После всех этих лет в поле я пришел посмотретьрезервуары для хранения химикатовкак один из самых обманчиво сложных элементов оборудования на любом промышленном объекте. Они выглядят просто-на самом деле просто контейнер. Но его правильное определение, эксплуатация и обслуживание опираются на материаловедение, гидромеханику, коррозионную технику, контрольно-измерительные приборы и клубок правил по охране окружающей среды и безопасности, которые, кажется, умножаются с каждым годом.
Я видел резервуары, которые прослужили более двух десятилетий, лишь с регулярной заменой прокладок и периодической-подкраской покрытия. Я также видел резервуары, в которых в течение трех лет после установки образовались трещины под напряжением, из которых вытекали химикаты, которые стоили оператору не только продукта и штрафов, но и репутационного ущерба, на ремонт которого уходили годы.
Разница обычно заключается не в закупочной цене самого резервуара-, а в том, задавала ли команда инженеров правильные вопросы на этапе спецификации. Эта статья построена вокруг этих вопросов, взятых из проектов, над которыми я работал, и ошибок, которые я видел (и допустил).
Вопрос первый: что вы на самом деле храните?
Я знаю, это звучит очевидно, но я видел немало проектов, которые спотыкались об этом первом шаге.
Слово «химия» охватывает огромный диапазон:-от флокулянтов для питьевой-воды-до дымящей серной кислоты, от растительных масел при температуре окружающей среды до горячих щелочных растворов при 80 градусах, от полностью инертных рассолов до мономеров, полимеризующихся при контакте с воздухом. У каждого разные требования.
Мое правило простое: прежде чем что-либо указывать, получите полный химический профиль. Как минимум, вам нужно:
- Химический состав и концентрация-определяют совместимость материалов.
- Рабочая температура и температурный диапазон-Скорость коррозии примерно удваивается на каждые 10 градусов повышения.
- Удельный вес-определяет гидростатическую нагрузку на корпус резервуара.
- Давление паров-показывает, нужна ли вам конструкция, рассчитанная на давление-или просто дыхательный клапан.
- Профиль примесей-следовые примеси часто более агрессивны, чем основной компонент.
Я работал над проектом, в котором клиент хранил 98% серную кислоту в резервуаре из стеклопластика. На бумаге совместимость материалов выглядела нормально. Через шесть месяцев эксплуатации стенки резервуара начали размягчаться. В ходе расследования была выявлена проблема с отслеживанием загрязнения хлоридами в кислоте.- В паспорте поставщика по коррозии указана «чистая серная кислота», но не упоминается взаимодействие хлоридов, и никто не уловил деталей во время спецификации.
Вопрос второй: какой материал следует использовать?
Выбор материала для резервуаров для хранения химикатов — одна из тех тем, по которой у каждого есть свое мнение, и немногие с ним согласны. «Нержавеющая сталь лучше», — говорят некоторые. «FRP дает вам максимальную отдачу от вложенных средств», — утверждают другие. «Углеродистая сталь с гильзой — единственный надежный подход», — настаивает третья группа. Каждая точка зрения имеет свои достоинства, но ни одна не рассказывает всю историю.
Вот моя разбивка, основанная на том, что я действительно видел в полевых условиях:
Углеродистая сталь с внутренней футеровкой
Это классическая комбинация в хранении химикатов. Сталь обеспечивает структурную прочность; облицовка-резиной, полиэтиленом, ПВДФ или стеклом,-сплавленным-с-сталью-обеспечивает защиту от коррозии. Стоимость является управляемой, а спектр применения широк. Обратной стороной является то, что при повреждении футеровки подложка из углеродистой стали быстро подвергается коррозии, а ремонт обычно требует вывода резервуара из эксплуатации, слива воды, очистки, шлифовки и нанесения нового покрытия- — длительный и дорогостоящий процесс. Я видел один проект, в котором после пяти лет эксплуатации в резервуаре с резиновой-футеровкой на сварном шве образовалась микротрещина. Кислота просочилась, и через три месяца стальная пластина под ней была перфорирована.
