Phòng cháy thiết bị chưng cất dầu mỏ

Quá trình chưng cất dầu mỏ

Chưng cất là phương pháp dùng để tách một hỗn hợp lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử khác nhau. Trong công nghiệp chế biến dầu, dầu thô sau khi đã được xử lý qua các quá trình tách nước, muối và tạp chất cơ học, được đưa vào chưng cất. Các quá trình chưng cất dầu ở áp suất khí quyển AD (Atmospheric Distillation) và chưng cất trong chân không VD (Vacuum Distillation) thuộc về nhóm các quá trình chế biến vật lý.
Chưng cất ở áp suất khí quyển AD với nguyên liệu là dầu thô đôi khi còn gọi là quá trình CDU (Crude oil Distillation Unit),còn chưng cất VD dùng nguyên liệu là cặn của quá trình chưng cất AD, trong thực tế đôi khi còn gọi là cặn chưng cất (cặn thô hay mazut). Tuỳ theo bản chất của nguyên liệu và mục đích của quá trình mà chúng ta sẽ áp dụng chưng cất AD, VD, hay kết hợp cả hai AD-VD (gọi tắt là A-V-D). Các nhà máy hiện đại luôn dùng loại hình công nghệ A-V-D. Sơ đồ nguyên lý chưng cất được trình bày trên các hình 2.18; 2.19; 2.20.
Trong các sơ đồ chưng cất này ta có thiết bị trao đổi nhiệt 1, lò đốt 2, thiết bị làm lạnh 3, tháp chưng cất 4, tháp tái bay hơi 5, bể chứa 6 và tháp chưng cất chân không 7. Nguyên liệu là dầu thô I, với các sản phẩm ra là xăng II, khí III, xăng nặng IV, hơi nước V, kerosen VI, gasoil nhẹ VII, gasoil nặng VIII
cặn AD IX và các loại dầu nhờn X, XI… hơi nước V được sử dụng trong các sơ đồ chưng cất AD và kết hợp AVD.
b. Đặc điểm nguy hiểm cháy nổ và biện pháp phòng cháy đối với tháp chưng cất dầu mỏ.

Môi trường nguy hiểm cháy, nổ bên trong thiết bị chưng cất ở chế độ làm việc bình thường:

Môi trường nguy hiểm cháy nổ bên trong thiết bị chưng cất hình thành khi thoã mãn đồng thời hai điều kiện: có khoảng không tự do chứa hơi khí và nhiệt độ của chất lỏng cháy phải nằm trong khoảng giữa giới hạn nhiệt độ bốc cháy thấp và giới hạn nhiệt độ bốc cháy cao. Tuy nhiên, nhiệt độ chất lỏng trong thiết bị chưng bằng nhiệt độ sôi của chất lỏng cháy và luôn lớn hơn giới hạn nhiệt độ bốc cháy cao: t1v = ts > tc. Do vậy, môi trường nguy hiểm cháy, nổ không thể hình thành bên trong thiết bị chưng cất ở chế độ làm việc bình thường.
Cũng với các nguyên nhân đã nêu trên, ở chế độ làm việc bình thường, môi trường nguy hiểm cháy nổ sẽ không hình thành trong các thiết bị khác như thiết bi đun nóng, thiết bị phân ly, thiết bị chưng cất phân đoạn và thiết bị ngưng tụ – làm lạnh.

Thiết bị chưng cất dầu mỏ

Môi trường nguy hiểm cháy, nổ có thể được tạo thành trong thiết bị đo mức chất lỏng, trong các bể chứa trung gian và bể chứa hỗn hợp ban đầu. Bên trong những thiết bị này có mức chất lỏng cháy luôn thay đổi, có khoảng không tự do chứa hơi khí. Để đánh giá khả năng hình thành môi trường nguy hiểm cháy, nổ bên trong các thiết bị này, nhất thiết phải
so sánh nhiệt độ của chất lỏng với giới hạn nhiệt độ bốc cháy của nó (trong trường hợp này cần phải tính đến hệ số an toàn). Môi trường nguy hiểm cháy, nổ sẽ hình thành nếu như:

tth ; tc – giới hạn nhiệt độ bốc cháy thấp và cao, ºC ;
t1v -nhiệt độ làm việc của chất lỏng bên trong thiết bị, ºC;
Δtat – hệ số an toàn đối với giới hạn nhiệt độ bốc cháy,ºC;
Môi trường nguy hiểm cháy, nổ bên trong tháp chưng cất và các thiết bị khác có thể hình thành trong giai đoạn ngừng và khởi động thiết bị. Như vậy, nguyên nhân chính của sự nguy hiểm đối với tháp chưng cất và các thiết bị khác là sự rò rỉ hơi cháy và chất hồi lưu khi các thiết bị này bị hư hỏng hoặc gặp sự cố. Đối với các tháp chân không khi gặp hư hỏng, không khí bên ngoài có thể bị hút vào rất mạnh. Sự rò rỉ chất cháy từ tháp ra bên ngoài có thể gây hậu quả khác nhau tuỳ theo vị trí hư hỏng theo chiều cao và vị trí đặt tháp [2].

