惰气系统

惰气系统（精选4篇）

惰气系统 篇1

0概述

FPSO( 浮式生产储油装置) 不但是集油气处理、 生活、发电为一体的海上油气开采装置,由于其巨大的储油功能,同时也相当于一座海上油库。一旦货油舱因意外发生溢油、燃烧甚至爆炸,其后果不仅仅是巨大的财产损失,人的生命安全、海洋环境都将遭到严重威胁和破坏。随着对安全性要求越来越高以及环境保护意识的不断增强,相关规范针对船舶的安全设施的配置要求也越来越严格。以国际海事组织( IMO) 的《国际海上人命安全公约》( SOLAS公约) 为例,1974年版本中规定,对于载运闪点不超过60℃ 同时其雷 特蒸汽压 低于大气 压、载重量为100000 t及以上的油船,应安装固定式惰气系统。 以后,SOLAS公约经过修订,对载重量的要求修改为20000 t[1]。而在2013年1月07日至13日于伦敦举行的IMO消防分委会( FP) 第56次会议上,拟将必须配置惰气系统的油船载重量级别再次降低到8000 t级[2]。由此可见,惰气系统在油船安全方面的重要地位。

FPSO自20世纪70年代中期开始在欧洲出现, 因其相对于某类特定油田开发生产所具有的独特优势,发展迅速。截至2007年底,世界范围内已有一百多套FPSO,目前海油总正在运行的FPSO也已有17条。随着技术的不断发展及现场操作经验的积累,这些FPSO上的惰气系统的配置形式也在不断变化改进。

1FPSO惰气系统配置现状及分析

1.1惰气发生装置能力配置的变化

惰气系统主要功能是,保持液货舱内大气含氧量不超过8% ( 以体积计) 并保持正压,使得正常作业时空气不能进入液货舱; 降低每一液货舱的含氧量,使空液货舱惰化[3,4]。按照以上功能要求,对于FPSO来说,无论是FPSO正常生产时的原油储存, 或是原油外输作业以及原油洗舱作业,都需要惰气系统的安全保护。

FPSO的惰气最大需求量是在原油外输工况,惰气系统设计能力应是外输速率的1. 25倍[3,4]。在日常作业工况下,惰气需求量很小,除了工艺设备和工艺舱有一定数量的惰气需求之外,余下的就是货油舱的补气了。由于一般的惰气发生装置可在其额定能力的25% ~ 100% 范围内调节,因此只需1台惰气发生装置,就可以满足不同工况下的惰气用户需求。较早期的FPSO惰气系统,绝大多数是按这种设计思路配置的。

随着全世界油轮安全事故的不断增多,人们对惰气发生装置这类安全保障设施的认识和重视程度不断提高。为确保惰气系统运行的可靠性,2套惰气发生装置的配置方式开始出现。对于FPSO来说,外输工况与正常生产工况所需气量悬殊,2套惰气系统有主辅之分。主惰气系统用于外输工况或倒舱、洗舱作业,设计能力应能满足这些工况下用气量需求; 辅惰气系统主要用于正常生产工况,设计能力一般是主系统的1 /5 - 1 /4。服务于渤海海域的“渤海世纪号”以及南海海域的“南海奋进号”等都采用了这种配置方式[5]。

实际上,由于油田正常生产时,货油舱液位一直处于上升过程,为维持舱内压力稳定,舱内惰气随液位的升高在连续排放,根本无需补气。而工艺系统设备的安全覆盖气源,可由FPSO上氮气系统提供, 也不需要惰气的补充。也就是说,为正常生产时补气需要而设置的辅助惰气系统,在生产中并无实际用途。主辅配置方式的惰气系统运行几年后,现场反馈的情况也印证了上述分析。因此,近年建造的FPSO对惰气系统能力配置又进行了改进,从“海洋石油115号”开始,将2套惰气系统的能力统一,即每台惰气发生装置的设计能力均可满足惰气最大需求量。

1.2惰气发生装置配置型式的变化

根据惰气产生的方式不同,惰气系统可分为烟气式惰性气体系统( 烟气模式) 、惰气系统发生装置系统( 燃烧模式) 及将烟气模式与燃烧模式集成为一体的多功能惰气系统[6]。在多功能模式下,烟气模式、燃烧模式可各自独立运行,燃烧模式还可以作为烟气模式的补充,即当烟气含氧量超过5% 的标准要求时[7],燃烧模式启用,将烟气二次燃烧以降低烟气中的含氧量。

在1主1辅惰气系统配置方式下,主惰气系统多为多功能模式,辅助惰气系统选择燃烧柴油模式。 如果选择2套能力相同的惰气系统,依据不同的项目条件,在模式选择上也有不同。不同模式组合方式的优缺点分析见表1。

