Поскольку программа обучения судового персонала по использованию системы контролируемого выброса паров должна включать устройство и принципы работы оборудования на суше, целесообразно рассмотреть основные способы утилизации на терминале газовых смесей, поступающих с танкера и требования к газоотводной системе терминала.
Загрязнение атмосферного воздуха от судов и терминалов Береговые регулируемые газоотводы предназначены не только для предотвращения загрязнения атмосферного воздуха выбросами различных вредных веществ, но, в первую очередь, для снижения потерь грузов при хранении и перевалке.
Основные способы утилизации газовых смесей
На сегодняшний день для утилизации паровоздушных смесей, образующихся при перевалке летучих грузов, используется несколько типов систем:
- Системы улавливания обрабатывают паровоздушные смеси, не разрушая их, например, путем абсорбции или адсорбции паров различными способами, или путем реконденсации;
- Деструктивные системы обрабатывают паровоздушные смеси путем нейтрализации или разрушения молекулярной структуры газов, например сжиганием;
- Системы диспергирования паровоздушных смесей снижают концентрацию паров летучих грузов с помощью специальных систем вентиляции и фильтров;
- Системы выравнивания давления, когда грузовой пар с танкера возвращается в береговые танки, из которых осуществляется погрузка.
Выбор метода утилизации газовых смесей зависит главным образом от физико-химических свойств груза.
Системы улавливания газов
Наиболее часто используемый метод улавливания паров груза представляет собой комбинацию адсорбции активированным углем и абсорбции охлажденным грузом.
Адсорбция (от лат ad — на, с и sorbeo — поглощаю) — поглощение газов, паров или жидкостей поверхностным слоем твердого вещества (адсорбента) или жидкости. Адсорбенты обычно имеют большую удельную поверхность (до нескольких сотен м2/г). Физическая адсорбция возникает в результате действия дисперсионных или электростатических сил. Если адсорбция сопровождается химической реакцией поглощаемого вещества с адсорбентом, такой процесс называется хемосорбцией. В промышленных условиях адсорбция осуществляется в специальных установках, называемых АДСОРБЕРАМИ.
Абсорбция (от лат. Absorbeo — поглощаю) объемное поглощение газов или паров жидкостью (абсорбентом) с образованием раствора. В промышленных условиях такой процесс осуществляется в специальных установках, называемых АБСОРБЕРАМИ (устаревшее название — скруббер), которые имеют развитую контактную поверхность между абсорбентом и абсорбируемым веществом.
Адсорбция паров активированным углем – наиболее распространенный способ избавления от паров, образующихся при перевалке летучих нефтепродуктов и различных химических грузов. Впервые установки этого типа стали использовать для сбора и реконденсации паров бензина, но в дальнейшем перечень нагрузок значительно расширился, и сегодня установки вакуумной адсорбции (Carbon Vacuum Adsorbment — CVA) используются на многих химических улавливание паров от самых разных нагрузок.
Рассмотрим подробнее принцип работы вакуумно-адсорбционной установки.
Рис. 1 Принцип работы улавливающей установки с угольными адсорберами
Паровоздушная смесь из грузового танка, в котором осуществляется загрузка, через сепаратор жидкости, где происходит частичная конденсация паров груза, поступает в одну из адсорбционных колонн, заполненных активированным углем. Адсорбирующие колонны работают попеременно, при этом одна колонна работает, другая регенерируется. Переключение колонок выполняется автоматически. Проходя через колонну с адсорбером, пары загрузки связываются активированным углем, а очищенный воздух выбрасывается в атмосферу. При этом вторая колонна промывается в обратном направлении, благодаря чему из нее удаляются углеводородные остатки. Вакуумный насос откачивает из адсорбера концентрированные пары углеводородов и подает их в 3-ступенчатый сепаратор. Далее из сепаратора пары попадают в абсорбер, где растворяются в абсорбенте, который подается в верхнюю часть абсорбера. В большинстве случаев в качестве абсорбента используется та же загрузка, пары которой улавливаются в устройстве газоочистки. Сконденсированные и охлажденные пары поступают в сборную емкость теплообменника, где смешиваются с грузом и возвращаются в регулируемый выпуск газа на наземной цистерне морского танкера. Такие установки достаточно компактны, безопасны и экономичны.
Рис. 2 Внешний вид блока улавливания с угольными адсорберами
Грузовые операции на судах СПГ Реконденсация грузовых паров также может осуществляться за счет их охлаждения. Установки этого типа называются установками холодной абсорбции жидкости (CLA). На сегодняшний день установки этого типа в основном используются для реконденсации пара от некоторых химических нагрузок с температурой кипения ниже температуры окружающей среды (рис. 3). Реконденсация паров на CLA осуществляется в 2 стадии. На первом этапе происходит частичная конденсация и насыщение паров за счет промывки скруббера охлажденным грузом. Отсепарированный воздух, содержащий лишь небольшое количество паров углеводородов, выбрасывается в атмосферу через систему фильтров.