Nguyên nhân sự cố đối với tháp chưng cất và các biện pháp đề phòng:

Nguyên nhân đặc trưng cho sự hư hỏng và tạo thành các khe hở trong tháp chưng cất là do tác động cơ học, tác động nhiệt và ăn mòn hoá học kim loại. Hư hỏng cơ thường xảy ra do sự ra tăng áp suất, do tác động cơ học lên vật liệu vỏ tháp.
Trong các tháp chưng cất, áp suất có thể tăng rất mạnh do mối cân bằng vật chất bị phá huỷ, vi phạm quy trình ngưng tụ pha hơi hoặc các chất có nhiệt độ sôi thấp lọt vào bên trong tháp.
– Phá huỷ mối cân bằng vật chất và các biện pháp đề phòng
Cơ sở hoạt động của các thiết bị công nghệ là mối cân bằng vật chất và mối cân bằng nhiệt. Theo mối cân bằng vật chất, trọng lượng hỗn hợp ban đầu ∑G_bđ cần phải bằng với trọng lượng hỗn hợp sản phẩm cuối cùng của quá trình ∑Gcc:
∑G_bđ = ∑Gcc (2.10)
Áp dụng đối với quá trình chưng cất, phương trình trên có dạng:
G_bđ = Gt/c + Gd (2.11)
Nếu như vì một nguyên nhân nào đó mối cân bằng trên không đảm bảo, chế độ áp suất trong thiết bị sẽ thay đổi. Như phần trên đã nêu, thông số quyết định quá trình chưng cất là nhiệt độ, rõ ràng khi áp suất hơi bão hoà tăng do mộ nguyên nhân bất kỳ sẽ dẫn đến sự gia tăng nhiệt độ.
Từ các phương trình (2.10) và (2.11) cho ta thấy: mối cân bằng vật chất bị phá huỷ dẫn đến sự gia tăng áp suất trong tháp chưng cất là do sự gia tăng đột biến hỗn hợp ban đầu Gbđ hoặc do vi phạm quy trình thu hồi pha hơi Gt/c (phần chưng cất) và phần hỗn hợp dư Gd. Giả sử vì một nguyên nhân nào đó hỗn hợp ban đầu Gbđ tăng lên, trong khi các giá trị khác Gt/c (phần chưng cất) và phần hỗn hợp dư Gd không thay đổi,
không phải tât cả phần tăng thêm có nhiệt độ sôi thấp sẽ chuyển thành hơi. Nhiệt lượng không tiêu thụ để tạo hơi sẽ làm tăng nhiệt độ và áp suất hơi bão hoà trong tháp. Hiện tượng tương tự thường quan sát thấy khi khối lượng pha hơi thoát ra khỏi tháp giảm đi. Ở mức độ thấp hơn, khi áp suất trong tháp tăng sẽ làm giảm khối lượng chất dư trong quá trình chưng cất.
Một nguyên nhân khác làm tăng áp suất trong tháp là do sự tạo thành các lớp cặn ở thể rắn như than cốc, polyme, tinh thể hydrat hoặc đóng băng trong các đường ống thoát hơi hoặc trong các lỗ và ống tràn trên đĩa. Khi đó, công suất của thiết bị sẽ giảm. Tới một mức độ nào đó công suất sẽ ổn định, áp suất trong hệ thống sẽ tăng đến vị trí tạo nút kín. Sự tạo thành các lớp cặn trong đường ống và các đĩa của tháp chưng cất cần được dự đoán trước khi chưng cất các dung dịch có khả năng tạo cặn khi bị phân huỷ nhiệt (chưng cất dầu mỏ, dầu mazut, mỡ, than đá…).
Trong chế biến dầu mỏ, nguyên liệu ban đầu và sản phẩm trung gian thường là những hợp chất không có giới hạn, ở những điều kiện nhất định có thể bị trùng hợp tạo nên các chất rắn polyme. Sự trùng hợp cục bộ dung dịch có thể xảy ra dưới tác động của nhiệt độ làm việc trong quá trình, của vật liệu xúc tác và các yếu tố khác. Khi trong các thiết bị như tháp chưng cất, thiết bị đun nóng và hệ thống ống dẫn bị bịt kín bởi polyme và nhựa sẽ làm thay đổi chế độ công nghệ định trước, làm tăng áp suất trong thiết bị và làm thay đổi chất lượng sản phẩm trung gian cũng như thành phẩm.
Trong các thiết bị trao đổi nhiệt, loại có ống bọc trao đổi nhiệt là thuận tiện nhất vì có thể làm sạch bề mặt bên trong bằng tay hoặc cơ khí.
Để tránh hiện tượng bám cặn, dầu thô ban đầu trước khi đưa vào tháp cần được loại nước, kiểm tra và duy trì chế độ nhiệt ổn định. Tại những vị trí trong thiết bị thường hay bị bám cặn hydrat tinh thể cần phải đưa một lượng nhất định các chất dễ hoà tan chúng, ví dụ rượu etylic hoặc metylic hoặc dùng biện pháp nung nóng để tẩy các lớp cặn đó. Đối với tất cả các trường hợp khác khi phát hiện có sự bám dính cặn ở thể rắn trong thiết bị, cần có lịch vệ sinh công nghiệp định kỳ. Các tháp và thiết bị có liên quan trước khi tiến hành vệ sinh công nghiệp cần phải ngừng hoạt động và chuẩn bị kỹ lưỡng cho hoạt động này[2].