无论采用何种惰气系统型式,为保证惰气系统运行的可靠性,可满足惰气最大需求量的燃烧柴油模式的惰气发生装置,是FPSO必不可少的配置。 因此,惰气系统也是FPSO上除电站、热站外的另一个主要能耗用户。

2对传统设计烟气利用效果的技术分析

2.1烟气利用的可行性分析

FPSO上热站系统负荷,除货油舱等的保温负荷外,还有上部设施中工艺处理流程的加热负荷及船体中工艺舱等的保温、加热负荷,这样,热站规模往往较大。热炉燃烧较为充分,烟气含氧量一般低于5% ,烟气经必要的除尘、脱硫等处理后可直接作为惰气系统气源,这就为惰气系统采用热炉烟气作为气源提供了基本条件。表2列出了分别服务于渤海海域、南海海域的几条FPSO的热站配置规模。

2.2烟气利用的可靠性分析

FPSO的热负荷不但受作业海域、冬 夏季节的影响较大,与生产作业工况也有很大关联。以南海海域的某FPSO项目为例,表3列举了典型年份的热负荷。

表中数据显示,工艺热负荷在最大年份达到FPSO夏季总负荷的58% ,冬季总负荷的34% ,随油田开采年份不同,这部分热负荷逐渐减少到对总负荷的影响可忽略不计。热负荷的变化直接影响到热介质加热炉烟气产生的烟气量。以某厂家10000 k W热介质加热炉为例,表4列出了上述项目分别以油田伴生气、原油及柴油作燃料时,烟气分析结果。

当燃料组分一定时,热炉烟气的含氧量可以通过改变燃烧器结构以及调节风油比等方式进行控制,热炉负荷率的变化,对烟气中含氧量影响不大。 但热炉负荷率的改变,直接影响到烟气量的大小。 因此,烟气模式的惰气系统能否稳定可靠地运行,更多地取决于热站系统能否维持足够稳定的负荷率, 为惰气系统提供足够的烟气量。

2.3以往设计的弊端

以往的FPSO惰气系统设计中,大多也考虑了对热炉烟气的利用,但实际应用效果却往往并不理想,没有达到节能的设计要求,其主要原因有如下几方面:

( 1) FPSO热负荷工况较为复杂。上部设施中工艺处理流程的负荷随生产年份变化较大; 季节不同,船舱保温加热负荷差别较大。特别是在南海海域,环境温度较高,而原油进舱温度可达到70 ~ 80℃ 甚至更高,这样船体保温加热负荷的理论计算值会与实际需要的加热负荷有所差别。另外,FPSO外输工况是惰气需求量最大工况,但这时船舱保温加热负荷又是最低需求。几种因素综合在一起,导致热站实际负荷率的下降,外输时,会出现热站烟气量供应不充足的情况。

( 2) 目前较常用的多功能模式的惰气系统原理参见图1所示,当热炉烟气含氧量合格时,烟气由风机抽出,经预水洗塔冷却并除湿后,由风机打入惰气总管进入各货油舱。当含氧分析仪检测到烟气含氧量超标时,由其发出信号启动柴油系统,在柴油辅助下,烟气经多功能惰气发生装置充分燃烧脱氧惰化后进入惰气总管。这套系统虽然同样利用热炉烟气作为惰气气源,并具有补燃功能,但其作用主要是当烟气组分中含氧量超标,可补充燃烧以降低含氧量。 由于这种工况一般只是在热油锅炉本身或整个排烟系统出现故障等意外情况下才会出现,对于烟气量不足的工况,作用有限。

AT - 含氧分析仪; CV - 控制阀; PV - 压力调节阀; PT - 总管压力变送器; V1 - 烟板阀; V2 - 常

AT - 含氧分析仪; PT - 压力变送器; CV - 控制阀; PV - 压力调节阀; PT15、 PT25 - 总管压力变送器; PT5 - 油舱压力变送器; V14、V24 - 常开关断阀

3节能型FPSO惰气系统

3.1充分利用烟气资源的节能设计

节能型惰气系统如图2所示,可以很好地解决当烟气量不足时,如何最大限度进行利用的问题。 图中分别设置了1套烟气模式、1套柴油模式惰气系统,2套系统完全独立,即与不同模式相匹配,分别由各自的惰气总管进入货油舱等惰气用户。

当烟气量充足时,烟气模式系统运行。热炉烟气由风机抽出,进入洗涤塔进行冷却脱硫和除尘; 干净烟气经除湿后通过烟气模式总管进入各用户舱。 这时,柴油模式处于关闭状态。

