Kuinka suojata raakaöljysäiliöt ylipaineilta ja ylikuumenemilta: Turvatoimet ja niiden rooli

Raakaöljysäiliöiden turvallisuus on ensiarvoisen tärkeää tuotantoprosessissa. Erityisesti on huolehdittava, että säiliöiden ylipaineet ja alipaineet estetään tehokkaasti. Tällöin käytetään oikean kokoista ilmanvaihtojärjestelmää, joka voi estää säiliön vaurioitumisen tai vaaratilanteet. Ylipaineen estämiseen on olemassa useita turvamekanismeja, kuten PSH (Pressure Safety High) -anturi, joka katkaisee säiliön sisäänvirtausputken heti, kun ylipaine muodostuu. Tämä suojaa säiliötä ja estää vaurioitumisen. Alipaineen muodostuessa PSL (Pressure Safety Low) -anturi havaitsee sen ja katkaisee sisäänvirtausputken, jolloin estetään säiliön mahdollinen vaurioituminen.

Jos säiliössä ilmenee vuoto, jolloin paine laskee riittävästi, PSL-anturi tunnistaa tämän ja katkaisee sisäänvirtausputken. Mikäli PSH-anturi ei toimi, PSV (Pressure Safety Valve) hoitaa tehtävän ja vapauttaa paineen säiliöstä. Tämä turvatoimi varmistaa, että säiliö ei mene rikki. Ylimääräinen suojausmekanismi on tärkeä erityisesti silloin, jos säiliön suunnittelussa on käytetty paineenkestäviä rakenteita, jotka eivät ole alttiita sisäiselle paineelle.

Raakaöljysäiliön täyttymisen estämiseksi ja mahdollisten ylivuotojen estämiseksi on tärkeää käyttää LSH (Liquid Safety High) -anturia. Tämä anturi katkaisee sisäänvirtausputken silloin, kun öljyn määrä säiliössä ylittää asetetun tason. Jos säiliössä on upotettu lämmityselementti, joka voi kestää ylikuumenemista, LSL (Liquid Safety Low) -anturi tulee asentaa. Tällöin estetään ylivuoto ja vuotojen syntyminen, ja ne voidaan välttää tehokkaasti. Mikäli säiliössä ei ole automaattista nesteen tasoa ylläpitävää järjestelmää, tällöin on suositeltavaa käyttää vuodon keräys- ja tyhjennysjärjestelmää, joka poistaa vuotavan nesteen säiliöstä.

Säiliön turvallisuutta tulee tarkastella myös ylikuumenemisen estämisen näkökulmasta. Jos säiliö tarvitsee lämmitystä, TSH (Temperature Safety High) -anturi tulee asentaa, jotta se katkaisee lämmönlähteen, jos nesteen lämpötila nousee liialliseksi. Tällöin estetään ylikuumenemisen ja mahdollisten vaaratilanteiden syntyminen. Lämpötila-antureita tulee asentaa huolellisesti, ja niiden tulee olla helposti käytettävissä huoltoja varten.

Kompressoreiden osalta, joita käytetään kaasujen kuljettamiseen tuotantoprosessissa, on tärkeää varmistaa, että ne ovat suojattuja mekaanisilta vaurioilta. Kompressoreihin tulee asentaa PSH- ja PSL-antureita, jotka suojaavat kompressorin sisääntulo- ja poistoputkia ylipaineelta ja alipaineelta. Jos kompressori on kineettinen laite, joka ei voi tuottaa paineita, jotka ylittävät sallitut arvot, PSV (Pressure Safety Valve) ei välttämättä ole tarpeen. Lisäksi kompressoreihin tulee asentaa virtauksen turvalaitteet, kuten takaisinvirtauksen estävät venttiilit (FSV), jotka estävät mahdolliset vaaratilanteet.

Mikäli kompressori asennetaan huonosti tuuletettuun tilaan, tulee sen läheisyyteen asentaa kaasuvuodon havaitsemislaitteet (ASH), jotka varmistavat, että kaikki prosessin sisäänvirtausputket ja polttoainekaasuputket katkaistaan ja kompressori tuuletetaan. Lämpötilasensorit (TSH) suojaavat kompressorin sylintereitä ja koteloita ylikuumenemiselta.

Miksi turvaventtiilit ovat kriittisiä painejärjestelmissä ja miten ne asennetaan oikein?