– Phá huỷ mối cân bằng nhiệt và các biện pháp đề phòng:
Khi áp suất trong tháp chưng cất tăng sẽ có thể dẫn đến sự gia tăng nhiệt độ. Chế độ nhiệt bình thường của tháp sẽ được duy trì nếu như tuân thủ mối cân bằng nhiệt. Trên hình 2.21 thể hiện sơ đồ dòng nhiệt trong tháp chưng cất.
Quá trình tăng lượng nhiệt trong tháp do thiết bị đun nóng hoặc hỗn hợp ban đầu chỉ xảy ra khi sự truyền dẫn chất mang nhiệt vào các thiết bị đó hoặc truyền dẫn chất mang nhiệt có nhiệt độ cao. Nguyên nhân chính dẫn đến hiện tượng trên là
do thiếu thiết bị tự động điều khiển lưu lượng, nhiệt độ và điều chỉnh sự sai lệch đó. Nhiệt độ trong tháp tăng lên có thể xảy ra do lượng chất hồi lưu giảm hoặc do ảnh hưởng của tác nhân làm lạnh ở phía trên của tháp.
– Phá huỷ quá trình ngưng tụ pha hơi và các biện pháp đề phòng:
Một trong những nguyên nhân làm tăng nhiệt độ, áo suất thường gặp trong tháp và các thiết bị liên quan là phá huỷ quá trình ngưng tụ pha hơi thoát ra từ tháp vào thiết bị chưng cất hồi lưu và ngưng tụ làm lạnh. Trong trường hợp này, lượng chất hồi lưu quay trở lại tháp giảm đi và lượng nhiệt trong tháp cũng giảm do hơi thoát ra. Khi lượng nhiệt trong tháp
giảm do hơi thoát ra trong khi lượng nhiệt cấp từ thiết bị đun nóng không thay đổi sẽ là cho nhiệt độ và áp suất trong tháp tăng lên. Nguyên nhân phá huỷ quá trình thu hồi pha hơi, hay nói cách khác là phá huỷ quá trình ngưng tụ bình thường của hơi trong thiết bị ngưng tụ – làm lạnh chính thường do:
+ Có sự suy giảm hoặc ngừng truyền dẫn tác nhân làm lạnh như nước, nước muối, khí nén vv…
+ Để chất lỏng ban đầu có nhiệt độ cao lọt vào thiết bị.
+ Hệ số truyền nhiệt từ hơi vào tác nhân làm lạnh giảm do bề mặt trao đổi nhiệt bị bám bẩn bởi các chất có hệ số dẫn nhiệt thấp.
Khi đó sự ngưng tụ hơi sẽ giảm hoặc ngừng hoàn toàn. Một phần hơi chưa ngưng tụ có thể thoát ra bên ngoài qua ống thở của bình chứa phần chưng cất, tạo nên xung quanh thiết bị này hỗn hợp nguy hiểm cháy, nổ.
Để tránh phá huỷ chế độ nhiệt khi chưng cất dẫn đến tăng áp suất trong tháp cần phải kiểm tra có hệ thống và định kỳ nhiệt độ, thực hiện truyền dẫn tự động chất mang nhiệt vào thiết bị nung nóng sơ bộ hỗn hợp ban đầu và thiết bị nung nóng chất dư, đồng thời tự động điều khiển truyền dẫn chất hồi lưu vào tháp.
Nhằm mục đích giảm tính nguy hiểm cháy do quá trình ngưng tụ bình thường của pha hơi bị phá huỷ, cần phải lắp đặt các thiết bị tự động điều khiển và truyền dẫn tác nhân làm
lạnh trong thiết bị chưng cất hồi lưu và ngưng tụ tuỳ theo khối lượng và nhiệt độ của hơi cần ngưng tụ, đồng thời kiểm tra nhiệt độ của tác nhân làm lạnh trước khi đưa vào thiết bị làm lạnh.
Để chế độ làm việc ổn định, mỗi tháp cần có các thiết bị điều chỉnh và kiểm tra. Các tháp phải được lắp đặt thiết bị hiển thị hoặc điều khiển nhiệt độ, áp suất hơi, mức chất lỏng ở phía trên và phía dưới.
Việc điều khiển tự động nhiệt độ phía trên tháp được thực hiện bằng cách thay đổi lượng chất hồi lưu đưa vào trong tháp, đối với nhiệt độ phía dưới tháp và nhiệt độ của thiết bị nung nóng sơ bộ hỗn hợp ban đầu được điều kiển bằng cách điều chỉnh sự truyền dẫn chất mang nhiệt. Nhiệt độ giới hạn và áp suất cho phép được chỉ rõ trong bảng tính năng kỹ thuật và quy trình sử dụng thiết bị.
Một biện pháp phòng cháy rất quan trọng đó là tuân thủ nghiêm ngặt quy trình và thời hạn vệ sinh công nghiệp đối với bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị ngưng tụ. Khi mức độ truyền dẫn tác nhân làm lạnh voà thiết bị ngưng tụ hồi lưu giảm, cần phải có các biện pháp để giảm công suất và khi sự truyền dẫn ngừng thì phải dừng hoạt động của thiết bị chưng cất[2].
– Để lọt chất lỏng có nhiệt độ sôi thấp vào vùng bên trong tháp có nhiệt độ cao và các biện pháp đề phòng:
Trong thực tế hoạt động của các tháp có nhiệt độ cao, khi

