机械以及设置中压蒸汽灭火设施等。欧洲LPG(或C2、C3)球罐设计标准中要求,底部物料进出管线宜设一根,底部进出口阀门加设遥控电动切断阀,并放置于保护堤之外,发生泄漏时,不必到罐底切断第一只阀门。
 
  如由上海石化与美国大陆谷物公司合资建设的金地液化气工厂,按API标准,配置了先进和周全的安全保障设施。2×50000m3大型低温常压液化气储罐采用安全系数很高的双壳体结构,外壳为500mm厚的钢筋混凝土整体水泥浇铸,是一座坚固的圆柱形防爆墙;低温罐底部和侧面没有一根管道,全部管道均由罐顶部出入;设置高液位报警及进出罐遥控切断阀连锁控制。
 
  正确选择连接方法,并尽量减少连接部位。由于焊接在强度和密封性能上效果较好,应尽量采用焊接。
 
  压力管道尽量采用无缝钢管,且宜采用焊接,但由于直径<25mm的管道焊接强度不佳,且易使焊渣落入管内引起管道堵塞,应采取承插管件连接,或采用锥管螺纹联接。对于强腐蚀性尤其是含HF等介质的易产生缝隙腐蚀的管道,不得在螺纹处施以密封焊,否则一旦泄漏,后果不堪设想。要考虑振动和热应力的影响,对于容易产生应力载荷的部位,应采取减震、热胀补偿等消除应力措施,防止焊缝破裂或连接处破坏而造成泄漏。
 
  阀门内漏可能造成反应失控,可设两个阀门串连以提高可靠性。为防止误操作,各种物料管线应按规定涂色,以便区分。阀门的开关应有明显标志,采用带有开关标志的阀门,对重要阀门采取挂牌、加锁等措施。
 
  如果泵输送的介质温度达到自燃点以上,应能遥控切断泵。
 
  7.正确选择密封装置
 
  密封结构设计应合理。采用先进的密封技术,如机械密封、柔性石墨、液体密封胶,改进落后的、不完善的密封结构。正确选择密封垫圈,在高温、高压和强腐蚀性介质中,宜采用聚四氟乙烯材料或金属垫圈。如果填料密封达不到要求,可加水封和油封。许多泵改成端面机械密封后,效果较好,应优先选用。
 
  8.变动密封为静密封,也是密封技术的突破。如泵和原动机之间,使用磁力传动,取消密封结构,这种密封传动称为封闭型传动。还有封闭型谐波齿轮传动、曲轴波纹管传动等,但是主要的还是磁力传动。
 
  磁力传动由内磁转子、密封隔套、外磁转子等零件组成,如同电动机的定子与转子之间被一层隔套隔开。当外磁转子受到外力作用而旋转时,内磁转子就在磁场的带动下而随外磁转子一起转动。
 
  磁力传动结构简单,易于制造和装配,使用寿命长。如磁力泵,在80年代中期已成为屏蔽泵的调整产品,有稳定增长的趋势。此外,磁力传动还用于磁力釜、截止阀等地方。
   9.设计应方便使用维修
 
  设计时应考虑装配、操作、维修、检查的方便,同时也有利于处理应急事故和及时堵漏。开关设在便于操作处。阀门尽量设置在一起,空中阀门应设置平台,以便操作。有密封装置的部位,特别是动密封部位,要留有足够的空间,以便更换和堵漏。法兰和压盖螺栓应便于安装和拆卸,空间位置不能太小;对于容易出现泄漏以及重要的部位和设备,应设副线、备用容器和设备。
 
  三、设置齐全、可靠的防漏安全装置
 
  人们在与泄漏的斗争中,创造了许多预防措施和安全装置,如安全阀、压力表、液位计等预防装置,有效地减少了泄漏发生,保障了安全生产。
 
  1.防爆泄压装置
 
  当出现超高压力等异常情况发生时,安全设施是防范泄漏事故的最后一道屏障,如果这一道屏障失去作用,那么泄漏就将不可避免地发生。各类安全阀件要做到灵敏可靠,绝不能成了聋子的耳朵—摆设。
 