Turvaventtiilien toiminta perustuu yksinkertaiseen periaatteeseen: järjestelmän paine ylittää pilotin venttiilin jousivoiman, jolloin venttiili avautuu ja kuula sulkee pilotin venttiilin ilmansyötön. Tämä johtaa pääventtiilin kammiosta paineen vapautumiseen pilotin venttiilin kautta. Koska järjestelmän paine on korkeampi kuin takasäätöpaine, kuula sulkee ilmansyötön estäen nesteen virtauksen pilotin venttiilissä. Tällöin pääventtiilissä oleva paine laskee jyrkästi, ja pääventtiililevy avautuu kokonaan, jolloin neste vapautuu pääventtiilin kautta ja paine laskee. Kun nesteen purkautuminen jatkuu, järjestelmän paine laskee asteittain. Pilotin venttiilin jousivoima voittaa shuttle-kuulan reaktiovoiman, jolloin kuula liikkuu alaspäin, ja neste pääsee taas pääventtiilikammioon pilotin venttiilin kautta. Tämän seurauksena pääventtiililevy liikkuu alaspäin ja pääventtiili sulkeutuu.

Turvaventtiilit on suunniteltu puhtaille, hiukkasvapaalle, matalan viskositeetin nesteille. Niitä käytetään erityisesti paineenlievityslaitteissa, joissa tavanomaiset venttiilit eivät riitä. Jos turvallisuuspaineenlievityslaitteet eivät ole riittäviä, rikkoutumiskiekot tai turvaventtiilit on asennettava sarjaan rikkoutumiskiekon kanssa. Turvaventtiilin asennus on pakollista monilla teollisuuden aloilla, erityisesti paineastioiden, lämmönvaihtimien ja kompressorien yhteydessä.

Paineastiat

Paineastioiden osalta turvaventtiilin asentaminen on pakollista kaikille itsenäisille painejärjestelmille. Kun turvaventtiiliä käytetään suojaamaan useita paineastioita, on varmistettava, että astioiden, lämmönvaihtimien ja tornien välissä ei ole venttiilejä, säädettäväventtiilejä tai muita laitteita, jotka voivat irrottaa laitteen ja turvaventtiilin välisen yhteyden. Putkien koko on oltava riittävä paineenlievitystarpeiden täyttämiseksi. Jos astia on liitetty lämmönvaihtimeen, lämmönvaihtimen putkistoon asennettavat katkaisuventtiilit on suljettava tiiviisti ja pidettävä avoinna normaalikäytössä.

Lämmönvaihtimet

Kompressorit ja pumpit

Kompressoreiden ja pumppujen turvaventtiilitarpeet vaihtelevat laitteiden tyypin ja käytön mukaan. Esimerkiksi, jos reciprocating-pumpun ulostulon venttiili sulkeutuu ja järjestelmässä on riski ylipaineesta, turvaventtiili on asennettava suojaamaan pumppua. Tämä pätee erityisesti, kun pumpun ulostulon paine voi ylittää pumpun rakenteen keston, ja turvaventtiilin säädön tulee olla vähintään pumpun maksimaalisen sallitun työpaineen rajoissa.

Putkistojärjestelmät

Putkistojärjestelmissä ei yleensä tarvitse huolehtia nesteen lämpölaajenemisen aiheuttamasta ylipaineesta. Kuitenkin, jos putkistojen lämpötila laskee huoneenlämmön alapuolelle ja venttiilit molemmissa päissä saattavat sulkeutua, ja jos nesteen höyrypaine voi ylittää putkiston sallitun maksimaalisen työpaineen, turvaventtiili on tarpeen. Samoin putkistojen suojaamiseksi tarvitaan turvaventtiili, jos putken pituus ylittää 30 metriä ja halkaisija on 200 mm tai suurempi.

Turvaventtiilin purkautumispaine

Turvaventtiilin purkautumispaineen asettaminen on tärkeää turvallisuuden varmistamiseksi. Paineen lievitykselle asetettavat rajat määräytyvät laitteen tyyppien ja käyttöolosuhteiden mukaan. Esimerkiksi paineastioissa turvaventtiilin ei tulisi purkautua normaaliolosuhteissa yli 10% korkeammalla paineella kuin laitteen suunnittelupaine. Tulipalon aikana tämä raja voi nousta jopa 21%:iin. On myös huomattava, että turvaventtiilit voivat alkaa vuotaa jopa 90%:n säädetystä paineesta, joten liian korkeiden hälytyspaineiden asettaminen voi johtaa virheellisiin toimintoihin.

Kun turvaventtiiliä säädetään, sen ei tule olla liian matala, koska liian alhainen säädöspaine voi aiheuttaa mikrovuotoja ja johtaa venttiilin tukkeutumiseen, mikä puolestaan saattaa estää venttiiliä avaamasta oikealla hetkellä ja johtaa ylipaineonnettomuuteen.

Tämä kokonaisuus on tärkeä osa turvallisuusjärjestelmiä, joissa paineet voivat muuttua nopeasti ja vaarantaa laitteiston ja ympäristön turvallisuuden. Järjestelmän tehokas ja oikea asennus vaatii huolellista suunnittelua ja oikeanlaisia valvontamekanismeja, jotta ylipaineen riski voidaan minimoida.

Miten mitata ja laskea turvallisuusventtiilin mitoitus eri purkaustilanteissa?

Kun purkaus sisältää kaasu- ja nestefaaseja samanaikaisesti, suoritetaan erilliset laskelmat kummallekin virtausosalle. Kaasun ja nesteen vaatimat aukon pinta-alat lasketaan erikseen ja lopuksi yhdistetään, mikä takaa venttiilin kokonaismitoituksen oikeellisuuden.

Tulipalotilanteessa purkausventtiilin mitoitus perustuu joko kaasun laajenemiseen tai nesteen höyrystymiseen. Lämmön absorptio lasketaan kaavalla, jossa on mukana ympäristötekijä, märkä pinta-ala ja tulipalotilanteeseen soveltuva kerroin. Ympäristötekijä vaihtelee laitteen tyypin ja eristyksen mukaan, esimerkiksi maanalaisissa säiliöissä se on lähes nolla, kun taas paljaan säiliön arvo on yksi. Venttiilin aukon halkaisija lasketaan palavan tilan kaavoilla, joissa huomioidaan muun muassa säiliön palava pinta-ala, venttiilin aukioloaika sekä paineet ja lämpötilat. Maksimilämpötila säiliön seinämälle on useimmiten rajoitettu hiiliteräksessä noin 593 °C.

Tulipalotilanteessa vapautuvan virtauksen määrä ei riipu pelkästään lämmön absorptiosta, vaan myös nesteen ja höyryn koostumuksesta ja niiden dynaamisesta muuttumisesta ajan myötä. Tämä tekee perinteisestä staattisesta laskennasta haastavaa ja usein riittämätöntä. Monikomponenttisille seoksille, joilla on laaja kiehumispisteiden vaihtelu, voidaan käyttää ajasta riippuvaa mallia, joka simuloi virtauksen muutoksia. Esimerkiksi HYSYS-dynaaminen simulointi mahdollistaa turvallisuusventtiilin vapautusmäärän ja purkausvirtauksen ominaisuuksien tarkastelun eri olosuhteissa, kuten tulipalotilanteessa.

Simulointiohjelmilla, kuten HYSYS, voidaan luoda turvallisuusanalyysimalli, jossa asetetaan eri ylipainetilanteita ja yhdistetään ne venttiilin mitoitukseen. Näin varmistetaan venttiilin mitoitus oikeaksi niin prosessihäiriöiden kuin tulipalon aiheuttamien ylipaineidenkin varalta. Käyttöliittymästä voidaan helposti lisätä venttiili, määritellä sen yhteydet prosessiin ja asettaa venttiilin toiminta- ja mitoitusparametrit. Turvallisuusventtiilin asetuspaine tulee yleensä valitun laitteen suunnittelupaineen mukaiseksi, mutta sitä voidaan säätää myös käyttäjän toimesta.

Lisäksi on huomattava, että venttiilin mitoituksen dynaaminen luonne korostuu erityisesti monikomponenttisissa järjestelmissä ja tulipalotilanteissa, joissa perinteiset staattiset laskentamenetelmät eivät pysty täysin kuvaamaan todellisia purkaustilanteita. Dynaamisen mallinnuksen avulla voidaan ennakoida venttiilin käyttäytymistä tarkemmin, mikä on kriittistä turvallisuuden ja laitteiston eheysvaatimusten täyttämiseksi.

Kuinka suunnitella ja mitata paineenpoistorakenteet ja kaasu- ja neste-erotuksen järjestelmät?