để lọt vào trong tháp chất lỏng có nhiệt độ sôi thấp hơn nhiều so với nhiệt độ làm việc của tháp sẽ dẫn đến sự cố nghiêm trọng như phá huỷ thiết bị kèm theo cháy hoặc nổ. Những chất lỏng có nhiệt độ sôi thấp khi lọt vào bên trong tháp có nhiệt độ cao sẽ bị nung nóng quá nhiệt, nhanh chóng sôi tạo thành một lượng hơi quá nhiệt rất lớn.
Những hiện tượng tương tự thường xảy ra trong giai đoạn khởi động, nếu như sản phẩm có nhiệt độ cao đưa vào tháp gặp một lượng nước lắng đọng trong nồi hơi sau khi rửa hoặc thử áp lực.
Để tránh những sự cố như trên, cần phải:
+ Tháo sạch nước khỏi tháp sau khi rửa hoặc thử áp lực.
+ Trước khi khởi động đưa hơi nước khô vào tháp cần thổi sạch nước ngưng bám trong đường ống dẫn.
+ Hơi nước khô chỉ được đưa vào tháp khi làm nóng chúng đến nhiệt độ làm việc của tháp.
+ Những người làm việc với thiết bị cần nắm rõ hậu quả xảy ra khi nước hoặc một số chất lỏng khác lọt vào tháp có nhiệt độ làm việc cao và phải hết sức thận trọng khi đóng mở các đường ống dẫn.
Như vậy, khi nung nóng phần dưới của tháp bằng hơi nước khô, đường ống dẫn hơi cần có thiết bị xả nước đọng và lắp van một chiều nhằm tránh lọt chất lỏng cháy trong tháp vào ống dẫn khi áp suất trong ống dẫn giảm.
Để bảo vệ tháp tránh sự phá huỷ khi áp suất tăng, cần lắp đặt van phòng nổ ở phần trên của tháp. Đối với các tháp có số lượng đĩa lớn, cần tính đến khả năng xuất hiện chênh lệch giữa áp suất trong nồi hơi và áp suất ở phần trên của tháp, các van phòng nổ trong trường hợp này cần lắp trực tiếp cho phần nồi hơi. Diện tích mặt cắt cần thiết của van phòng nổ phải được xác định bằng tính toán.
Để tránh hơi của chất lỏng cháy lọt vào các phòng sản xuất hoặc vào các vùng lân cận khi van phòng nổ làm việc, van cần được lắp trên các đường ống thải.
Ứng suất nguy hiểm bên trong vật liệu làm vỏ tháp có thể xuất hiện không chỉ do áp suất tăng, mà còn xuất hiện do thành bề bị mài mòn cơ học hoặc do chấn động. Sự mài mòn cơ học xảy ra do chuyển động của các vật rắn lẫn trong dung dịch thường quan sát thấy ở vị trí đưa hỗn hợp ban đầu vào tháp, khi dòng chất lỏng phun vào vỏ tháp.
Nguy hiểm của chấn động đối với tháp hoặc ống dẫn thường xuất hiện khi gá lắp các thiết bị không chắc chắn, khi chịu tác động của gió (đối với các tháp đặt ngoài trời), và do sự rung lắc khi thiết bị làm việc hoặc xung động của áp suất. Để tránh xảy ra chấn động, các tháp được đặt trên nền móng riêng biệt so với nền móng của các thiết bị khác hoặc của nhà, công trình. Đối với các tháp đặt ngoài trời, khi tính toán độ bền vững cần tính đến ảnh hưởng của gió.
– Tác động nhiệt lên vật liệu và đường ống của thiết bị và các biện pháp đề phòng:
Phần lớn các thiết bị chưng cất đều làm việc ở chế độ nhiệt không gây nên ứng suất nhiệt đáng kể trong các thiết bị. Trường hợp ngoại lệ có thể xảy ra đối với các tháp làm việc ở nhiệt độ thấp, khi chế độ nhiệt làm việc bị vi phạm nghiêm trọng, hoặc do tác động của nguồn nhiệt từ bên ngoài trong đó có ảnh hưởng của đám cháy. Sự thay đổi đột ngột nhiệt độ làm việc sẽ rất nguy hiểm, đặc biệt đối với các tháp có thành vỏ không dày lắm và đối với các thiết bị trao đổi nhiệt. Sự thay đổi điều kiện thời tiết hoặc do tác động của mưa có thể làm thay đổi đột ngột nhiệt độ vỏ thiết bị hoặc đường ống tại những nơi không có vật liệu cách nhiệt bảo vệ hoặc hư hỏng.
Để tránh ứng suất nhiệt cục bộ trên vỏ tháp (đặc biệt đối với các tháp đặt ngoài trời) cũng như đối với các đường ống có nhiệt độ cao, các thiết bị này cần được bảo vệ bằng vật liệu cách nhiệt có hiệu quả chống cháy cao. Trên các đoạn ống dẫn thẳng cần lắp đặt thiết bị bù trừ nhiệt độ. Lớp vật liệu cách nhiệt ốp bên ngoài tháp phải đảm bảo để khi có sự rò rỉ chất lỏng cháy qua vị trí hở trên vỏ tháp không có khả năng tạo nên những dòng chảy kín. Để nhanh chóng phát hiện rò rỉ, bề mặt vật liệu cách nhiệt phải sạch. Vật liệu cách nhiệt đã thấm chất lỏng cháy hoặc hư hỏng cần huỷ bỏ.
Tác động của nhiệt độ cao trong đám cháy đối với kết cấu kim loại của tháp và các đường ống dẫn có thể trở thành