由于有2套惰气总管,两个系统也可以同时向用户舱供惰气。烟气和燃烧模式系统设计有一个公共控制系统,当烟气模式总管上主甲板压力低时,通过压力变送器PT25,控制系统得到烟气排量不足的信号,并将信号传送至燃烧模式系统启动柴油输送泵、鼓风机,同时根据烟气模式总管上主甲板供气压力,控制模块可自动选择燃烧模式供气量,供气范围是额定能力的25% ~ 100% ,但只能分档选择25% 、 50% 、75% 或100% ; 此时,烟气模式产生的惰气和柴油模式产生的惰气可以通过各自的总管向油舱供气。柴油模式惰气也可以通过总管之间的联通管线 ( 图中未示出) ,与烟气模式惰气一并由一路总管向油舱供气。如果出现烟气模式气量与燃烧模式气量大于惰气用量情况时,在烟气模式系统的甲板水封前设有调节阀PV23,通过调整控制阀CV22开度, 旁通多余的烟气。

当货油舱需要同时外输和洗舱作业时,柴油模式和烟气模式分别同时运行。由烟气模式为油舱提供外输时所需要的惰气,同时由柴油模式为洗舱室提供比较干净的惰气,两套系统独立运行,分别由各自的总管进入相应的用户,避免干扰。

3.2节能设计优势

与以往FPSO惰气系统比较,上述设计具有以下优势:

( 1) 采用1台烟气模式、1台柴油模式,将烟气作为基本气源。1台设计能力为8000 m3/ h的惰气发生装置,采用烟气模式可节约柴油耗量约450 t/年 ( 按年生产时率330天,约10天外输一次的外输频率计) ,即每年节约燃料操作费用约400多万元人民币。

( 2) 设置2套惰气总管,FPSO外输作业与洗舱作业可同时进行。

( 3) 尽可能充分地利用烟气,可以最大程度实现节能。

4结束语

2套完全独立的惰气系统配置方式,要增加1套惰气总管包括管路上甲板水封、压力真空关断阀以及所有阀门等安全、控制设施等。据估算,整个系统的初始投资增加约400 ~ 500万元人民币。但是, 即使按每次外输仅有约50% 的烟气可以利用计,每年惰气系统节约的燃料操作费用也可达200多万元人民币。也就是说,即使不考虑采用2套惰气总管可提高生产时率而带来的经济效益,这笔初期设备投资,只需系统运行约2 ~ 3年即可收回成本。

因此,充分利用烟气资源,是节约惰气系统能源消耗、降低排放污染的有效途径。

参考文献

[1]《国际海上人命安全公约》(SOLAS公约)(修订版).1988.

[2]中国船级社网站.IMO消防分委会(FP)第56次会议要点快报[EB].(2013-1-18)www.ccs.org.cn.

[3]国际海事组织(IMO).国际消防安全系统规则[S].2001.12.5.

[4]油船惰性气体系统技术条件:CB1196-86[S].

[5]金晓剑.FPSO最佳实践与推荐做法[M].东营:中国石油大学出版社,2012.

[6]中国船舶工业总公司.船舶设计实用手册(轮机分册)[M].北京:国防工业出版社,1999.

[7]国际安全生产监督管理总局.浮式生产储油装置(FPSO)安全规则[S].2010.6.

惰气系统 篇2

由后勤工程学院油库安全与防护工程课题组研究提出的采用高温高湿燃油惰气对油罐中的油气进行置换处理是一种新技术。该技术一方面能使通风等作业处于“绝对安全”条件下,从而能基本杜绝爆炸安全事故的发生;另一方面能数倍缩短通风等作业时间,从而产生明显的军事与经济效益。因此该技术具有安全性和高效性的优点。为了进一步研究油罐惰气置换过程的影响因素,提高置换效率,本文对惰气置换的过程进行了实验研究。

1. 实验装置

本课题中采用后勤工程学院研制的燃油惰气装置为实验提供惰性气体源。本课题采用的模拟油罐罐室其结构尺寸按1000立方米的油罐和罐室的1/12倍缩小而成,其中罐室直径1000mm,罐室高700mm,罐壁厚7mm,罐体积约为1.56m3,罐体采用压力容器钢板按高压容器标准制造,完全能够承受油料爆炸时的高压,从而保证实验过程的安全性。如图1所示。

2. 实验方法

2.1 模拟实际油罐中的油气环境

在本文的模拟实验中设计了专门的油气雾化形成系统,较好地模拟了军用油库油罐油气的工质环境条件,从而解决了油气雾化混合的问题。模拟油罐罐室油气环境由真空泵(2×8旋式真空泵)、进出气管、油气雾化系统、防爆球阀和油罐等组成。

2.2 燃油惰气收集装置的设计

由于惰性气体制备装置产气量为1000m3/h,为避免浪费本文采用容积为5m3为塑料胶质储气袋(保证浓度不变)收集惰性气体,袋口设计安装了阀门可方便的收集气体和排出气体。