Рис. 3 Принципиальная схема установки холодной абсорбции
Абсорбирующая жидкость охлаждается в смесителе, а вместе с ней конденсируется часть паров груза. На следующем этапе насыщенные пары груза переходят из смесителя во вторую ступень абсорбции, где окончательно поглощаются грузом. После реабсорбции полностью сконденсировавшиеся пары груза попадают в береговую цистерну, откуда и осуществляется погрузка. Такая установка способна обрабатывать паровоздушную смесь с интенсивностью не менее 1000 м3/час. Охлаждение абсорбента до температуры конденсации паров может осуществляться рядом способов, от использования установок кондиционирования воздуха до установок, где охлаждение осуществляется жидким азотом.
Для уменьшения потерь груза и поддержания баланса давлений при перевалке груза с отводом пара в береговые танки (метод выравнивания давления) применяют устройства прямого конденсации (рис. 4).
Рис. 4 Принцип работы компрессорно-конденсаторного агрегата прямого действия
Такая система обеспечивает конденсацию более 95 % всего пара в грузе при температуре хладагента не менее -30 °С. При контакте в конденсаторе с холодной поверхностью при небольшом избыточном давлении (5-10 мбар) пары из груза конденсируются, и конденсат самотеком возвращается обратно в бак. Гликоль является наиболее часто используемым хладагентом в стационарных агрегатах с прямой конденсацией).
Рис. 5 Обзор системы прямой конденсации
Жидкий азот используется в качестве хладагента в мобильных установках прямой конденсации.
Системы разрушения газов
Среди систем, разрушающих молекулярную структуру углеводородов, наибольшее распространение получили устройства для сжигания газовых смесей. Существует 3 основных типа таких устройств: факел (Flare), инсинератор (горелка, горелка) и инсинератор (инсинератор).
Рис. 6 Схема блока прямого конденсатора
Простейшим устройством является горелка, предназначенная для открытого сжигания насыщенных газовых смесей, в которых недостаточное количество кислорода (или он вообще отсутствует). Инсинератор, напротив, обеспечивает безопасное сжигание обедненных или легковоспламеняющихся газовых смесей. И факел, и инсинератор уничтожают углеводороды с образованием видимого пламени, а инсинератор обеспечивает сжигание паровоздушных смесей на максимально широкой площади без выброса пламени.
Система открытого сжигания (факельная) состоит из трубопровода отвода газовых смесей от терминала, сепаратора, жидкостного затвора и самой факельной установки (рис. 7). Как правило, сама горелка располагается между сепаратором и гидрозатвором. Как только давление в системе отвода пара достигает необходимого значения, запускается специальный компрессор, который подает паровоздушную смесь в 3-х ступенчатый сепаратор. В сепараторе газовая смесь обогащается паром груза, охлаждается и конденсируется. Неконденсированные пары от загрузки поступают на перерабатывающие предприятия, где используются в качестве топлива или реконденсируются. Сепаратор также предотвращает попадание конденсата груза или воды в систему сгорания. В случае, если интенсивность паров из сосуда превышает максимальную производительность компрессора, часть газовой смеси через гидрозатвор начинает поступать на факел, где и сжигается.
Рис. 7 Устройство и внешний вид установки для сжигания газовых смесей открытым способом (Факельная, Горелка)
В принципе, основное назначение факела — обеспечение сжигания газовых смесей, не подлежащих дальнейшей обработке. При сжигании газовых смесей открытым способом также существует опасность выброса в атмосферу сажи, оксидов азота и оксидов серы.
Более безопасным и экологичным методом является закрытое сжигание газовых смесей в специальных мусоросжигательных печах. (см рис. 8).
Рис. 8 Как работает установка для сжигания газа
Перед поступлением паровоздушной смеси в горелки проводят принудительную очистку топки от горючих смесей предыдущего использования. Колонна сгорания облицована термостойкой керамикой, что обеспечивает долговечность и снижает тепловое излучение.
Рис. 9 Внешний комплект газовой печи
После опорожнения колонны зажигается контрольная горелка, которая поджигает паровоздушные смеси, подаваемые в инсинератор. Паровоздушная смесь через антидетонатор (или гидрозатвор) по магистральному трубопроводу подается на специальные горелки, снабженные обратными клапанами. Такая конструкция горелок позволяет избежать обратного потока пламени при горении смесей, находящихся на пределе взрываемости. В процессе горения необходимый приток воздуха в колонку осуществляется естественным путем через воздухозаборник, оборудованный автоматическими заслонками. При необходимости (для уменьшения задымления) осуществляется дополнительная подача воздуха с помощью вентилятора. Устройство инсинератора позволяет сжигать газовые смеси в оптимальном режиме с минимальными выбросами вредных веществ и тепла.