nguyên nhân làm giảm đột ngột độ bền cơ học của thép, làm xuất hiện biến dạng không đàn hồi dẫn đến hư hỏng cục bộ hoặc phá huỷ hoàn toàn thiết bị. Tác động của nhiệt độ cao trong đám cháy còn đặc biệt nguy hiểm đối với các cột trụ hoặc bệ đỡ bằng kim loại của thiết bị khi chúng không được bảo vệ chống cháy. Khi các kết cấu này mất khả năng chịu lực sẽ làm biến dạng thiết bị, phá vỡ các mặt bích và đường ống và dẫn đến phá huỷ thiết bị. Để tránh mối nguy hiểm trên, các cột trụ hoặc bệ đỡ bằng kim loại phải được bảo vệ bằng vật liệu cách nhiệt chống cháy. Đối với các bệ đỡ của tháp phải được bảo vệ cả bên ngoài lẫn bên trong. Chiều dày lớp vật liệu cách nhiệt được xác định xuất phát từ điều kiện: phải bảo vệ được bề mặt cấu kiện, không để nhiệt độ vượt quá 300 trong suốt thời gian từ khi chịu tác động của nhiệt độ đám cháy đến khi bắt đầu phun nước làm mát.
– Ăn mòn hoá học vật liệu kim loại của thiết bị, đường ống và các biện pháp đề phòng
Ăn mòn thường xảy ra ở bề mặt bên trong vỏ tháp, ống tràn, máng chao đĩa, ống nắp đỉnh. Ăn mòn có thể tạo nên những tạp chất lẫn trong sản phẩm. Ví dụ, trong tháp chưng cất sơ bộ của thiết bị crackinh dùng để tách các muối canxi, magie, lưu huỳnh tự do và hợp chất của lưu huỳnh ra khỏi dầu mỏ, sau hai năm làm việc người ta nhận thấy chiều dày của vỏ tháp từ 22mm giảm xuống còn 10mm, có nghĩa là sau mỗi năm vỏ tháp bị ăn mòn 6mm. Vùng bị ăn mòn nhiều nhất là
các mối nối nằm trong khoảng không chứa hơi. Ăn mòn hoá học sẽ xảy ra mạnh hơn dưới tác động của nhiệt độ và dòng chảy liên tục của hơi hoặc chất lỏng. Như vậy, để tránh ăn mòn hoá học, vật liệu làm vỏ tháp, đĩa, đường ống và các chi tiết đệm vv… cần được chọn phù hợp với tính chất hoá học của các chất và sản phẩm cần chưng cất. Ví dụ, vỏ tháp và thiết bị trao đổi nhiệt dùng để chưng cất dấm phải được làm bằng đồng; tháp dùng để chưng cất dung dịch có chứa các hợp chất lưu huỳnh cần được chế tạo từ thép hợp kim các đĩa và chao đĩa làm bằng gang. Trong một số trường hợp khác, ví dụ để bảo vệ chống ăn mòn tháp bay hơi và tạp điều kiện dễ dàng trong tẩy rửa cặn bám, người ta tráng một lớp vữa ximang trên bề mặt thiết bị.
– Hình thành nồng độ cháy, nổ trong giai đoạn khởi động, khi thiết bị ngừng hoạt động và các biện pháp đề phòng:
Nguy hiểm cháy nổ cao nhất đối với tháp chưng cất chính là giai đoạn ngừng hoạt động thiết bị để sửa chữa và giai đoạn khởi động đưa thiết bị vào làm việc. Bên trong tháp có một lượng rất lớn chất hồi lưu trên các đĩa và ở phần dưới. Mặt khác tháp có liên hệ với rất nhiều đường ống và các thiết bị khác.
Tháp chao đĩa có cấu tạo rất khó cho việc giải phóng chất hồi lưu do trên các đĩa luôn tồn đọng một lượng chất hồi lưu có chiều cao tương tự của ống tràn. Để đưa lượng chất hồi lưu đó ra ngoài cần rửa bằng nước và chưng hấp trong một thời gian dài. Nếu như không làm sạch sản phẩm trong tháp, không
ngắt toàn bộ các thiết bị có liên hệ với tháp và thổi hơi nước chưa đủ có thể dẫn đến việc hình thành nồng độ nguy hiểm nổ trong tháp khi có không khí bên ngoài lọt vào qua các vị trí hở.
Trong quá trình khởi động đưa tháp vào làm việc, nếu không đẩy toàn bộ không khí còn lẫn bên trong cũng có thể dẫn đến việc hình thành nồng độ nguy hiểm nổ.
Việc ngừng hoạt động của tháp hoặc các thiết bị khác có liên quan đến sửa chữa hoặc vệ sinh công nghiệp cần được tiến hành phù hợp với các yêu cầu về an toàn. Để tránh tăng áp suất trong tháp, quá trình ngừng nung nóng và đưa nguyên liệu vào phải theo mức giảm dần. Sau khi ngừng toàn bộ đường ống cấp và tới chất hồi lưu, ngắt toàn bộ các thiết bị khác có liên quan. Việc ngắt các thiết bị, nhất là các đường ống không nhất thiết phải hạn chế bằng cách sử dụng các van khoá, mà còn có thể tách mối liên hệ giữa các đường ống bằng cách lắp các nắp chụp giữa các mặt bích.
Để giải phóng hết chất lỏng trên các đĩa của tháp cần làm như sau: Khi chưng cất dung dịch nước và chất lỏng cháy, để tách chất lỏng có nhiệt độ sôi thấp cần tăng nhiệt độ dần dần. Khi trên các đĩa chỉ còn lại nước phải ngừng làm nóng tháp, để nguội và bắt đầu mở nắp tháp. Trong trường hợp chưng cất dung dịch chất lỏng cháy, để đưa hết chất hồi lưu ra ngoài cần phải rửa tháp bằng nước nóng nhiều lần. Sau khi rửa, tháp tiếp tục được thổi bằng hơi nước hoặc khí trơ cho đến khi đưa toàn
bộ chất lỏng cháy ra khỏi tháp. Quá trình thổi chỉ được ngưng sau khi phân tích mẫu hơi thoát ra khỏi tháp thấy không còn chất cháy.
Thời gian thổi bằng hơi nước hoặc khí trơ được xác định theo tính toán.
Sau khi kết thúc quá trình thổi bắt đầu mở nắp tháp. Các nắp cần được mở dưới tác động của hơi bên trong theo trình tự từ trên xuống dưới để loại trừ khả năng hút không khí bên ngoài vào tháp. Các hoạt động sửa chữa hoặc vệ sinh công nghiệp chỉ được tiến hành sau khi phân tích lần cuối mẫu không khí bên trong tháp thấy trong đó không còn chứa hơi hoặc khí cháy.