2.3 燃油惰气置换模拟油罐中的油气

由储气袋、微型真空泵、气体转子流量计、球阀和油罐组成。采取下进上出的方式,惰化气体流量分别采用500L/h、1000L/h和1500L/h进行实验。

3. 实验结果与分析

3.1 燃油惰气流量为500L/h的实验结果与分析

油罐罐体上有测量孔,划分为前上为第1个测量点、前中3、右中7、右下8、后下12、上出口六个点为典型测量点,用北京均方理化科技研究所的GXH-1050型红外线分析系统和日本COSMOS电子受限公司研制生产FGA-4100(5G)燃烧废气分析仪测量CH和氧浓度。油罐初始CH浓度5.45%,氧气O2为15%,温度29度,入口流量500L/h,惰气氧含量2.3%,CO2为12.3%,CH为379ppm。实验结果如图2所示(做图工具为OriginPro8.1SR3)

由图2可知:(1)、靠近燃惰气进口两侧的中央偏下测量点8,油气和O2浓度较高,此处为“置换死角”,这主要是由于油罐的形状及入口处燃惰气速度较高,形成卷吸所致。(2)、大约420min时最不利8号点CH浓度以达到爆炸下限1.3%,可以认为油罐油气达到本质安全状态。(3)、油罐内CH浓度开始下降很快然后缓慢下降,是因为开始的CH浓度梯度差大,扩散作用比较明显。(4)、氧气浓度的变化和CH浓度的变化趋势相似,说明各组分对流扩散具有相似性。

3.2 燃油惰气流量为1000L/h的实验结果与分析

油罐初始CH浓度5.6%,氧气O2为18.4%,温度30度入口流量1000L/h,惰气氧含量2.2%,CO2为12.4%,CH为369ppm。实验结果如图3所示

由图2图3可知:(1)随着入口惰气流量增加一倍,最不利8号点达到爆炸下限的时间缩短近一倍大约213min。(2)、油罐内CH浓度下降的速率明显加快,这是由于流量的增加罐内的对流扩散更加充分。

3.3 燃油惰气流量为1500L/h的实验结果与分析

油罐初始CH浓度5.25%,氧气O2为18.8%,温度29度,入口流量1500L/h,惰气氧含量2.5%,CO2为11.9%,CH为379ppm。实验结果如图4所示

由图2图3图4可知:(1)、当入口流量达到原来的三倍时,最不利8号点达到爆炸下限的时间为135min,时间缩短近1/3,故罐内达到油气爆炸下限的时间随入口流量的增加略呈线性减小。(2)在能有效增加惰气流量的情况下,尽量缩短惰化时间对防范事故隐患和提高效率具有非常重要的社会和经济效益。

4. 结论

(1)惰化过程中“置换死角”出现在靠近燃惰气进口两侧的中央稍下位置。

(2)罐内各组分的浓度变化具有相似性。

(3)罐内达到油气爆炸下限的时间随入口流量的增加略呈线性减小。

惰气系统 篇3

原油船是指用于装卸、运输原油的船舶。在船舶刚开始用于原油运输的时候, 连续发生了几起大型船舶燃爆事件, 给油船的航运安全敲响了警钟。燃爆容易在原油船上发生是由于原油船很容易齐备燃爆所需要三样因素:可燃物、氧气、引起燃爆的能量。

在货油舱里, 原油不断挥发, 可燃气体不可避免地充满整个空间。

另一方面, 要杜绝引起燃爆的能量也很难完全做到, 在航行的过程中, 会因各种可能而产生静电, 难以一一避免, 而静电很大可能产生实现燃爆的能量。

因此, 唯一可以考虑的是想办法减少氧气的含量。

2 船舶惰性气体概念、制造原理及功能

2.1“惰气”的概念

研究表明, 当氧含量下降到11%以下时, 无论此时混合气体中可燃气体的含量是多少, 燃爆都不会发生。因此可以认为含氧量在11%以下的混合气体是“惰性气体”了。

2.2“惰气”的制造

在所建造的某型32万吨原油船中, 锅炉燃烧燃油后产生的气体除了含有少量氧气外, 还含有氮气、二氧化碳、二氧化硫、烟灰等物质, 该气体经过洗涤塔后, 气体会被冷却且烟灰及二氧化硫等杂质会被过滤掉, 此时的混合气体经探头检测含氧量符合要求后, 通过离心式鼓风机后输送到甲板水封塔, 然后输送到各货油舱。

2.3 惰气系统功能总结[1]

当货油舱卸油时, 需要吸入气体进行补充, 如果补充空气会有使货油舱内可燃气体与空气中氧气混合达到燃爆状态的危险, 因此在货油舱卸放液体时, 需要充惰保持货油舱的惰化。

