Способ получения барьерной диафрагмы для пенной камеры Российский патент 2023 года по МПК A62C35/68 

Изобретение относится к барьерным устройствам для пенной камеры, входящей в состав резервуаров для хранения углеводородной продукции в нефтегазовой и нефтехимической промышленности.

Предлагаемое изобретение может быть использовано в нефтегазовой промышленности в стационарных системах пожаротушения резервуаров с горючей жидкостью в пенной камере, предназначенной для образования пены низкой кратности с последующей подачей ее на поверхность горючей жидкости нефти, газового конденсата стабильного.

Известны пенные камеры, в которых барьерным устройством является легкоразрушающийся диск из стекла.

Пенные камеры типа FC предназначены для производства пены, которая подается в резервуар и покрывает поверхность содержащейся в нем жидкости, отделяя горючее от веществ, поддерживающих горение. Все виды смеси пенообразователя с любым процентом дозирования могут подаваться в пенную камеру. В пенных камерах такого типа используются барьерные устройства для защиты от пара из стекла. (ООО «Техномодуль Центр» официальный дистрибьютор противопожарного оборудования CSI (Италия) на территории Российской Федерации и СНГ.)

Пенная камера модели CS, применяется для защиты стационарных резервуаров с крышей и используется в стационарных установках для пены низкой кратности. Так же используется встроенная стеклянная диафрагма, которая предотвращает попадание газа из резервуара в линию подачи пены. (Пенная камера модели CS. Руководство по установке, эксплуатации и обслуживанию).

Существенным недостатком в конструктивном исполнении указанных пенных камер является невысокая герметичность стеклянного диафрагменного элемента в месте монтажа и высокая хрупкость по всей площади поверхности.

Стеклянный элемент хрупкий, не гибкий материал, что не позволяет качественно и надежно выполнить монтаж внутри пенной камеры и не позволяет добиться полной герметичности на границе раздела «резервуар-пенная камера».

Затруднением выступает разнородность материалов прочностные и иные характеристики, применяемых в данной конструкции «металл-стекло», при увеличении момента затяжки крепежа, происходить растрескивание стекла, в случае уменьшения момента затяжки, наблюдается недостаточная степень прилегания поверхности стеклянного диска к зеркалу стальных фланцевых пар поверхностей в виде микрозазоров. В обоих вариантах монтажа, проявляется высокая степень не герметичности защитного устройства.

Данное нарушение технологического процесса, приводит к миграции насыщенных паров углеводородного продукта через «пенопровод-сухотруб» в производственные цеха, создавая угрозу возгорания, взрыва и загазованности

Близким техническим решением является диафрагменный элемент пенной камеры, выполненный из листового огнеупорного картона «МКРКЛ 450» и модифизированного с помощью «Литол-24». Прототип.

Огнеупорный картон производится на основе муллитокремнеземистых волокон, получаемых плавкой в электрической печи чистых оксидов алюминия и кремния, с последующим образованием волокна методом раздува.

Предлагаемый в работе материал марки «МКРКЛ 450» для изготовления и последующего оснащения пенной камеры сменной «диафрагмой-протектором», представлен в виде огнеупорного стекловолокнистого картона, с температурой применения +1150°С, плотностью 450 кг/м³. (А.И. Егоров, к.т.н. Д.П. Юхин. Модернизация диафрагменного элемента пенной камеры - ключ к защите от утечки нефтепродуктов из хранилищ в водную среду. «Известия Оренбургского государственного аграрного университета», 2020, №1, УДК 628.515, 66.067.123.22, 631.672.4).