Trước khi đưa thiết bị vào hoạt động, thể tích bên trong tháp và các thiết bị khác có liên quan cần được thổi sạch không khí bên trong, trình tự thổi cũng tương tự như khi ngừng thiết bị.
Để tránh xuất hiện biến dạng nhiệt do làm lạnh trước khi ngừng hoạt động của tháp hoặc làm nóng sơ bộ tháp để đưa vào làm việc, các quá trình làm mát và hâm nóng phải được tiến hành từ từ. Tháp trước khi khởi động cần được kiểm tra độ bền và độ kín.
– Nguy hiểm cháy nổ của tháp chân không và các biện pháp đề phòng:
Quá trình chưng cất tiến hành trong chân không nhằm mục đích giảm chế độ nhiệt khi tách hỗn hợp các chất có cấu tạo phức tạp nghiêng về sự phân hoá nhiệt hoặc trùng hợp. Giá trị áp suất chân không làm việc của tháp chưng cất phụ thuộc vào mức độ cần thiết giảm nhiệt độ chưng cất dung dịch. Mức chân không càng sâu thì nhiệt độ làm việc càng giảm. Chân không trong tháp được tạo nên nhờ quá trình ngưng tụ pha hơi với cường độ rất mạnh trong thiết bị ngưng tụ- làm lạnh và do sự thoát ra ngoài của hơi và sản phẩm khí chưa ngưng tụ.
Tháp chân không có hình dạng khác với tháp thông thường có cùng công suất ở chỗ đường kính lớn hơn và chiều cao nhỏ hơn. Điều đó cho phép có khả năng giảm tổn hao áp lực khi hơi chuyển động trong tháp và tạo điều kiện tốt hơn trong việc tạo áp suất chân không cần thiết. Nguy hiểm cháy khi làm việc của các tháp loại này thường xuất hiện do vi phạm chế độ chân không đã xác định, dẫn đến tăng nhiệt độ và các hậu quả khác kèm theo.
Khi chế độ nhiệt tăng cũng như khi xuất hiện các khe hở hoặc sự cố hư hỏng sẽ đặc biệt nguy hiểm đối với tháp chân không, vì tiếp sau đó là các quá trình không mong muốn sẽ diễn ra, trong đó có quá trình phân huỷ nhiệt và trùng hợp các chất chưng cất. Khi xảy ra quá trình trùng hợp, một lượng nhiệt lớn sẽ toả ra làm tăng nhiệt độ trong tháp và làm tăng tốc độ các phản ứng hoá học tương tự. Kết quả là nhiều lớp polyme được tạo thành có thể cản trở hoặc tạo nên các nút
trong đường ống dẫn đến tăng áp suất trong tháp, phá huỷ tháp và các thiết bị đi kèm. Chế độ chân không trong tháp có thể bị vi phạm khi hơi ngưng tụ không bình thường trong thiết bị ngưng tụ hoặc do thiết bị thải hơi và khí cháy ngưng tụ không hoạt động. Để tránh những hiện tượng nguy hiểm kể trên, cần phải tuân thủ nghiêm ngặt chế độ nhiệt và áp suất trong tháp, kiểm tra việc cấp nước cho thiết bị ngưng tụ- làm lạnh cũng như tuân thủ chế độ làm việc của các thiết bị tạo chân không khác. Thông thường, chế độ nhiệt và áp suất trong tháp được duy trì trong giới hạn cho phép bằng hệ thống điều khiển tự động. Khi việc cấp nước cho thiết bị ngưng tụ- làm lạnh bị ngừng trệ, hơi nước đi vào êzectơ hoặc năng lượng điện của máy bơm chân không được điều khiển tự động bằng hệ thống làm việc dự phòng nhằm có những biện pháp khẩn cấp giảm công suất hoặc ngừng hẳn quá trình.
Khi tháp chân không bị hở hoặc hư hỏng, điều không tránh khỏi đó là không khí bị hút vào rất mạnh làm áp suất và nhiệt độ tăng rất nhanh không riêng trong tháp mà còn ở trong đường ống phía sau máy bơm tạo chân không (sau khi ngưng tụ phần hơi chính, lượng ôxy lẫn trong hơi chưa ngưng tụ tăng rất mạnh có thể đạt giá trị nguy hiểm). Do vậy cần phải liên tục thực hiện việc kiểm tra trạng thái vỏ tháp, thiết bị ngưng tụ và các đường ống dẫn theo lượng ôxy lẫn trong hơi chưa ngưng tụ. Khi nồng độ ôxy trong hơi chưa ngưng tụ đạt giá trị giới hạn cho phép, cần phải có các biện pháp phát hiện hư hỏng và khắc phục, trường hợp không thể phát hiện hoặc không xử lý được sự cố thì phải cho thiết bị ngừng hoạt động.
Để tạo chân không, thuận lợi nhất là sử dụng êzectơ, không nên sử dụng máy bơm vì khi đó không cần thiết phải sử dụng động cơ điện và hệ thống truyền động cơ học, còn hơi chất lỏng cháy thải ra sẽ được làm loãng nồng độ bằng lượng hơi nước rất lớn.
Trong bình ngưng tụ áp suất khí quyển xảy ra sự tiếp xúc trực tiếp giữa nước làm lạnh với hơi cháy và phần ngưng của chúng. Sau đó nước được tách ra khỏi chất lỏng cháy theo kênh thoát hoặc được sử dụng trong tháp làm nguội để làm lạnh nước hồi liệu. Nếu như trong nước có lẫn một lượng nhất định chất lỏng cháy có thể dẫn đến sự tạo thành nồng độ cháy trong kênh thoát hoặc trong tháp làm nguội và còn làm ô nhiễm nước hoặc không khí môi trường. Để giảm mối nguy hiểm kể trên, bình ngưng tụ áp suất khí quyển cần được thay thế bằng thiết bị làm lạnh dạng ốc có vỏ bọc[2].