当进行货油舱的清洗后, 需要利用惰气系统的风机, 吸入新鲜空气驱除货油舱的惰气, 使舱内不会因存有惰气而影响作业人员健康。

当装载着货油进行航行时, 需要需要继续开启惰气对货油舱补气。

3 惰气系统主要设备运行功能描述

3.1 氧含量的测定

测试氧含量的探头为氧化锆传感器, 传感器内侧与惰气接触, 外侧与空气接触, 当内外侧分别接入电压时, 外侧的氧气由于外电压作用获得电子, 成为氧离子进入氧化锆内, 然后氧离子在内侧由于外电压作用失去电子成为氧气, 由于内侧惰气氧含量低、外侧空气氧含量高, 氧气的浓度差使氧气外侧响内侧进行扩散运动。

因此, 惰气的氧含量越小, 氧气浓度差就越大, 就有越多的氧离子在内外侧之间流动, 就会产生越强的电流信号, 通过分析电流的强弱, 即可得知惰气中氧含量的多少。

3.2 锅炉烟气的处理

锅炉烟气由氮气、二氧化碳、氧气、二氧化硫、烟灰等构成, 其中二氧化硫会产生酸, 它和烟灰等杂质如果直接进入货油舱会影响储存在舱里的原油, 因此需要通过洗涤塔进行处理。

锅炉的烟气进入洗涤塔后与从喷嘴喷出的由洗涤塔海水泵供给的海水混合后经过丘文里管, 在丘文里管的收缩段, 由于收缩作用使气液两相间相对流速很大, 液滴在高速气流下雾化, 气体温度达到饱和, 尘粒被水湿润。尘粒与液滴之间、尘粒之间发生激烈碰撞和凝聚。之后进入扩散段, 在扩散段, 速度下降、压力回升, 以尘粒为凝结核的凝聚作用加快, 凝聚成直径较大的含尘液滴, 掉到洗涤塔底部通过管路排到船外。

余下的气体被引导往上升, 通过被从洗涤塔海水泵供给的水湿润的湿式滤网, 气体被进一步降温和清洁, 气体内的硫化物被水雾带走, 水雾慢慢落到洗涤塔底部通过管路排到船外。

之后的气体然后经过干式滤器去除气体内的水汽后, 从洗涤塔出口排出。

3.3 甲板水封

甲板水封塔用于防止货油舱内气体逆流至锅炉烟道内, 塔底层为从甲板水封泵供给的海水, 隋气进入甲板水封塔的底部, 以气泡的形式通过海水往上冒, 在此过程中惰气会带走部分的液体, 因此甲板水封泵会保持运行供给海水, 惰气以气泡形式冒出液面后经过干式滤器除去气体内的水汽后, 排出甲板水封塔。

由于货油舱的惰气压力要比大气压力大, 海水进口侧有一高出进口侧两米半的管路, 海水升上该高出进口侧两米半的管路而产生压力, 从而补偿水封塔进、出口两侧的压力差。

4 惰气系统控制原理

惰气系统简图如图1所示。

1.1号锅炉烟道阀2.2号锅炉烟道阀3.烟道清洗阀4.密封空气阀5.洗涤塔海水进口阀6.锅炉公共烟道阀7.空气进口阀8.1号鼓风机出口阀9.2号鼓风机出口阀10.大气通风阀11.惰气主阀12.甲板通风电磁阀

当需要利用惰气系统的风机吸入新鲜空气驱除货油舱的惰气时, 需要的步骤以及各设备的控制程序如下。

(1) 打开空气进口阀7。

(2) 选择需要开启的风机。

(3) 按“启动空气”按钮。

1) 此时风机起动, 并且密封空气电磁阀4、大气通风阀10自动打开, 当风机经过降压起动进入正常工作状态后, 鼓风机出口阀8/9会自动打开, 打开的角度由系统所设的流量决定, 由图2可以看出, 风机流量随着轴功率的提高而增大, 而轴功率是随着风机马达电流的增大而提高的。

2) 通过检测风机马达电流, 便可间接得知风机的流量, 当风机处于额定负荷状态时, 电流为135 A, 当风机处于最小允许负荷状态时, 电流为75 A, 把135 A设为“100”, 75A设为“0”, 当把流量设置从“100”变为“80”时, 则风机出口阀8/9进行关闭动作, 同时检测风机反馈的电流值, 当电流值降为额定电流的 (135-75) ×80%+75, 即125 A时, 风机出口阀8/9停止继续关闭的动作, 即此时可认为风机已达到所要求的80%的排量[2]。