Нержавеющая сталь
304 и 316 – это марки, известные большинству людей, но для хранения химикатов часто требуются более высокие сплавы-904L, 2205 дуплекс или 6 % молибденовые супер-аустенитные сплавы. Большим преимуществом является то, что нержавеющая сталь не требует отдельной облицовки; пассивный оксидный слой самовосстанавливается-пока содержание хлоридов и температура остаются в допустимых пределах. Но стоимость в несколько раз выше, чем у углеродистой стали, и если вы ошибетесь в марке, -скажем, 304 в хлориде-содержащей среде, точечная коррозия может развиваться быстрее, чем равномерная коррозия углеродистой стали.
Пластик, армированный стекловолокном-(FRP)
FRP занимает золотую середину: умеренные температуры, умеренная коррозионная активность. Преимуществами являются бесшовная конструкция, гладкая внутренняя поверхность и хорошая коррозионная стойкость. К недостаткам можно отнести значительную потерю прочности выше 80 градусов и качество, которое сильно зависит от ручной укладки.-два танка из одного цеха могут иметь заметно разные характеристики.
Полиэтилен высокой-плотности (HDPE)
Для хранения неокисляющих химикатов при-температуре и атмосферном{1}}давлении HDPE трудно превзойти по стоимости. Он устойчив к большинству кислот, оснований и растворов солей. Но он не выдерживает высоких температур (обычно не выше 60 градусов), имеет плохую устойчивость к органическим растворителям, а при пожаре резервуар из ПНД расплавится и разрушится, выделяя токсичный дым.
Вопрос третий: атмосферное или давление-номинальное?
Это один из тех вопросов, который все время недооценивают. Многие химикаты имеют низкое давление паров при комнатной температуре, поэтому вполне достаточно атмосферного резервуара. Но добавим летнюю жару,танкдыхание и сжатие свободного пространства во время наполнения, а фактическое давление может быть значительно выше окружающего.
Я помню случай, когда клиент хранил умеренно летучий растворитель с давлением пара всего 0,5 кПа при комнатной температуре. Они использовали атмосферный бак со стандартным вентиляционным отверстием. В летний день при температуре 38 градусов давление пара внутри поднялось до 8 кПа. Вентиляционное отверстие не выдержало, и крыша вздулась-к счастью, не разорвавшись, но корпус был необратимо деформирован.
После этого проекта я относился к слову «атмосферно» с осторожностью. Для любого химического вещества с давлением паров выше 1 кПа я рекомендую либо конструкцию, рассчитанную на давление-, либо, как минимум, просторные дыхательные клапаны и устройства аварийного сброса. API 620 охватывает давление до 15 фунтов на квадратный дюйм (приблизительно 103 кПа); выше этого вы находитесь на территории Раздела VIII ASME.
Вопрос четвертый: Какой стандарт проектирования применяется?
Проектирование и изготовление резервуаров для хранения химических веществ основано на нескольких стандартах, и выбор часто обусловлен не столько техническими предпочтениями, сколько нормативными требованиями на месте установки.
В США API 650 и API 620 – это стандарты-для хранения при атмосферном и-низком давлении. Раздел VIII ASME охватывает сосуды под давлением. Для резервуаров меньшего размера часто используют UL 142. В Европе стандарт EN 13445 обеспечивает основу. Глобально согласованная система ООН (GHS) в первую очередь касается классификации и маркировки, но также влияет на выбор резервуаров и обозначений.
Вот сложность, с которой я сталкивался не раз: многонациональные проекты, в которых владелец указывает стандарты США, но производство происходит в Китае-"разработано по API, построено в Китае". В этом сценарии код проектирования и код производителя должны быть согласованы. Резервуар, спроектированный по стандарту API 650, построенный в Китае, по-прежнему должен соответствовать китайским требованиям к квалификации сварщиков, процедурам неразрушающего контроля и повторным испытаниям материалов. Для устранения разрывов между стандартами требуется опытный инженер; в противном случае вы получите конфликты типа «Проектирование API, китайская проверка», которые могут затормозить проект на несколько недель.