Недостатком вышеуказанного технического решения является снижение на 4% прочностных характеристик после пневматического испытания диафрагмы, развитые адгезионные и смачивающие свойства по отношению к нефтепродуктам. Низкая растекаемость смазки «Литол-24» по площади поверхности заготовки при температуре +25-30°С - условия изготовления изделия является труднопроницаемой в нижние слои заготовки и сопровождается не равномерностью покрытия диафрагмы «модификатором-смазкой» по всей площади поверхности и объему, при температуре -30°С смазка теряет свои защитные свойства. Трудоемкий и продолжительный операционный процесс изготовления диафрагмы с помощью «Литол-24», производится дополнительное нагревание до температуры +50°С перед нанесением смазки на поверхность заготовки диафрагмы и распределение нагретой массы с помощью шпателя.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности и надежности барьерной диафрагмы в работе пенной камеры, для исключения утечек углеводородного продукта и минимизация его негативного воздействия на окружающую среду, исключение взрывопожарной ситуации и загазованности внутри производственных зданий, защита от агрессивного воздействия насыщенных паров газового конденсата стабильного на «пенопровод-сухотруб».

Для решения поставленной задачи предлагается способ получения барьерной диафрагмы для пенной камеры, включающий изготовление механическим способом заготовки диафрагмы в виде диска, диаметром 275 мм и толщиной 14 мм, при этом заготовку изготовляют из плиты ПВО-500 на основе вспученного вермикулита, затем на заготовку наносят первый слой пропитки путем погружения в полидиметилсилоксановую жидкость с вязкостью 100 мм²/с в течение 5-10 минут, после чего осуществляют сушку заготовки в течение 24 часов при температуре воздуха +25-30°С, затем на заготовку наносят второй слой пропитки и повторно производят сушку в течение 24 часов при температуре воздуха +25-30°С.

Плита вермикулитовая огнестойкая ПВО-500 (ТУ 5767-001-43545684-2012) изготовлена в заводских условиях, прессованием вспученного вермикулита и хризотил-асбеста с добавками в качестве вяжущих битумо-бентонитовой или битумо-диатомитовой паст, синтетических смол, крахмала, жидкого стекла используется в качестве исходного материала. Формула Mg²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺)₃[(AlSi)4O₁₀](OH)₂×4H20.

Плотность плиты 550-600 кг/м³. Температура применения плиты от -50°С до +1200°С. Прочный, устойчивый к истиранию материал, по своим смазочным свойствам похож на графит. Не токсичен, в том числе во время воздействия огня. Группа горючести Г1-слабогорючие материалы. Теплопроводность при температуре +25°С составляет 0,12 Вт/м⋅К. Химическая инертность вспученного вермикулита объясняется его нейтральностью к воздействию различных кислот и щелочей.

Вермикулитовая плита используется для предохранения от огня железобетонных, стальных и деревянных конструкций, а также кабельных трасс. В качестве термозащиты при постройке печей и каминов. Является качественной и эффективной защитой от высоких температур и открытого огня.

Качество плиты вермикулитовой ПВО-500 подтверждено сертификатом соответствия № С-RU.ПБ58.В.02656.

Силиконовая жидкость является модификатор для барьерной диафрагмы. Прозрачная, линейная, нереакционноспособная полидиметилсилоксановая ПМС Xiameter РМХ-200, с вязкостью 100 мм²/с, характеризуется:

- низким поверхностным натяжением, быстро увлажняет чистые поверхности, придавая гидрофобность и усиливая расцепление, обеспечивая хорошую растекаемость на различных поверхностях;

- низким показателем давления насыщенных паров, не характеризует жидкость, как летучую, легкоиспаряемую;

- устойчивостью к окислению;

- термостабильностью;

- низким показателем пожароопасности;

- низким уровнем токсичности, практически без запаха и раздражения кожи;

- диэлектрическими свойствами в широком диапазоне температур и частот.

Удельная плотность ПМС при температуре +25°С составляет 0,960 кг/дм³.

Исходные свойства сохраняются в температурном диапазоне от - 40°С до +200°С. В диапазоне температур от +65°С до +105°С не изменяет своей вязкости и не вызывает значительного набухания или вымывания полимеров в своем составе.