(4) 鼓风机出口阀8/9达到所要求的开度后, 并且甲板水封泵保持运行使甲板水封塔的水位位于正常水位时, 可以按“输送到甲板”按钮。

1) 此时惰气主阀11会自动打开、甲板通风电磁阀12会自动关闭, 空气通过惰气主阀11进入甲板水封塔, 经过甲板水封塔输到甲板面给需要新鲜空气的舱室进行供气, 同时, 一直打开的大气通风阀会进行闭动作, 使空气的出口压力与所设置的压力相一致。

2) 甲板水封泵出口有一个压力传感器, 把甲板水封塔出口的惰气压力值传回给控制箱, 该压力值与控制箱所设置的压力值比较, 如果所设的压力值小于检测到的压力值, 大气通风阀10将慢慢关闭, 直到检测到的压力值大于所设置的压力值后, 才会停止大气通风阀10的关闭动作。同样道理, 如果所设的压力值小于检测到的压力值时, 大气通风阀10会慢慢打开, 直到检测到的压力值小于所设置的压力值后, 才会停止大气通风阀10的打开动作。

(5) 此时, 系统进入了正常的空气供气模式, 在按“停止”按钮使系统停止工作之前, 风机出口阀8/9会根据用户的负荷要求以及风机阻力的变化不断地调整开度, 大气通风阀10会根据用户的压力要求以及甲板空气压力的变化不断地调整开度。

当需要给货油舱充惰气时, 需要的步骤以及各设备的控制程序如下。

(1) 选择洗涤塔是由洗涤塔海水泵供水还是由其他惰气系统以外的泵供水。

(2) 选择供烟气的锅炉。

(3) 选择需要开启的风机。

(4) 关闭空气进口阀7。

(5) 按触“清洗烟道阀”按钮, “清洗烟道阀”按钮颜色发生变化, 烟道清洗阀3将打开, 蒸汽通过烟道清洗阀3对1号锅炉烟道阀1、2号锅炉烟道阀2、锅炉公共烟道阀6进行清洗。

(6) 再次按“清洗烟道阀”按钮, “清洗烟道阀”按钮恢复原来颜色, 烟道清洗阀3将关闭。

(7) 按触“启动燃气”按钮, 此时洗涤塔海水进口阀5打开、密封空气阀4打开、相应的锅炉烟道阀1/2打开、锅炉公共烟道阀6打开、相应的风机出口阀8/9打开, 十秒后, 如果在“步骤1”选择的是由洗涤塔海水泵向洗涤塔供水, 洗涤塔海水泵将启动, 再经过十七秒后, 风机启动, 此时密封空气阀3关闭, 相应的风机出口阀8/9关闭, 当风机经过降压起动进入正常工作状态后, 鼓风机出口阀8/9会自动打开, 打开的角度由系统所设的流量决定。

(8) 鼓风机出口阀8/9打开角度稳定再经过五十秒后, 如果此时系统通过氧含量探头确认此时气体氧含量在5%以下, 并且甲板水封泵保持运行使甲板水封塔的水位位于正常水位时, 系统可以允许用户选择“输送到甲板”按钮。

(9) 按触“输送到甲板”按钮, 此时惰气主阀11会自动打开、甲板通风电磁阀12会自动关闭, 空气通过惰气主阀11进入甲板水封塔, 经过甲板水封塔输到甲板面给货油舱进行充惰, 同时, 一直打开的大气通风阀10会进行闭关动作, 使空气的出口压力与所设置的压力相一致。

(10) 此时, 系统进入了正常的惰气供气模式, 在按“停止”按钮使系统停止工作之前, 风机出口阀8/9会根据用户的负荷要求以及风机阻力的变化不断地调整开度, 大气通风阀10会根据用户的压力要求以及甲板空气压力的变化不断地调整开度。

5 惰气系统的参数设置

5.1 流量设置

惰气的吸风、排风工作主要依靠鼓风机完成, 风机共有两台, 风机启动后可通过控制该风机出口阀的开度来调节该风机流量。

惰气的流量设置要注意以下几点。

(1) 惰气排量要小于锅炉烟气的排量, 因为如果风机的排量大于锅炉烟气的排量时, 风机便有可能吸入空气, 使含氧量增大。

(2) 惰气排量要大于所开动的货油泵的排量。因为如果风机的排量少于压载泵的排量时, 货有舱便有可能吸入空气, 使含氧量增大。

(3) 对于该船来说, 船上有两台锅炉, 每台锅炉额定负荷工作下会产生每小时45 000 m3的烟气, 惰气系统有两台风机, 每台风机的额定在工作状态下会产生每小时10 315 m3的风量, 货油系统有三台货油泵, 每台货油泵额定状态下会产生每小时5 500 m3的流量, 因此, 当有一台货油泵在运行时, 可运行一台惰气风机并设定其为满负荷状态, 同时保证有一台锅炉处于30%以上的负荷状态。当有两台或者三台货油泵在运转时, 需要保证有两台惰气风机在运行并设定其为满负荷状态, 同时要保证起码有一台锅炉处于50%以上的负荷状态。