Paineenpoistojärjestelmät, erityisesti ne, jotka liittyvät nesteiden ja kaasujen erotukseen, vaativat tarkkaa suunnittelua ja analyysiä eri tekijöiden osalta. Yksi tärkeimmistä haasteista on poistaa tehokkaasti nesteet kaasujen virrasta estäen niiden pääsy turbiineihin, polttimien kärkiin ja muihin kriittisiin alueisiin. Tällöin otetaan huomioon eri elementtien suunnittelun ja toiminnan optimoiminen, kuten paineenpoistoventtiilit ja erottimet, kuten flare knockout -säiliöt. Näiden komponenttien vuotojen ja vikaantumisten estäminen on elintärkeää prosessien turvallisuuden ja tehokkuuden kannalta.

Paineenpoistoputkistojen suunnittelu vaatii huolellista tarkastelua, erityisesti lämpöjännityksen ja mekaanisten rasitusten osalta, jotka voivat vaikuttaa paineenpoistoventtiiliin ja sen sisääntuloputkistoon. Jos poistojohtoa ei ole erikseen tuettu, se voi aiheuttaa liiallista rasitusta paineenpoistoventtiilille ja sen sisäputkelle. Putkiston pakotettu asento voi myös synnyttää samanlaista stressiä, ja nämä seikat on huomioitava tarkasti, sillä ne voivat johtaa laitteistovaurioihin. Yleensä putkistoon kohdistuvat muodonmuutokset, jotka ovat riittäviä mekaanisen vian aiheuttamiseksi, ilmenevät yleensä ensin sisääntuloputkistossa. Vaikka pieni vääntö voi vaikuttaa rakenteellisiin vaurioihin, voi se myös aiheuttaa vakavia vuotoja paineenpoistoventtiilissä. Paineenpoistoventtiilin toiminnan aikana syntyy myös reaktiovoimia, jotka voivat rasittaa käsittelyputkistoa, erityisesti jos nämä voimat ovat voimakkaita tai äkillisiä.

Putkistojen suunnittelussa tulee ottaa huomioon myös eri tekijöiden, kuten lämpölaajenemisen, kaksivaiheisen virtauksen ja nestepluggien, vaikutukset. Lisäksi kaasuputkistojen värähtelyväsymys ja mahdolliset jäähdytysominaisuudet kylmien aineiden käsittelyssä vaativat huolellista tarkastelua. Näiden tekijöiden optimointi estää tarpeettoman ylikokoisen suunnittelun, joka voisi johtaa korkeisiin kustannuksiin. Tällöin suunnittelussa tulisi käyttää käytännön arvioita, kuten suurimman mahdollisen lämpötilan ja paineen perusteella määritettyjä arvoja.

Flare knockout -säiliöiden suunnittelussa tulee ottaa huomioon monet tekijät, kuten kaasun virtausnopeus, vaadittu nestetilavuus ja flare-järjestelmän kaltevuus. Yleisesti ottaen suuremman halkaisijan flare knockout -säiliöt käyttävät kaksivaiheista järjestelmää. Tämäntyyppiset erottimet estävät nestekondensaattien pääsyn flare-polttimelle ja estävät siten tulipalon mahdollisuuden. Käytännössä on tärkeää valita oikeanlainen malli, joka mahdollistaa optimaalisen kaasun ja nesteen erottelun erityisesti silloin, kun kaasussa esiintyy suuri määrä nestemäisiä pisaroita.

Flare knockout -säiliöissä käytettävät nestekeräysalustat ovat olennainen osa nesteen poistoa. Näiden keräysastioiden koon ja asennuksen on oltava tarkasti määriteltyjä, jotta ne voivat käsitellä suurimman mahdollisen nestemäärän. Tämä estää nestettä pääsemästä polttimeen, mikä voisi johtaa tulipaloon ja muihin vaaratilanteisiin.

Kun suunnitellaan paineenpoistojärjestelmiä ja niiden osia, kuten flare knockout -säiliöitä, on ensiarvoisen tärkeää tehdä taloudellisia vertailuja ja huolehtia siitä, että kaikki rakenteet täyttävät asiaankuuluvat turvallisuusvaatimukset ja standardit. Näihin kuuluvat muun muassa ISO- ja API-standardit, jotka määrittävät tarkasti, kuinka suuria paineita ja lämpötiloja voidaan käsitellä turvallisesti.

Mikä on kaasun palautusjärjestelmän turvallisuus ja ympäristövaikutukset?