  安全阀、呼吸阀,用与防止设备超压引起爆裂。
 
  爆破片用于防止有突然超压和爆炸危险的设备爆炸。
 
  放空管可用来紧急排泄物料。
 
  火炬用于将安全阀外泄的气体、紧急放空、设备检修等必须排放的可燃物料燃烧掉。
   还有一些辅助措施,如为了防止杂质进入密封面产生泄漏,在阀门和密封装置处设置过滤器、排污管、防尘罩、隔膜;疏水器前的过滤器;轴封处的防尘罩;安全阀前为防止结晶和异物侵入而设的爆破膜片。
 
  2.检测、报警监控仪表
 
  生产参数检测仪表可使人及时掌握流量、压力、温度、液位等工作参数,而自动化系统能实现自动报警、控制,如有条件可安装电视监视系统,方便巡查。
 
  容器液位计,是防止容器内介质泄漏的重要仪表。常见的种类有:玻璃管、玻璃板、电接触(电极)、浮球(磁翻板)、浮筒、静压(或差压)、电容、超声波、光纤传感器、雷达波法以及核辐射式等。
 
  盛装易燃易爆物料的压力容器应避免使用玻璃管(板)液位计,以免玻璃管易被撞击破裂后造成泄漏,可改用磁浮子液位计等先进、可靠的仪表。对于常压储罐,可用透明塑料管,不易破碎。
 
  中石化集团规定,单罐400m3以上的液化石油气罐都要配上高液位报警及其连锁系统和快速切断阀。
 
  当今仪表正向着自动化、数字化的趋势发展。但我国油罐液位的检测方法,直到今天还是靠工人“上罐检尺”,劳动强度大,工作效率低,而且由于疏忽、检测不及时而造成冒顶、抽空等事故时有发生,严重影响到安全运行。采用液位自动检测技术后,工人坐在值班室内,就可准确地知道油罐液面。
 
  液位计的可靠性也相当重要,如果液位计失灵,造成液位失控,危险性更大。如加拿大蒙特利尔市的一座石油化工厂,因为一个丁烷球罐液位计发生故障,导致丁烷大量外溢,引发火灾爆炸,6个大型丁烷、原油、汽油贮罐连续爆炸,炸片横飞,其中一根长9m的球罐支柱飞出350m,击中变电室,使整个蒙特利尔市停电,数栋房屋起火,这次事故损失额约1183万美元。
 
  3、隔离措施,工业下水道在各区(生产区、辅助生产区等)之间应设水封隔开。
 
  四、日常维护措施
 
  生产装置状况不良常常是引发泄漏事故的直接原因。因此,及时检修非常重要。
 
  生产装置在新建和检修投产前,必须进行气密性检测,确保系统无泄漏。
 
  平时,生产装置要经常进行检查、保养、维修、更换,及时发现并整改隐患,以保证系统处于良好的工作状态。如发现配件、填料破损要及时维修、更换,及时紧固松弛的法兰螺丝。
 
  必须定期对装置进行全面检修,通过预防性地更换改进零部件、密封件,消除泄漏隐患。如金陵石化在对炼油厂二套常减压常压塔进料段进行联合检查时,发现衬里开裂,气孔有缺陷,每周期都出现切向进料处焊缝泄漏,造成塔壁迅速腐蚀。改为径向进料后,消除了多年的隐患。
 
  至于检修周期,国外已能做到3年1修,而国内大多还停留在3年2修的水平上。石家庄炼油厂重油催化裂化装置通过技术检测和局部检查、每季度对易腐蚀部位测量壁厚等措施,及时消除事故隐患,保证了设备的安全运行。1999年5月实现了“三年一修”,创造了国内运行周期最长的记录。
 
  如果设备老化、技术落后,泄漏此伏彼起,就应该有计划地对其更新换代,从根本上解决泄漏问题。
 
  下面重点谈谈无损检测和试压。
 
  1、无损检测
 
  压力容器、锅炉、管道(重点是弯头、三通及焊缝)等关键部位,易出现腐蚀、磨损、裂纹、变形、结垢等缺陷。无损检测可以对壁厚、裂纹等缺陷的损伤程度及发展趋势进行预测,从而使检修有的放矢,避免失修或过剩维修。
 
  常规的无损检测技术有超声波、X射线、磁粉检查、电磁感应、涡流、着色渗透、红外热成像等。超声波对裂纹检出率高,也可用于测厚,但需要耦合剂,检测效率较低。
   常规的无损检验方法存在很多缺点和不足,如抽查检验的盲目性大,易造成漏检;检验周期长,工作量大。
 
  声发射技术可以为射线或超声波等检测方法制定检验方向,和常规的无损检测结合起来,可以减少盲目抽检,从而缩短停产检验时间。据统计,采用常规检测方法,按20%射线探伤计,每个卧罐需要拍片30~50张,每个球罐需要拍片150张左右,还不能保证找到所有危险缺陷。而采用声发射技术,每个容器只需拍片10张左右,还不会放过一个危险源。这样就大大减少了检验工作量。如果声发射检验没有发现危险源,就不必再开罐检验,省略了常规的无损检验。
 
  在对锅炉等压力容器进行水压试验时,若加上声发射监测,效果会更好。因为试压时,如果出现破裂泄漏,这种较大的缺陷可以立即被发现,但是不能发现在试验时微小裂痕的亚临界扩展,也就是发现不了“预后不良”的危险缺陷,甚至由于压力试验反而扩大了这种缺陷。尽管容器顺利通过了超压试验,但是在长期投入运行后,势必造成缺陷的失稳扩展,造成泄漏。所以,单纯水压试验评价质量的方法不全面,在水压试验中,进行声发射监测,可以得到试验过程中某些缺陷的信号。
 
  声发射现在主要用于评价压力容器的服役寿命,可以不停产在线检测,检验速度快,是在用压力容器定期检验方法的发展方向。胜利油田引进了美国PAC公司生产的SPARTAN型20通道声发射检测系统,在大型液化气储罐等压力容器的定期检测中使用,效果良好。
 
  2、试压
 
  水压或气压试验是最普通的检测管道及压力容器质量的方法,是预防泄漏的重要措施。生产装置安装及大修投产前,必须首先进行水压试验,然后做气密性试验。
 
  水压试验就是往系统内充满水,增压到一定压力(试验压力一般是工作压力的1.1~1.5倍),然后封闭,观察压力降。气密性试验是压缩空气充入系统(压力是设计压力的1.05倍)。
 
  进行水压或气压试验,必须严格按照规程标准来进行,《石油化工设备维护检修规程》对压力容器的耐压试验有明确的规定。气压试验比水压试验危险性大。新建管道必须用水试压,不允许用气试压。
 
  耐压试验和无损探伤是从不同角度对压力容器进行检验的两种不同的方法,二者不能相互代替。经常有这样的情况,耐压试验合格的设备,无损探伤却发现缺陷。因此,耐压试验仅仅是对承压设备短时强度和气密性的考查。同时,耐压试验对设备来说也是一次过载。断裂力学指出,裂纹的扩展与裂纹处应力大小有关,随着应力的增加,裂纹扩展速度亦加快,所以不能随便地、多次重复做耐压试验。对于来历不明(无设计资料、不明材质等)的容器,不能盲目进行耐压试验,不能企图通过耐压试验来检漏或反推工作压力。
 