Барьерную диафрагму для пенной камеры изготавливают механическим способом с помощью деревообрабатывающего станка из вермикулитовой плиты ПВО-500 в форме диска, диаметром 275 мм и толщиной 14 мм. Производят обеспыливание заготовок сжатым воздухом. Затем заготовку пропитывают, путем погружения в силиконовую жидкость ПМС Xiameter РМХ-200 с кинематической вязкостью 100 мм²/с в течение 5-10 минут. Первый слой пропитки, сопровождается максимальным поглощением силиконовой жидкости в соотношении Т:Ж=1:1,5. На 1 кг заготовки, расходуется 0,67 кг жидкого модификатора. Масса заготовки диафрагмы до нанесения первого слоя составляет 0,46 кг. Масса диафрагмы после обработки первым слоем - 0,77 кг. После чего осуществляют сушку заготовки в течение 24 часов при температуре воздуха +25-30°С. Далее, на обработанную первым слоем поверхность диафрагмы, наносят второй слой. Расход жидкого модификатора после нанесения второго слоя, составляет 12,5% от массы диафрагмы после обработки первым слоем. Масса диафрагмы после обработки вторым слоем составляет 0,87 кг. После чего, повторно производят сушка в течение 24 часов при температуре воздуха +25-30°С.

Преимуществом антиадгезионных свойств покрытия полученной барьерной диафрагмы, определяется специфическими особенностями применяемой силиконовой смазки. Жидкость имеет величину поверхностного натяжения с вязкостью 100 мм²/с при t=+20°С 20,9 мН/м менее, чем у воды 72,9 мН/м и нефти 26,0 мН/м, равной значению для газового конденсата стабильного 21 мН/м. Финишный слой на поверхности барьерной диафрагмы, проявляется слабым смачиванием краевой угол смачивания 90°<θ<180° по отношению к эксплуатационным средам насыщенные пары газового конденсата или нефти с внутренней стороны резервуара и влаги конденсата с его наружной стороны.

Антиадгезионные свойства барьерной диафрагмы, хорошо развитая фобность по отношению к воде и нефтепродуктам, в виду низкой величины поверхностного натяжения жидкости до 21 мН/м и краевого угла смачивания - в интервале 90°<θ<180°, характеризует изделие, как практически не проницаемое по отношению к воде и нефтепродуктам.

В случае применения барьерной диафрагмы без модификации силиконовой жидкостью ПМС Xiameter РМХ-200, наблюдается частичная конденсация насыщенных паров газового конденсата стабильного внутри пенной камеры, с последующим перетеканием данной жидкости к дренажному выпуску в нижней части «пенопровода-сухотруба» за пределами границ резервуара. Показатель, формирующейся конденсационной жидкости от насыщенных паров газового стабильного конденсата 15-20 л/сут. при объеме заполнения резервуара 4500×10³ л ~ 90% от V_макс. Данная жидкость, дренируется вручную и возвращается в состав процесса подготовки основного продукта, исключая потери, утечки и пожарные риски. Данная ситуация происходит за счет «тепло-и-паропроводящих» свойств вермикулитовой плиты ПВО-500 коэффициент теплопроводности λ=0,12 Вт/м⋅К, из которой изготовлена барьерная диафрагма и приложенной нагрузки к ее внутренней поверхности, посредством давления насыщенных паров ДНП газового конденсата стабильного и, с учетом температуры наружного воздуха с обратной стороны.

Для подтверждения качества предлагаемой барьерной диафрагмы были проведены пневматическое и гидравлическое испытания.

Пневматическое испытание барьерной диафрагмы проходило на специальном заводском стенде - имитация воздействия насыщенных паров со стороны резервуара на барьерную диафрагму.