5.2 压力设置

输送至各个货油舱惰气的压力控制主要通过调节大气通风阀的开度实现。

惰气的压力设置要注意以下几点。

(1) 惰气压力要低于各货油舱的试压压力, 否则货油舱舱壁及焊缝容易发生形变泄漏等危险情况, 本船货油舱试压压力为2 500 mm WG。

(2) 惰气压力要高于大气压力, 否则货油舱有从空气中吸入氧气的危险。

(3) 一般设置压力为500 mm WG, 由于风量的变化存在滞后的惯性, 从大气通风阀开始动作到压力开始相应发生改变, 要经过差不多5秒, 如在装载货油期间, 可把设置压力值适当调大, 避免压力降下来时风量来不及反应而产生真空吸入氧气;如在载油航行期间, 可把设置压力适当调小, 避免系统供给过大的风量使压力升高后, 舱内压力与大气之间的压力差增大, 使泄漏的惰气量增加, 影响甲板上作业人员的健康。

6 结语

通过本文对惰气保护系统的介绍, 希望读者能了解原油船货油舱的防火防爆原理, 同时, 希望对从事液货船设计、调试、航行工作的人员有所裨益。

参考文献

[1]李玉平.油船货物操作[M].大连:大连海事大学出版社, 2012.

惰气系统 篇4

1 DQ、DQP系列惰气发生装置

1.1 原理

在风机供风条件下, 煤油在特制的喷油室内喷出形成均匀油雾, 点火后, 受火焰稳定器作用, 在充水保护套的燃烧室内进行急剧、稳定、连续氧化反应, 经燃烧除氧后的产物———惰气 (主要成分为N2、CO2、CO及少量的水蒸气、浓度小于5%的O2) 通过烟道内喷水冷却降温, 送往火区灭火[3]。而DQP系列惰泡发生装置只是利用DQ制出的惰气发泡, 以形成惰泡进行灭火[4]。

1.2 惰气组分的调节

惰气组分受风油比的大小控制。每千克燃油完全燃烧所需理论空气量即理论风油比, 据计算, 煤油的理论风油比为15。在实际中, 考虑允许生成的惰气中有小于5%的氧气, 为保证燃烧充分, 减少CO气体的生成, 取风油比为16~21。对于选定的燃油, 产生的惰气中O2、N2含量与风油比成正比关系, CO2、CO含量与之成反比, 当风油比小于理论风油比时, 有少量的CH4产生[5]。

在DQ、DQP系列惰气发生装置运行时, 可通过调节油泵转速来调整供油量, 达到调整所产惰气中氧含量目的。在惰气出口———烟道上安装了氧含量测量仪, 以连续监测所发惰气中氧含量。现场有时以惰气颜色来判定, 当发黑时, 属富燃料燃烧, CO含量高, 含O2少;发白时, 属富氧燃烧, O2含量高, CO少。

1.3 适用条件

DQ、DQP系列惰气发生装置本身不防爆, 长度近15 m, 安装地点巷道最小断面为4 m2, 长度大于15 m, CH4浓度不大于1%, 供水、供油、供风量及电源必须满足需求[6]。

2 惰气灭火实践

2.1 实施经过

2004年5月14日2:50, 鹤壁煤电公司八矿2305北工作面上隅角位置采空区内发生瓦斯燃烧事故 (图1) 。经分析研究, 决定利用DQP-200型惰泡发生装置注惰灭火, 其方案实施步骤如下。

(1) 在回风巷建带风门木板墙1道 (1号) , 在其外建预留卸压孔的永久密闭1道 (2号) 。

(2) 在二联络巷骑DQP-200型惰泡发生装置的烟道建带风门永久密闭1道, 并同时组装DQP-200型惰泡发生装置。

(3) 关闭二联络巷密闭墙风门并发惰, 在回风巷通回风上山岔口处检查气体成分, 当氧气浓度下降到5%以下时, 关闭回风巷木板墙风门, 封堵卸压孔, 再发惰加压5 min后停发, 并关闭DQP-200型惰泡发生装置烟道封闭门及调风板。

2.2 方案可行性分析

2305北工作面属于放顶煤开采工作面, 放顶煤开采本身易造成采空区瓦斯爆炸及自燃, 因其爆源或火源远在采空区, 不具备直接灭火条件, 而惰气灭火是一明智选择。N2热容量大, 分子直径小, 对机电设备没有腐蚀等破坏作用[7], 注惰灭火时, N2容易穿过垮落区, 置换出其中的CH4、O2等, 可降低火区温度, 形成火区正压, 且当其浓度达36%时可使CH4空气混合物丧失爆炸性[8]。2305北工作面为全负压通风, 先封回风巷致工作面风压上升, 可阻止采空区瓦斯涌出;先封运输巷使工作面风压下降[9], 采空区瓦斯涌出流经火源时可能引起爆炸, 因而选择先封闭回风巷是正确的, 可保证回风巷密闭墙的施工安全。

2.3 方案实施效果分析

方案实施过程中, 注惰3 min, 因第二段燃烧室烧变形而停机, 后紧急调用DQ-500惰气发生装置燃烧室, 下井组装后继续发惰, 因水压不稳, 发发停停, 先后近10次才彻底封闭。封闭后氧气浓度为12%, 第8天检查, 其内氧气浓度为3.97%, 第10天安全启封, 并逐步恢复了正常生产。

首次发惰前经检查, 第一、第二段燃烧室冷却水出口处压力分别为1.0、0.9 MPa, 更换烧变形的第二段燃烧室后发惰时, 其水压开始达到1.4, 1.2MPa, 运行中逐渐下降至0.6, 0.4 MPa。依据以上及燃烧室上部内衬变形严重之情况分析可知, 由于冷却水供水压力未达到规定要求, 导致水套内水不能全部充满水套断面, 在水套上部有部分空隙 (图2) 。随着燃烧室长时间接受烟流, 温度升高, 水受热形成水蒸气集聚在水套上部空隙中, 水蒸气温度升高到一定程度而导致燃烧室变形。同时, 水蒸气也阻止水流向上, 导致发惰后水压下降。

DQP-200型惰泡发生装置运行时, 经化验, 所发惰气中, CO2浓度为11.55%, O2浓度为3.79%, CO浓度为3.29%, N2浓度为78.23%, 但在发惰、彻底封闭回风巷、胶带运输巷及工作面后, 经检查, 其内O2浓度为12%, 远远高于3.79%。其原因为: (1) 因燃烧室冷却水出口处压力随发惰时间的延长而逐渐下降, 为防止其变形, 只能发发停停, 在发停之间, 风机向封闭空间供给了一定量的空气[10,11,12]。 (2) 回风巷、胶带运输巷密闭漏风, 在最后注惰加压时, 风机明显吸入运输巷漏出惰气, 造成循环风。

3 结语

DQ、DQP系列惰气发生装置灭火效果好, 安全, 发惰成本低 (约0.2元/m3) 。在选用其灭火时, 必须保证水、电、油的充足供应, 并严格按开、停机程序进行操作;封闭前注惰加压时, 要密切注意其运行状态, 防止阻力过大造成燃烧室火焰不稳, 产生喘振燃烧和大噪声;封闭注惰空间时, 必须保证封闭质量, 要求坚固可靠、严密不漏风。

摘要：为了扑灭井下火灾及抑制瓦斯爆炸, 当煤矿井下发生火灾时, 需减少火区供氧量、增加惰性气体含量以惰化火区气体。通过对DQ、DQP系列惰气发生装置灭火原理分析, 提出利用该装置燃烧除氧, 将燃烧产物N2、CO2等惰性气体注入火区, 能有效灭火、抑爆。实际应用证明, 其用于扑灭井下火灾快速、安全、有效, 且降低了成本。

关键词：惰气发生装置,火灾事故,灭火

参考文献

[1]余明高, 潘安锟.煤矿火灾防治理论与技术[M].郑州:郑州大学出版社, 2008.

[2]李华炜, 马汉鹏.矿山救援技术与实践[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2013.

[3]煤炭工业部煤矿安全标准化技术委员会.MT/T 697—1997煤矿用烧油惰气发生装置通用技术条件[S].北京:煤炭工业出版社, 1997.

[4]国家安全生产监督管理总局矿山救援指挥中心, 中国煤炭工业劳动保护科学技术学会矿山救护专业委员会.矿山事故应急救援及分析[M].北京:煤炭工业出版社, 2006.

[5]煤矿安全技术培训统编教材编委会.矿山救护工[M].北京:煤炭工业出版社, 1995.

[6]国家安全生产监督管理总局, 国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程[M].北京:煤炭工业出版社, 2010.

[7]王志坚.矿山救护队员[M].北京:煤炭工业出版社, 2007.

[8]刘景华.矿井火灾防治技术[M].北京:煤炭工业出版社, 2007.

[9]国家煤矿安全监察局人事培训司.矿山救护[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2002.

[10]国家煤矿安全监察局人事培训司.抢险救灾[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2002.

[11]国家煤矿安全监察局人事培训司.矿井火灾防治[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2002.