Широко известно, что пожар или взрыв экономические гораздо выгоднее предупредить, чем ликвидировать последствия. Самым важным аспектом пожаровзрывобезопасности на объекте является обеспечение таких условий, когда процесс воспламенения становится крайне маловероятным или невозможным. Горение, как известно, представляет собой реакцию быстрого окисления, которая обусловлена наличием в атмосфере кислорода, а также источником воспламенения – искрой, электрической дугой, химической реакции со значительным выделением тепла. Поэтому для прекращения горения требуется эту реакцию прекратить.
Создание инертной газовой среды в технологических объемах является самым надежным и проверенным способом предотвращения пожаров и взрывов при проведении различного рода работ. При разбавлении газовой среды инертным газом и понижении концентрации кислорода до 8-12% горение подавляющего количества веществ становится невозможным. К таким веществам относятся такие углеводородные продукты как метан, этан, пропан, бензин, керосин, природный газ и многие другие вещества.
До недавнего времени для производства азота с целью разбавления воздуха и создания флегматизирующей концентрации применялись криогенные комплексы, громоздкие и дорогие сооружения, производящие азот в жидком виде. Из-за невыгодных весогабаритных характеристик воздухоразделительного оборудования этого типа, а также сложности в обслуживании оборудования применение азота в нефтегазовой отрасли на удаленных объектах было ограничено и обходилось дорого. Криогенные системы позволяли получать азот только в жидком виде с возможностью последующей газификацией и заполнением баллонов под давлением 150 атм. Ввиду сложности транспортировки как баллонов с газообразным азотом, так и цистерн с жидким, итоговая стоимость азота оказывалось весьма высокой.
Появившийся позднее альтернативный метод получения газообразной фракции азота на базе короткоцикловой адсорбции также не позволил существенно удешевить себестоимость получаемого газа. Одним из недостатков КЦА систем оставалась их относительная невысокая надежность и значительные габариты, а значит невозможность их размещения на удаленных объектах и небольших производствах. В виду того, что на объектах нефтегазового комплекса требовались компактные автономные мобильные системы, позволяющие не только осуществлять быстрое развертывание системы на участке, но и обладающие способностью эксплуатироваться в самых жестких климатических условиях, системы на основе адсорбционных систем не получили распространения.
Прорыв в области технологий получения азота произошел в начале 1980-х годов, когда стали находить промышленное применение мембранные системы по производству азота из атмосферного воздуха. Обладая малыми габаритами и весом, минимальными требованиями к качеству подготовки воздуха, а также невосприимчивостью к тряске и ударам, комплексы на основе мембранных технологий быстро завоевали в экономически развитых странах широкое распространение. Из-за их высокой надежности и компактности все производимые в мире мобильные комплексы по получению азота производятся на базе мембранной газоразделительной технологии.
Принципиально схема метода может быть описана так. Нагнетаемый компрессором воздух поступает в газоразделительный блок, где происходит выделение азота. Газоразделительный блок состоит из мембранных картриджей, каждый из которых представляет собой полимерную мембрану в металлическом корпусе. Картридж компонуется из пучка полых синтетических волокон, которые позволяют разделять газовые смеси. Благодаря свойствам волокна газы, входящие в состав воздуха, проникают сквозь мембрану с разной скоростью. Вследствие этого происходит выделение азота из подаваемого под давлением воздуха, чистота производимого азота составляет от 90 до 99,9% и выше.
Вследствие отсутствия каких-либо движущихся частей мембранные комплексы по получению азота оказались исключительно надежными и неприхотливыми в использовании при малых габаритах и отсутствии эксплуатационных затрат. Эти и многие другие достоинства мембранных систем позволили наладить производство стационарных азотных установок и мобильных азотных станций, радикально отличающихся по своим технико-экономическим характеристикам от существовавших систем.
В России и странах СНГ эксплуатация подобных систем началась недавно. В первую очередь такая задержка была связана с дороговизной зарубежных аналогов и отсутствием гибкого подхода к требованиям заказчика.
Современные стационарные мембранные системы для получения газообразного азота, размещаемые на самых разных производствах от химических и нефтехимических до предприятий нефтегазового комплекса, а также азотные станции, обеспечивающие безопасность на удаленных объектах добычи и переработки нефти и газа, получили очень высокую оценку у эксплуатирующих организаций.
В нефтегазовом комплексе азот является обязательной составляющей многих технологических процессов. Азотные установки и станции применяется для обеспечения взрыво - и пожаробезопасности при транспортировке, перевалке, хранении углеводородов, также для испытания, продувки трубопроводов, очистки технологических емкостей от скопившихся взрывоопасных паров. Использование азота в нефтегазовом комплексе огромно, оно регламентируется несколькими категориями правил: «Правилами безопасности нефтяной и газовой промышленности» РД 08-200-98, «Правилами по эксплуатации ревизии, ремонту и отбраковке нефтепромысловых трубопроводов» РД 39-132-94, «Правила промышленной безопасности для нефтеперерабатывающих производств» ПБ 09-310-99, «Общие правила взрывобезопасности химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств» ПБ 09-170-97. Приведем выдержки из приведенных выше правил, касающихся регулирования применения инертных газовых сред при проведении ремонтных и регламентных работ.
Согласно требованиям к безопасному ведению работ при добыче, сборе и подготовке нефти, газа и газового конденсата при продувке технологических емкостей УКПГ содержание кислорода не должно превышать 1% (об.) Остаточное содержание кислорода после продувки оборудования и трубопроводов перед первоначальным пуском и после ремонта со вскрытием оборудования и трубопроводов не должно превышать 1% (об.) Перед регенерацией катализатора система реакторного блока должна быть освобождена от жидких нефтепродуктов и продута инертным газом до содержания горючих газов в системе не более 3% (об.)
В химической, нефтехимической промышленности азотные комплексы находят применение для очистки и защиты технологических емкостей в среде инертного газа с целью обеспечения пожаро - и взрывобезопасности. Также азотные системы используются при испытании систем трубопроводов, транспортировки химических веществ, регенерации катализаторов и в других технологических процессах. В лакокрасочном производстве азотные системы служат для создания флегматизирующей концентрации в технологических объемах. Комплексы по получения азота применяются также при упаковке продукции и для вытеснения кислорода с целью предотвращения полимеризации высыхающих масел.
Азотные установки представляют собой стационарные комплексы для производства газообразного азота. Установки позволяют получать азот 5 до 5000 нм3/ч при чистоте от 90 до 99.965%, т.е. позволяют получать как Азотан, так и технический азот 1 сорта, согласно НРБ 88-2001. Отметим, что в большинстве случаев уже 90% азот создает флегматизирующую концентрацию, т.е. надежно предохраняет от возгорания.
Азотан и технический азот при производстве азотными станциями оказываются наиболее дешевыми из газовых огнетушащих составов. Азотан обходится примерно в 30 коп./нм3 (кубический метр при нормальных условиях), а технический азот – около 1 р./нм3. Более широкое распространение этих составов пока сдерживается неразвитостью нормативной базы. В этом направлении ведется работа, готовятся дополнительные инструкции и документы.
Тем не менее, уже сейчас современные азотные установки на основе мембранной технологии находят все более широкое применение для предупреждения пожаров, создания огнетушащей и флегматизирующей концентраций путем вытеснения кислорода воздуха в целом ряде отраслей. Экономическая целесообразность использования азотных мембранных установок в нефтегазовой, химической, нефтехимической и др. отраслях на сегодняшний день не вызывает никаких сомнений. Применение азотных мембранных установок приводит к существенной экономии средств предприятий, и что самое важное – позволяет предотвратить пожары и возгорания на производстве.