Я работал над проектом, конструкция которого соответствовала стандарту API 650, но производственная группа привыкла к GB 50341, китайскому стандарту для вертикальных цилиндрических стальных резервуаров для хранения. Эти два стандарта различаются расчетами толщины стенок, коэффициентами сварных соединений и частотой выборки неразрушающего контроля. Только проверка чертежей заняла больше месяца, и нам пришлось привлечь стороннего-консультанта для проведения параллельного--сравнения, прежде чем мы смогли найти решение, удовлетворяющее обеим платформам.
Вопрос пятый: Что произойдет, если произойдет утечка?
Вопрос, который никто не любит задавать,-потому что он признает возможность неудачи. Но инженерное дело не опирается на надежду; нам приходится иметь дело с вопросом «а что, если».
При хранении химикатов вторичная защитная оболочка требует серьезного рассмотрения. При надземных установках вокруг резервуарного парка обычно используются бетонные дамбы, размер которых позволяет вместить не менее 110% объема самого большого резервуара (125% в некоторых юрисдикциях). Пол дамбы должен иметь защитное покрытие, дренажную траншею и сборную яму с перекачивающим насосом, чтобы любой выброшенный химикат можно было быстро переместить в аварийный резервуар или систему очистки.
Подземные резервуары-менее распространены на химических заводах, но все же существуют.-обычно имеют конструкцию с двойными-стенками и датчиками обнаружения утечек в промежуточном пространстве. Если внутренняя стенка прорывается, выброс задерживается в кольцевом пространстве и вызывает сигнал тревоги до того, как какое-либо загрязнение достигнет почвы.
Я работал над прекрасным химическим проектом, владелец которого серьезно относился к вторичной защите.-У каждой дамбы резервуара был свой собственный датчик уровня, подключенный к центральной системе сигнализации диспетчерской. Через три года эксплуатации в резервуаре с кислотным промежуточным продуктом образовалась микротрещина в нижнем сварном шве. В дамбу просочилось небольшое количество кислоты. Датчик подал сигнал тревоги, когда уровень жидкости поднялся всего на 2 мм. Оперативная группа перенесла содержимое и очистила дамбу за 20 минут. Фактическими потерями в результате этого инцидента, если бы там не было датчика, скорее всего, стал бы полный бак материала, бетон, поврежденный кислотной атакой, и расследование агентства по охране окружающей среды.
Вопрос шестой: кто его поддерживает и как?
Обслуживание резервуаров для хранения химикатов – это не ракетостроение, но разница между хорошим и плохим полностью кроется в деталях.
Вот базовый контрольный список технического обслуживания, который я разработал на протяжении многих лет и который применим к большинству химических резервуаров:
- Еженедельно-Визуальный осмотр внешней части корпуса, трубных соединений, фланцев, клапанов и дамбы. На что обращать внимание: потеки, изменение цвета, пятна ржавчины, вздутия на покрытии, ослабленные болты.
- Ежемесячно-Проверяйте приборы и сигналы тревоги. Дыхательные клапаны работают свободно? Указатель уровня точен? Датчики температуры считывают показания правильно?
- Ежеквартально-Проверьте катодную защиту, если она установлена. Измерьте потенциалы и сравните с предыдущими показаниями; ищите тенденции к снижению.
- Ежегодная-ультразвуковая проверка толщины в выбранных точках сетки на корпусе и нижней пластине. Сравните оставшуюся толщину с расчетными значениями; рассчитать скорость коррозии.
- Каждые 3-5 лет-Внутренняя проверка. Слейте воду, очистите и проветрите резервуар; сертифицированный инспектор входит для проверки нижней пластины, корпуса, крыши и сварных швов. Внутренний контроль обнаруживает вещи, которые упускает из виду UT, в частности, коррозионное растрескивание под напряжением в зонах термического влияния сварных швов.
- Подкладка/покрытие-При необходимости. Устраните ранние признаки ухудшения качества-меление, растрескивание, растекание ржавчины по краям-до того, как поломка станет широко распространенной.