Khả năng xuất hiện nguồn nhiệt gây cháy và các biện pháp đề phòng:

Trong quá trình làm việc và sửa chữa tháp chưng cất có thể xảy ra bốc cháy hỗn hợp cháy không chỉ do tác động trực tiếp của ngọn lửa trần, của vòi đốt, của thiết bị hàn điện mà còn do sản phẩm tự bốc cháy khi chịu tác động của nhiệt độ cao, do tia lửa phát sinh khi va chạm giữa các vật rắn, do nhiệt ma sát, do hư hỏng thiết bị điện hoặc do tĩnh điện.

Khả năng xuất hiện nguồn nhiệt gây cháy và các biện pháp đề phòng

Trong phạm vi xung quanh nhiều thiết bị chưng cất thường có các thiết bị nung nóng hoặc lò phản ứng hoá học có sử dụng nguồn nhiệt. Như vậy, nếu thiết bị không kín hoặc hư hỏng có thể tạo nên sự tiếp xúc trực tiếp giữa hỗn hợp hơi cháy thoát ra từ thiết bị với các nguồn nhiệt như vòi đốt, với bề mặt bị nung nóng quá nhiệt vv…Nhiệt độ tối đa của các cấu kiện và đường ống có khả năng tiếp xúc trực tiếp với hỗn hợp khí cháy khi xảy ra sự cố không được vượt quá 80% nhiệt độ tự bốc cháy của hỗn hợp.
Trong rất nhiều trường hợp, vật liệu cách nhiệt của vỏ tháp lại có vai trò như chất xúc tác cho quá trình bốc cháy, hay nói cách khác là có tác dụng làm giảm nhiệt độ tự bốc cháy của các chất khi chúng thoát qua các khe hở của tháp. Thỉnh thoảng xảy ra trường hợp có các vật nhỏ dẫn lửa thoát qua khe hở của tháp, tích tụ trong lớp vật liệu cách nhiệt và có thể tự bốc cháy ngoài không khí đồng thời làm bốc cháy hơi hoặc chất hồi lưu. Các hợp chất có khả năng tự bốc cháy lắng đọng bên trong bề mặt của thiết bị và đường ống sẽ là mối nguy hiểm giống như nguồn nhiệt gây cháy trong giai đoạn thiết bị ngừng làm việc để kiểm tra, vệ sinh công nghiệp hoặc sửa chữa.
Có rất nhiều trường hợp xảy ra hiện tượng tự bốc cháy cặn bám dính trên thành của tháp chưng cất, đặc biệt là đối với những tháp dùng để chưng cất các sản phẩm có lưu huỳnh, sản phẩm dầu mỏ và nhựa than đá. Để tránh mối nguy hiểm nêu trên, tất cả các hình thức sửa chữa có liên quan đến

sử dụng ngọn lửa trần trong nhà hoặc ngoài trời chỉ được tiến hành sau khi chuẩn bị hết sức cẩn thận để đảm bảo không xảy ra cháy nổ.
Trong quá trình làm vệ sinh công nghiệp đối với tháp cần thận trọng, tránh để phát sinh tia lửa khi sử dụng các dụng cụ cơ học. Nếu trong tháp có cặn bám thuộc loại có khả năng tự bốc cháy ngoài không khí thì trong suốt quá trình vệ sinh phải liên tục rửa bề mặt bằng nước. Các cặn lắng đọng sau khi lấy ra cần chứa trong các bình kim loại và đưa ra khu vực an toàn so với vị trí đặt thiết bị.
Thiết bị điện dùng trong các phòng hoặc phân xưởng có tháp chưng cất với phần chưng cất thuộc loại dễ bốc cháy phải phù hợp với phân vùng nguy hiểm cháy nổ. Vỏ tháp và đường ống dẫn phải được tiếp đất triệt tiêu tĩnh điện và tác động lặp lại của sét[2].