Проводилось плавное, ступенчатое нагружение воздухом барьерной диафрагмы от 0,0 до 120 кПа, при этом, потерь давления не обнаружено, внешних признаков отклонения или разрушительного характера не выявлено. При увеличении испытательного давления на изделие до 135 кПа, произошла потеря герметичности, появилась паутинообразная трещиноватость поверхности, прочностных характеристик со звуковым эффектом потерь воздуха.

По техническим документам рабочее давление в резервуаре хранения углеводородов составляет 84,0÷106,7 кПа. Давление насыщенных паров нефти при t=+20°С 7,84 кПа, газового конденсата стабильного ГКС при t=+20°С по ГОСТ не более 66,7 кПа, по факту - 63-65 кПа согласно результатов химико-аналитического контроля.

Таким образом, согласно полученным экспериментальным данным предлагаемая диафрагма выдерживает давление до 130 кПа без потери герметичности, что превышает показатели технических документов выше показателя рабочего давления в резервуаре и результаты химико-технологического контроля выше величины давления насыщенных паров ГКС.

Гидравлические испытания проводились на «пилотной установке», в состав которой входит заводская пенная камера фирмы «K.C. Antincendi модель CS» (страна-производитель: Италия), с подключенным к ней пожарным рукавом диаметром 77 мм от функционирующей сети централизованного водоснабжения, оснащенной механическим манометром и отключающим краном.

Производилось плавное, ступенчатое нагружение водой испытуемого изделия от 0,0 до 600 кПа.

При заполнении гибкого рукава водой из сети водоснабжения и воздействуя нагрузкой на поверхность испытуемого изделия давлением 600 кПа, в течение 7-8 секунд, наблюдалось полное разрушение барьерной диафрагмы до величины условного прохода пенной камеры 215 мм.

Максимальная величина давления в противопожарной сети водоснабжения - 8,0 кгс/см², что превышает на 33% величину давления в «пилотной установке», что позволит сократить время разрушения барьерной диафрагмы в момент тушения пожара в резервуаре.

Гидравлические испытания подтверждают, что предлагаемое изобретение в случае пожара в реальной ситуации, не создаст сложностей в оперативном и полном разрушении барьерной диафрагмы от воздействия пенно-водяной жидкости при давлении до 8,0 кгс/см² включительно в момент фактического тушения.

Изобретение относится к нефтегазовой и нефтехимической промышленности, а именно к способу получения барьерной диафрагмы для пенной камеры, включающему изготовление механическим способом заготовки диафрагмы в виде диска, диаметром 275 мм и толщиной 14 мм, при этом заготовку изготовляют из плиты ПВО-500 на основе вспученного вермикулита, затем на заготовку наносят первый слой пропитки путем погружения в полидиметилсилоксановую жидкость с вязкостью 100 мм²/с в течение 5-10 минут, после чего осуществляют сушку заготовки в течение 24 часов при температуре воздуха +25-30°С, затем на заготовку наносят второй слой пропитки и повторно производят сушку в течение 24 часов при температуре воздуха +25-30°С. Задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности и надежности барьерной диафрагмы в работе пенной камеры для исключения утечек углеводородного продукта и минимизация его негативного воздействия на окружающую среду, исключение взрывопожарной ситуации и загазованности внутри производственных зданий, защита от агрессивного воздействия насыщенных паров газового конденсата стабильного на «пенопровод-сухотруб».

Способ получения барьерной диафрагмы для пенной камеры, включающий изготовление механическим способом заготовки диафрагмы в виде диска, диаметром 275 мм и толщиной 14 мм, при этом заготовку изготовляют из плиты ПВО-500 на основе вспученного вермикулита, затем на заготовку наносят первый слой пропитки путем погружения в полидиметилсилоксановую жидкость с вязкостью 100 мм²/с в течение 5-10 минут, после чего осуществляют сушку заготовки в течение 24 часов при температуре воздуха +25-30°С, затем на заготовку наносят второй слой пропитки и повторно производят сушку в течение 24 часов при температуре воздуха +25-30°С.