Требования к газоотводным системам терминалов
В соответствии с требованиями Протокола ЛОС 1992 года к Международной конвенции о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния терминалы, обрабатывающие летучие органические грузы (имеющие давление насыщенных паров выше 26,7 кПа), должны обеспечивать выполнение следующих требований:
- Наружные стенки и крышки наземных резервуаров должны быть окрашены краской, обеспечивающей отражение не менее 70 % теплового излучения, причем это требование не распространяется на резервуары, оборудованные системами улавливания паров;
- Наземные резервуары, оборудованные плавающими крышками, должны быть оборудованы системами первичной герметизации зазора между крышкой и стенками сосуда и системами вторичной герметизации, устанавливаемыми над первичной герметизацией. Уплотнения должны обеспечивать удержание не менее 95 % пара внутри бака;
- Береговые цистерны закрытого типа с несъемной верхней крышкой должны быть соединены с системой улавливания паров или оборудованы внутренней плавающей крышкой с первичным уплотнением, обеспечивающим удержание не менее 90 % паров внутри цистерны;
- Пары, вытесняемые из грузовых танков судна в процессе погрузки, должны отводиться по герметичному трубопроводу на газоочистку терминала для РЕГЕНЕРАЦИИ;
- На терминалах, перерабатывающих летучие нефтепродукты, установка для сжигания газа может использоваться ТОЛЬКО В КАЧЕСТВЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ УТИЛИЗАЦИИ ПАРА и только в том случае, если установка подготовки газа терминала не обеспечивает безопасную очистку паров или технически не способна перерабатывать пары нужной мощности. При этом установка для сжигания газов может использоваться как дополнительная система дожига газовых смесей после очистки для поддержания минимальной концентрации ЛОС в воздухе, выбрасываемом в атмосферу;
- Система управления морским транспортом Администрация порта Норвегии должна обеспечить надлежащий контроль за техническим состоянием и герметичностью системы подготовки газа, а также за наличием и работоспособностью устройства аварийной остановки на суше для погрузочных работ в случае утечки пара из система.
Как и на танкерах, системы контроля за выбросами газов на терминалах должны в первую очередь обеспечивать безопасное выполнение операций по утилизации газовых смесей тем или иным способом.
Проект газоотвода и системы подготовки газа терминала должен быть выполнен таким образом, чтобы:
- Исключить опасность переполнения сухопутных цистерн грузом, герметизации и эвакуации из них;
- Обеспечить постоянную безопасность при эксплуатации в процессе приема газовых смесей с танкера при любой возможной для данного терминала скорости загрузки;
- Избегайте смешивания паров несовместимых грузов, если терминал обрабатывает их одновременно.
Для обеспечения защиты береговых танков от избыточного давления или вакуумирования расход газоотводной системы должен быть не менее 125 % расчетной скорости загрузки танкера. Система также должна обеспечивать поддержание необходимого минимального давления в грузовых танках танкера в пределах действия его напорно-вакуумных клапанов независимо от скорости перекачки груза.
Рис. 10 Напорно-вакуумный клапан с сигнализацией, установленный на береговом резервуаре
Такой контроль обеспечивает оснащение газоотводящей системы терминала датчиками давления и сигнализацией. Морская сигнализация и связь Сигнализация должна сработать до того, как давление в системе превысит установленные пределы, включить световой и звуковой сигнал, автоматически отключить береговые насосы и перекрыть запорную арматуру на выходе газа. Кроме того, система отвода газов должна быть оборудована устройствами, предотвращающими противоток газа и образование вакуума в системе.
При использовании на терминале паровоздушных смесей путем сжигания их в факеле газоотводная система должна быть оборудована стационарными счетчиками кислорода и углеводородов, а при достижении взрывоопасных концентраций в газоотводной системе должна подаваться сигнал на закрытие газоотводной выпускной запорный клапан.
Выходной коллектор земли должен быть оборудован стандартным запорным фланцем, быстрозапорной арматурой, расположенной в непосредственной близости от трубы-заглушки, с ручным и дистанционным управлением, защитой от ударов. Технологические процедуры приема газовых смесей с судов должны минимизировать возможность неправильного использования системы персоналом.
Подготовка к использованию системы газовой вентиляции на суше должна включать все процедуры, требуемые международными нормами и отраслевыми стандартами. Все системы безопасности и сигнализации должны быть проверены, а газоанализаторы откалиброваны до передачи груза. В обязательном порядке должны проводиться проверки датчиков давления и сигнализаторов высокого и низкого давления в системе. Пределы сигналов тревоги должны соответствовать предельным диапазонам давления для соответствующего танкера, подлежащего обработке. Наземный персонал, занимающийся обслуживанием и эксплуатацией вентиляционной системы, должен пройти специальную подготовку. Программа обучения берегового персонала должна включать цели и принципы работы системы контроля выбросов паров и специального оборудования, а также технологические процессы подготовки, пуска, эксплуатации, остановки системы в условиях нормальной эксплуатации и аварийные действия. Кроме того, береговой персонал должен быть знаком с судовым оборудованием и технологиями контроля выбросов газов на танкерах.