  五、操作措施
 
  控制正常生产的操作条件,如压力、温度、流量、液位等。要防止出现操作失误和违章操作,减少人为操作所致的泄漏事故。为此,有“操作前思考30秒”的提法。
 
  六、控制泄漏发生后损失的措施
 
  1.  装设泄漏报警仪表
 
  如可燃气体报警器、火灾报警器等。
 
  2.  将泄漏事故与安全装置连锁
 
  应采用自动停车、自动排放、自动切除电源等安全连锁自控技术措施。一般来说,与监控系统连锁的自动停车系统速度快,仪表报警后由人工停车较慢,大约需要3~15min。
 
  3.采用工艺控制装置
 
  当设备和管道断裂、填料脱落、操作失误以致发生泄漏等特殊情况时,为防止介质大量外泄,可能引起着火、爆炸而应设置停车、紧急切断物料的安全装置。
 
  紧急截止阀(断流阀),在管道中间增加断流阀来系统分段,能够中止向泄漏处供应物料,可以减少泄漏量,危险性较大的储槽等重要装置应设置远距离遥控切断阀。
 
  过流阀也称快速阀,一般装在液化石油气储罐或汽车、铁路槽车的液相管和气相管出口上。
 
  单向阀,又叫止回阀,只允许介质沿一个方向流动,用以防止倒流。
 
  反向密封装置(专利:95230974.2),能够在压力仪表一旦泄漏时迅速堵塞泄漏。
 
  4、设立泄漏物收集装置,下面给出几个例子。
 
  安全防护罩:法兰接头和阀门是薄弱环节,安全防护罩可以把法兰和阀门全部包容在保护罩内,一旦发生泄漏,泄漏的物质被限制在其内部。保护罩上有观察窗,能清晰地察看和检查其中阀门的实况,同时,它还有可更换的PH值指示器,泄漏发生后会改变颜色。如果泄漏出的物质需要回收的话,可选用有丝扣塑料嘴的防护罩,通过软管将泄漏物质回收。
 
  防火堤:就是油罐区内围绕油罐而构筑的堤堰,它可以把油罐损坏泄漏的油品围在堤内,起到防止泄漏油品外流、控制油罐火灾蔓延的作用。但是有些单位,忽视了防火堤的作用,平时缺少维护和管理,使其存在漏洞。一旦发生泄漏,就可能导致油品外溢,加大事故损失。例如,1993年9月27日,南京炼油厂一座10000m3浮顶油罐溢油着火后,大量油火从防火堤的雨水排水口流出,险些烧毁排水沟下游的炼油装置。这个雨水排水口平时根本没人管,任其敞开,终于酿成大祸。
 
  事故氯气处理装置:在氯碱生产过程中,工艺和设备故障造成前后工序失衡就可能造成氯气泄漏。上海天原化工厂研制了事故氯气处理装置,能在氯气外泄可能之时,紧急启动使系统由正压变成负压,成为防止泄漏的有效手段。通常整个氯气处理工序设两套处理装置,一套在电解槽出口,与湿式氯气水封相连;另一套设置在氯气压缩机出口,与机组排气管相连。设置在电解槽出口的事故氯气处理装置的启动与电解槽出口压力连锁。即当电解槽总管刚出现正压时,该处理装置的碱液循环泵及抽吸鼓风机便自动开启,16~20%的碱液送入吸收塔内,自上而下喷淋,与正压冲破水封进入喷淋吸收塔的逆向吸收,未能吸收的不含氯气的尾气被鼓风机抽吸放空。设在压缩机出口的处理装置的启动与机组的停机信号及与电解槽直流供电系统连锁。当机组因故停机时,该处理装置的碱液循环泵及抽吸鼓风机便自动开启,将氯气管网(输出)中倒回的氯气经排气管抽吸入事故氯气事故喷淋吸收塔进行吸收,惰性气体放空。
 
  5、采用泄漏防火、防爆装置
 
  自动喷淋水的洒水装置,可形成水幕,将系统隔离,控制气体扩散方向;用蒸汽、惰性气体(氮气)吹扫流程,可置换、吹散、稀释油气;还有消防泡沫灭火设施等。
   

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