- Я помню начальника технического обслуживания на одном объекте, который был известен своей одержимостью. Каждое утро он ходил по нефтебазе с маленьким блокнотом и записывал любую «аномалию»-даже пятнышко ржавчины на одном болте. Люди думали, что он переборщил. Но пять лет спустя на этом объекте не произошло ни одной утечки. Когда другие заводы посылали людей учиться у них, он резюмировал это так, как я никогда не забывал: «Нет никакого секрета. Я просто смотрю на них каждый день».
Умный мониторинг: инструмент, а не замена
За последнее десятилетие технология Интернета вещей получила все большее распространение при мониторинге резервуаров с химическими веществами,-датчиках уровня, датчиках температуры, датчиках давления и даже мониторинге акустической эмиссии. Затраты снизились, а возможности значительно расширились.
Это хорошо. Но я хочу предостеречь: интеллектуальные системы мониторинга — это инструменты, а не замена человеческого суждения.
Я видел проект, в котором владелец вложил значительные средства в комплексную систему мониторинга Интернета вещей, а затем решил сократить количество ручных проверок с ежедневных до еженедельных,-полагая, что система уловит что-нибудь важное. Затем однажды датчик зафиксировал аномальное значение уровня. Оператор взглянул на это в диспетчерской, счел это дрейфом датчика и ничего не предпринял. Два дня спустя в зоне резервуара появился сильный химический запах-, несколько сотен литров вытекло через нижний шов.
Расследование пришло к выводу, что датчик был точным. Проблема заключалась в чрезмерной-зависимости операционной группы от системы и недостаточном обучении реагированию. У них вошло в привычку игнорировать сигналы тревоги как «ложные срабатывания» без надлежащего протокола проверки.
Сегодня моя рекомендация клиентам проста: обязательно установите интеллектуальную систему мониторинга, но не уменьшайте частоту ручных проверок. Система помогает вам осуществлять мониторинг 24 часа в сутки, 7 дней в неделю, но требуется человеческий опыт, чтобы решить, является ли аномалия ложной тревогой или реальной угрозой.
Вывод: отбор — это не конец-Это начало
Пока я писал эту статью, я все время возвращался к одному вопросу: если бы я мог дать хотя бы один совет кому-то, работающему над проектом резервуара для хранения химикатов, какой бы это был?
После долгих раздумий вот мой ответ: не рассматривайте этот проект как «покупку танка».
Выбор резервуара для хранения химикатов – это не просто пролистывание каталога поставщиков, сравнение цен и размещение заказа. Это работа по системному проектированию,-начинающаяся с тщательного анализа свойств химического вещества, заканчивающаяся выбором материалов, определением норм проектирования, контролем качества изготовления, монтажом и вводом в эксплуатацию, а затем продолжающаяся десятилетиями оперативного управления.
Во всех проектах, которые я видел успешными, танк рассматривался как неотъемлемая часть производственной системы, а не просто «место для хранения вещей». В этих проектах инженер по спецификациям и эксплуатационная группа садились вместе и обсуждали каждый сценарий,-как материал будет поступать и выходить? Как мы будем его чистить? Как мы будем его проверять? Как мы его отремонтируем? Что произойдет, если он протечет? Как только вы проработаете все это, выбранный вами резервуар действительно будет работать хорошо.
Балансовая стоимость резервуара для хранения химикатов может составлять 20 или 30 лет. Но реальный срок его службы зависит от того, насколько продуманно вы вложите его на этапе спецификации. Резервуар, который был правильно выбран, будет надежно работать и через 30 лет. Резервуар, выбранный случайно, может стать самой большой проблемой безопасности завода до пяти лет.
Я написал эту статью, чтобы поделиться некоторыми мыслями, накопленными мной за эти годы, в надежде, что она поможет людям, выполняющим эту работу, избежать некоторых ошибок, с которыми я столкнулся. Если вы найдете что-то из этого полезным, значит, оно того стоило.