Анализ риска утечки низкотемпературных резервуаров для хранения жидкости

Низкотемпературные резервуары для хранения жидкости, такие как те, которые используются для СПГ, СНГ и жидкого азота, работают в экстремальных криогенных условиях. Утечка из этих резервуаров создает значительные риски для безопасности, окружающей среды и экономики. Всеобъемлющий анализ риска утечки имеет важное значение для разработки превентивных мер и обеспечения безопасной эксплуатации.

1. Потенциальные источники утечки

Материальные и конструктивные дефекты: криогенные стали и никельовые сплавы могут испытывать микротрещины, дефекты сварки или хрупкость материала при низких температурах, что может привести к утечке под давлением. Неправильно изготовленные сварки или неисправная тепловая обработка усугубляют этот риск.

Уплотнители и сопла: фланцевые соединения, уплотнения, клапаны и сопла являются потенциальными слабыми точками. Дифференциальное тепловое сжатие между компонентами резервуара может поставить под угрозу эффективность герметизации.

Коррозия и эрозия: внутренняя коррозия от примесей в хранящихся жидкостях или внешняя коррозия из-за факторов окружающей среды может привести к разрежению стен и возможной утечке. Эрозия на высокоскоростных входах/выходах также может создать локальное разбавление.

Эксплуатационные факторы: Переполнение, всплески давления, тепловый цикл и внезапные колебания температуры могут вызвать напряжение за пределы конструкции, вызывая трещины или сбой уплотнения.

Механическое повреждение: случайные удары во время транспортировки, обслуживания или установки могут поставить под угрозу целостность конструкции, приводя к потенциальной утечке.

2. Методы оценки рисков

Анализ режима сбоев и последствий (FMEA): определяет возможные точки сбоев, оценивает их тяжесть, возникновение и обнаруженность, а также определяет приоритеты стратегий смягчения риска.

Анализ конечных элементов (FEA): имитирует тепловые напряжения, нагрузки давления и механические удары для предсказания потенциальных точек инициирования трещин или деформации.

Системы обнаружения утечки: непрерывный мониторинг с помощью датчиков давления, измерителей уровня жидкости и детекторов газа помогает выявлять ранние признаки утечки. Автоматизированные системы сигнализации позволяют быстро реагировать.

Оценка вероятностного риска (PRA): Оценивает вероятность и последствия сценариев сбоя цистерны, интегрируя статистические данные о свойствах материала, эксплуатационных условиях и исторических инцидентах.

3. Профилактические меры

Выбор материала: Используйте криогенносовместимые стали (например, 9% Ni, аустенитная нержавеющая сталь) с проверенной прочностью при низких температурах.

Контроль качества сварки: применять строгие процедуры сварки, нерушительное испытание и термообработку после сварки для устранения дефектов.

Правильная конструкция: Включение теплового расширения, защиты от передавления и избыточных систем уплотнения.

Техническое обслуживание и осмотр: регулярное ультразвуковое испытание, рентгенография и визуальная проверка стен бака, сваров и фитингов.

Утечка в низкотемпературных резервуарах для хранения жидкости может быть вызвана материальными, структурными, эксплуатационными или экологическими факторами. Систематическая оценка рисков, правильный выбор материалов, высококачественное изготовление и непрерывный мониторинг имеют важное значение для минимизации рисков утечки и обеспечения безопасной долгосрочной эксплуатации.

Ссылки

EN 14620 - Проектирование и изготовление криогенных сосудов.

API 620 - Проектирование и строительство крупных сварных резервуаров для хранения под низким давлением.

Кодекс ASME по котлам и сосудам под давлением, раздел VIII - Правила строительства сосудов под давлением.

Barron, R.F. (1999). Криогенные системы, 2-е издание. CRC Press.

Брэтт, Р. & Mort, P. (2015). Криогенная инженерия: 50 лет прогресса. Спрингер.