Kaasun palautusjärjestelmä on suunniteltu siten, että se mahdollistaa polttimen kaasun turvallisen palautuksen, samalla säilyttäen polttimen järjestelmän turvallisuuden. Tässä prosessissa on useita tärkeitä toimenpiteitä, jotka varmistavat polttimen kaasun palautuksen tehokkuuden ja turvallisuuden. Ensimmäinen tärkeä toimenpide on, että tyypillinen polttimen kaasun palautusjärjestelmä sijaitsee polttimen päämanifooldin alapuolella, ja sen yhteyteen liitetään kaikki laitteiston manifooldit. Tämä asettelu varmistaa, että paine säilyy tasaisena ja kuorman vaihtelut eivät vaikuta palautusprosessiin.

Polttimen kaasu saattaa sisältää happea, ja jos hapen määrä ylittää tietyn rajan, kaasusta voi muodostua räjähdysherkkä seos. Räjähdysten estämiseksi on tärkeää asentaa jatkuva hapen analysointilaite kompressorin sisääntulojohtoon. Tämän analysointilaitteen tehtävänä on varoittaa, jos hapen määrä ylittää turvallisen tason, ja tällöin kompressori pysäytetään automaattisesti. Tämän lisäksi on suositeltavaa asentaa tilapäinen näytteenottopiste, jotta voidaan tarkistaa hapen analysointilaitteen tarkkuus ja varmistaa sen toimivuus.

Toinen tärkeä turvallisuusmittari on vesitiivistysastia, joka tulee sijoittaa polttimen manifoilin eteen. Tämä estää polttimen takaiskut ja toimii myös paineen säätelylaitteena palautusjärjestelmässä. Lisäksi polttimen kaasutiivisteen typpitäyttöpiste (molekyylitiiviste tai neste tiiviste) tulee siirtää vesitiivistysastian jälkeen. Tämä varmistaa, että kaasun palautus ei sisällä suuria määriä typpeä, joka voisi häiritä polttimen toimivuutta.

Polttimen kaasun palautusjärjestelmän suunnittelussa on myös tärkeää huomioida, että järjestelmä tulee rakentaa ohituksena polttimen manifoildilta. Polttimen kaasun päävirta ei saa kulkea kompressorin erotus- tai sisääntulojohtojen kautta. Polttimen kaasun palautusjärjestelmän liitäntäputken tulisi olla sijoitettu polttimen putkistoon yläosaan, jotta estetään nesteen pääsy järjestelmään. Koska polttimessa kulkevan kaasun mukana voi olla suuria määriä nestettä, kompressoriin on asennettava nesteen erotusastia, joka automaattisesti sammuttaa kompressorin, jos erotusastian nesteen taso nousee liian korkeaksi.

Järjestelmän täytyy myös ylläpitää positiivista painetta, ja on tärkeää, että polttimen kaasun palautusjärjestelmään ei pääse ilmaa polttimesta. Kompressoreissa tulee olla luotettavat matalan sisääntulopaineen sulkuohjaimet, ja lisäinstrumentteja tulisi asentaa polttimen ja kompressorin sisääntulon väliin estämään takaisinvirtaus. Lisäksi kompressorin sisään ja ulosvirtauspaineiden säätelyllä varmistetaan, että järjestelmä ei tyhjenny vaarallisesti.

Kaikki polttimen kaasun palautusjärjestelmän mittaus- ja sähköiset laitteet tulee olla suojattu räjähdyksiltä, ja mahdollisten syttymisvaara-alueiden suojaamiseksi tulee asentaa kaasuvuotojen havaitsemislaitteet. Kompressorin yksikön kaasuneste-erotusastiaan tulee asentaa turvaventtiili, joka purkautuu, jos paine ylittää asetetun arvon. Tällöin polttoainekaasu johdetaan takaisin polttimen järjestelmään. Kylmissä ja kosteissa olosuhteissa kompressoriyksikölle tulee varata suojattu tila tai sateenvarjo, joka helpottaa laitteiden käyttöä ja huoltoa sekä pidentää niiden käyttöikää.

Kaiken kaikkiaan polttimen kaasun palautusjärjestelmässä on tärkeää huomioida monia turvallisuus- ja ympäristönsuojelullisia näkökohtia. Varmistamalla, että kaikki toimenpiteet on toteutettu oikein, voidaan saavuttaa tehokas ja turvallinen kaasun palautusprosessi, joka suojelee sekä ympäristöä että tuotantolaitoksen turvallisuutta.