Điều kiện lan truyền, hướng phát triển của đám cháy và các biện pháp đề phòng

Đám cháy từ thiết bị chưng cất có thể phát triển rất nhanh và rộng vì khi xảy ra sự cố hoặc hư hỏng nghiêm trọng, một lượng rất lớn hơi và chất lỏng cháy được nung nóng đến nhiệt độ sôi sẽ thoát ra ngoài. Chất hồi lưu khi thoát ra ngoài sẽ bốc hơi, cộng với lượng hơi thoát ra từ tháp sẽ tạo thành nồng độ nguy hiểm cháy nổ bên trong nhà và các vùng xung quanh nơi đặt thiết bị. Lượng chất lỏng cháy chưa kịp bốc hơi sẽ chảy loang theo sàn với diện tích lớn.
Khi hỗn hợp hơi với không khí hoặc chất lỏng cháy loang bốc cháy, đám cháy sẽ phát triển rất nhanh theo thể tích và bề mặt. Hư hỏng xảy ra không chỉ riêng đối với tháp và các thiết bị xung quanh mà còn gây nguy hiểm đối với con người nằm trong khu vực đó. Việc chữa cháy và dập tắt những đám cháy loại này rất khó khăn do một lượng lớn chất lỏng cháy thoát ra ngoài, đám cháy phát triển ở những độ cao khác nhau trên thiết bị và các thiết bị đều chịu tác động của nhiệt độ cao trong đám cháy. Thiệt hại trực tiếp và gián tiếp cũng vì thế mà tăng theo.
Từ những đặc điểm nêu trên cho ta thấy trong quá trình soạn thảo và thiết kế quy trình công nghệ chưng cất, cần thiết phải có các biện pháp bảo vệ thiết bị tránh những sự cố và hư hỏng có thể, giảm lượng chất cháy tới giới hạn cho phép đảm bảo tính kinh tế và an toàn cháy nổ.
Lượng chất cháy tối ưu sử dụng trong sản xuất sẽ đảm bảo bằng cách chọn kích thước hợp lý của thiết bị. Trong thiết bị chưng cất, lượng chất cháy tối ưu, vốn đầu tư cơ bản để chế tạo và lắp đặt cũng như các chi phí khác sẽ phụ thuộc vào kích thước của tháp, hay nói cụ thể hơn là phụ thuộc vào đường kính và chiều cao tháp.
Lượng tối ưu của chất hồi lưu sẽ tương ứng với mức chi phí thấp nhất và lượng chất lỏng cháy tối ưu trong tháp. Như vậy, để đảm bảo lượng chất lỏng cháy tối ưu trong tháp và tính kinh tế của nó cần phải xác định đúng số hồi lưu cần thiết, số lượng đĩa, đường kính và chiều cao tháp.
Cần phải tính đến khả năng chảy chất lỏng từ tháp và các thiết bị khác ra ngoài khi xảy ra sự cố hoặc khi xảy ra cháy. Để tháo chất lỏng cháy trong trường hợp sự cố có thể cho tự chảy vào các kênh thoát hoặc bể chứa sự cố.
Cần loại trừ khả năng cháy loang tự do của chất lỏng cháy, sàn ngăn các tầng lửng cần làm liền khối và có bờ ngăn chất lỏng chảy loang.
Đối với các thiết bị đặt ngoài trời, mỗi loại thiết bị cần được đặt trong đê phòng hộ có chiều cao ít nhất 15 cm theo chu vi. Để tránh sự lan truyền của đám cháy theo các rãnh đặt ống dẫn, các rãnh này phải được lấp đầy cát, phía trên được bịt kín bởi các tấm bêtông hoặc kim loại[2].

Tags: dầu mỏ

Giờ bán hàng

Tư vấn sản phẩm

Hướng dẫn cách thoát hiểm khi cháy nhà ống

Một số yếu tố gây mất an toàn trong công tác PCCC của nhà ống

Nghị định mới quy định chi tiết một số điều và biện pháp thi hành luật phòng cháy & chữa cháy

Bảng đối chiếu thẩm duyệt thiết kế PCCC – Hệ thống báo cháy

Bảng đối chiếu thẩm duyệt thiết kế PCCC – Hệ thống chữa cháy tự động bằng nước

Lợi ích của việc lắp đặt các thiết bị báo cháy trong các khu vực tòa nhà và nhà ở

Bảng đối chiếu thẩm duyệt thiết kế PCCC – Hệ thống báo cháy

Phòng cháy chữa cháy là gì?

NHỮNG YÊU CẦU CẦN CHUẨN BỊ HỒ SƠ NỘP CẢNH SÁT PCCC

Một số khái niệm cơ bản về Tuyên truyền, cổ động Phòng cháy chữa cháy

CÁCH NHÌN MỚI VỀ CHẤT TẠO BỌT FOAM CHỮA CHÁY

TCVN 9383:2012 THỬ NGHIỆM KHẢ NĂNG CHỊU LỬA – CỬA ĐI VÀ CỬA CHẮN NGĂN CHÁY

Phòng cháy thiết bị chưng cất dầu mỏ

Quá trình chưng cất dầu mỏ

Môi trường nguy hiểm cháy, nổ bên trong thiết bị chưng cất ở chế độ làm việc bình thường:

Nguyên nhân sự cố đối với tháp chưng cất và các biện pháp đề phòng:

Khả năng xuất hiện nguồn nhiệt gây cháy và các biện pháp đề phòng:

Điều kiện lan truyền, hướng phát triển của đám cháy và các biện pháp đề phòng

Phòng cháy thiết bị chưng cất dầu mỏ

Quá trình chưng cất dầu mỏ

Môi trường nguy hiểm cháy, nổ bên trong thiết bị chưng cất ở chế độ làm việc bình thường:

Nguyên nhân sự cố đối với tháp chưng cất và các biện pháp đề phòng:

Khả năng xuất hiện nguồn nhiệt gây cháy và các biện pháp đề phòng:

Điều kiện lan truyền, hướng phát triển của đám cháy và các biện pháp đề phòng

Bài viết liên quan: