陳世新，蘭善紅 ，方昆釗，嚴(yán)旌武，黃志坤

(1.東莞三江港口儲(chǔ)罐有限公司，廣東 東莞　523000；2.東莞理工學(xué)院 生態(tài)環(huán)境與建筑工程學(xué)院，廣東 東莞　523808)

輕質(zhì)液體石化物料在儲(chǔ)運(yùn)過程中，由于環(huán)境溫度相對(duì)較高(在夏季溫度可達(dá)40 ℃，甚至50 ℃以上)，此時(shí)罐里儲(chǔ)存物料的蒸發(fā)損失非常大，據(jù)資料報(bào)道蒸發(fā)損失每天可達(dá)0.01 %[1]。石化物料蒸發(fā)損耗一來造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失；二來對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生極大的危害。以一座50萬m3罐容量的庫來說，每月?lián)p失0.1%，約3900 t。這些損耗造成的直接經(jīng)濟(jì)損失是巨大的，而輕質(zhì)烴類化合物對(duì)環(huán)境的污染也相當(dāng)嚴(yán)重。為防止輕質(zhì)物料的揮發(fā)損失，傳統(tǒng)的做法是加浮盤，蓋住物料；大量的水噴淋降溫[2]；最完美的做法是完全回收揮發(fā)氣體，但是投資成本高，難于實(shí)現(xiàn)。目前行業(yè)內(nèi)最流行的做法是采用大量水噴淋，降溫[3]。大量水噴淋降溫法能有效地降低罐體的溫度，減少罐內(nèi)液體的揮發(fā)損失。但是由于水資源的不斷緊張以及后期受污染水的凈化處理費(fèi)用直線上升，因此亟需開發(fā)出一套有效的、節(jié)能的噴淋冷卻方法。

1　設(shè)計(jì)

本工程項(xiàng)目以宏川集團(tuán)三江庫區(qū)為試點(diǎn)，以T601、T602、T702、T1002四個(gè)儲(chǔ)罐為試驗(yàn)罐體，配置有霧化噴頭，可調(diào)式噴頭，可控式噴頭，鍍鋅水管，氣動(dòng)加手動(dòng)V型球閥，時(shí)控開關(guān)等。T601、T602和T702三個(gè)儲(chǔ)罐型號(hào)與規(guī)格都相同，型號(hào)和直徑×高度分別是1250 m3和11.5×15.266 m，罐頂裝備了一個(gè)可調(diào)式噴頭，噴灑直徑為3～5 m，流量0.3～0.7 m3/h，工作壓力1.5～4.5 kg，可調(diào)式噴頭噴水后，水流沿著拱頂壁流下降低罐頂溫度。三個(gè)儲(chǔ)罐罐頂圓周長(zhǎng)C=πd=11.5π=36.1 m，而2P霧化噴頭的噴灑直徑為1.0～1.5 m，2個(gè)噴嘴夾角固定50°，根據(jù)罐體實(shí)際情況，噴頭距離罐壁距離為0.3 m，若要達(dá)到噴灑直徑為1.0～1.5 m，則最佳噴霧夾角為80～100°(tan40°≈0.25/0.3=0.83；tan50°≈0.375/0.3=1.25)[4]，故每個(gè)儲(chǔ)罐罐周需要37個(gè)噴頭，因此T601、T602和T702罐周共裝備了111個(gè)2P霧化噴頭，流量0.1～0.2 m3/h，工作壓力1.5～4.5 kg。

T1002型號(hào)和直徑×高度分別是7000 m3和23 m×19 m，罐頂裝備了一個(gè)可控式噴頭，噴射直徑10～20 m，流量0.8～1.63 m3/h，壓力1.5～5.0 kg，可控式噴頭可360 ° 旋轉(zhuǎn)，水流沿著拱頂壁流下降低罐頂溫度；罐頂圓周長(zhǎng)C=πd=23π=72.3 m，而2P霧化噴頭的噴灑直徑為1.0～1.5 m，同上計(jì)算，故T1002罐周裝備了73個(gè)2P霧化噴頭，噴灑直徑為1.0～1.5 m，流量0.1～0.2 m3/h，工作壓力1.5～4.5 kg。

罐頂整個(gè)噴淋管設(shè)計(jì)以及噴嘴的安裝見圖1和圖2。

圖1　噴淋管設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖

圖2　噴嘴安裝簡(jiǎn)圖

罐頂合理布局霧式噴頭，保證在現(xiàn)有的噴水強(qiáng)度下使冷卻水有效分布均勻，整個(gè)罐體噴淋無盲區(qū)，以降低能量消耗，罐頂及罐周噴淋配置布局如圖3。其中，T1002罐壁加強(qiáng)圈位置鑲嵌安裝一個(gè)40目不銹鋼導(dǎo)流網(wǎng)，起引流作用，將儲(chǔ)罐上層的水流引導(dǎo)到下層罐邊流淌而下，形成掛幕式，更加均勻細(xì)膩地灑水；且導(dǎo)流網(wǎng)的設(shè)置對(duì)消防水及消防泡沫起到輔助作用。導(dǎo)流網(wǎng)具體安裝設(shè)計(jì)如圖4。

圖3　罐頂及罐周噴淋配置布局簡(jiǎn)圖

圖4　導(dǎo)流網(wǎng)安裝設(shè)計(jì)圖

2　工程設(shè)備及其費(fèi)用一覽表

表1　工程設(shè)備及其費(fèi)用一覽表

表1(續(xù))

3　效益評(píng)估

3.1　能源效益

傳統(tǒng)的儲(chǔ)罐噴淋降溫方式是粗放型鋪設(shè)水管直接噴淋降溫，噴射的水量不好控制，嘩啦啦地從罐頂沿著罐壁流下來，雖然達(dá)到了降溫效果，但噴淋的水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于所需要用于蒸發(fā)的水量，造成水資源的極大浪費(fèi)。據(jù)統(tǒng)計(jì)[5]，以傳統(tǒng)方式噴淋一個(gè)儲(chǔ)罐(以T702為例)需要花費(fèi)25 t/d，而如今新工程采用精細(xì)可控型噴霧降溫系統(tǒng)，能夠有效地控制水霧的噴射方式及水量，達(dá)到同樣降溫效果只需約3.45 t/d，節(jié)約水資源達(dá)86.2%。三江庫區(qū)一年有5個(gè)月需要開噴淋降溫，每個(gè)月平均開啟18天，平均每天約15個(gè)儲(chǔ)罐，則每個(gè)儲(chǔ)罐節(jié)約21.5 t/d，一年可節(jié)省水資源29025t；新鮮水的單價(jià)是3.0元/m3，因此一年可節(jié)約水資源成本是87,075元，外加噴淋水提升泵(35 KW)運(yùn)行費(fèi)約13,500元，每年合計(jì)節(jié)省成本約10萬元；而排放污水處理費(fèi)用約3.0元/m3，則一年可節(jié)約排污成本約87,075元。因此，新型的罐頂噴霧降溫方式在很大程度上為國(guó)家能源作出貢獻(xiàn)，符合國(guó)家能源政策，在節(jié)約水資源的同時(shí)，也給企業(yè)從源頭上節(jié)省經(jīng)營(yíng)成本。

3.2　經(jīng)濟(jì)效益

三江庫區(qū)是宏川集團(tuán)倉儲(chǔ)版塊下的一個(gè)庫區(qū)，主要經(jīng)營(yíng)液體化工碼頭及液體化工品倉儲(chǔ)、裝卸、管道輸送及公共保稅倉服務(wù)，即庫區(qū)為客戶提供液體化學(xué)品的倉儲(chǔ)一條龍服務(wù)，從裝卸、儲(chǔ)存、提貨出庫整個(gè)過程對(duì)客戶產(chǎn)品保質(zhì)保量。

由于庫區(qū)儲(chǔ)存介質(zhì)為易燃易爆物質(zhì)的儲(chǔ)存罐，在遇夏季高溫季節(jié)時(shí)，受熱膨脹影響，儲(chǔ)存罐內(nèi)部壓力增大，呼吸閥作用加強(qiáng)，造成罐體內(nèi)物料的揮發(fā)損耗。如今采用新型精細(xì)可控型噴霧降溫方式，可及時(shí)有效地降低罐體的溫度，使儲(chǔ)罐內(nèi)物料溫度保持平衡，大大降低了物料的揮發(fā)程度，交付予客戶的最終物料也是保質(zhì)保量的最終產(chǎn)品。據(jù)估計(jì)，采用新式噴淋系統(tǒng)后，庫區(qū)內(nèi)每個(gè)儲(chǔ)罐(以T702為例)節(jié)約物料損耗20 ～ 30 kg/d，一年可節(jié)約經(jīng)營(yíng)成本約6萬元，則三江庫區(qū)約15個(gè)應(yīng)用噴霧技術(shù)的儲(chǔ)罐一年可節(jié)約經(jīng)營(yíng)成本90萬元。作為一家以液體化學(xué)品倉儲(chǔ)租賃服務(wù)為主營(yíng)業(yè)務(wù)的企業(yè)而言，降低倉儲(chǔ)過程中產(chǎn)品損耗，帶來的不僅僅是實(shí)質(zhì)的經(jīng)濟(jì)效益，更是客戶的信任；若不能保質(zhì)保量地交付產(chǎn)品，那帶來的經(jīng)濟(jì)與聲譽(yù)損失更是無法估量的。

3.3　環(huán)保效益

傳統(tǒng)粗放型鋪設(shè)水管直接噴淋的降溫方式[6]，造成了至少350 t/d水資源的浪費(fèi)，而這些浪費(fèi)的水資源嘩啦啦地從罐頂沿著罐壁流下來，但由于現(xiàn)場(chǎng)格局，難以對(duì)噴淋水進(jìn)行收集回用。其中有小部分的噴淋水不可避免的進(jìn)入污水系統(tǒng)，給污水站處理增加了一定的壓力，同時(shí)也增加了排污費(fèi)。當(dāng)采用新型噴霧式降溫系統(tǒng)時(shí)，外加加強(qiáng)圈位置的引水網(wǎng)，使儲(chǔ)罐上層的水流呈掛幕式沿著罐壁流淌而下，形成水霧罩層，在露天陽光的暴曬下，細(xì)膩地水流在地面幾乎完全被蒸發(fā)，無法匯集到污水站，大大減少了污水處理能力。其實(shí)際效果圖如圖5所示。

另一方面，新式噴淋降溫系統(tǒng)能使操作員在調(diào)度室里按需求開啟或關(guān)閉系統(tǒng)，及時(shí)有效地控制儲(chǔ)罐里的物料處于合適的安全儲(chǔ)存溫度范圍，大大減少了降溫不及時(shí)或超出溫度范圍等情況下物料的揮發(fā)損耗，減少了通過呼吸閥對(duì)大氣環(huán)境造成的污染影響。

圖5罐壁水幕及地面實(shí)際效果圖

Fig.5Curtain wall water curtain and ground actual effect diagram

3.4　安全效益

目前，我國(guó)石化倉儲(chǔ)行業(yè)在安全方面仍存在著安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控設(shè)施不完善、安全監(jiān)督管理困難、事故預(yù)警能力不足等突出問題[7]。噴淋系統(tǒng)應(yīng)用的一個(gè)重要原因即是考慮到安全因素，通過液體蒸發(fā)帶走儲(chǔ)罐上的熱量，使得儲(chǔ)罐的溫度維持在安全的控制范圍內(nèi)，避免事故的發(fā)生。如何進(jìn)行有效的控制管理，把事故發(fā)生遏制在源頭，這是我們?cè)谠O(shè)計(jì)噴淋系統(tǒng)時(shí)首要考慮的問題。如今，三江庫區(qū)試行的新型噴淋系統(tǒng)在確?？梢赃_(dá)到降溫效果的同時(shí)，儲(chǔ)罐內(nèi)的溫度可在控制室中實(shí)時(shí)監(jiān)控，并遠(yuǎn)程控制開關(guān)，決定噴水量大小及噴霧方式，把安全管理提高了一個(gè)層次，從小的角度來講，大大地降低了企業(yè)的經(jīng)營(yíng)安全風(fēng)險(xiǎn)，使一切的安全事故在可控的范圍之內(nèi)，避免再次發(fā)生8.12天津事故；從行業(yè)層面來講，提高了石化倉儲(chǔ)行業(yè)的安全管理水平，在節(jié)約人力成本的同時(shí)提高客戶滿意度，在提高企業(yè)的經(jīng)營(yíng)能力的同時(shí)達(dá)到創(chuàng)贏創(chuàng)收。

[1] 孫冠華,展學(xué)成.甲醇罐區(qū)消防及噴淋冷卻水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化[J].河北工業(yè)科技,2017,34(4):255-257.

[2] 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB/T 50160-2008 石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008.

[3] 隋文.水噴霧系統(tǒng)在液化石油氣儲(chǔ)罐消防冷卻的應(yīng)用[J].遼寧化工,2015,44(3): 337-339.

[4] 匡以武,耑銳,王文,等.液化天然氣儲(chǔ)罐預(yù)冷過程溫度場(chǎng)數(shù)值模擬[J].化工學(xué)報(bào),2015,66(S2):139-142.

[5] 葛鵬,馮騰騰,燕迎春.閉式泡沫-水噴淋系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及注意事項(xiàng)[J].山東化工,2016,45(6):95-96.

[6] 于雪燕.關(guān)于環(huán)氧乙烷在罐區(qū)設(shè)計(jì)中安全問題的討論[J].山東化工,2016,45(10):138-139.

[7] 景泉江,王長(zhǎng)明.原油儲(chǔ)罐噴淋系統(tǒng)優(yōu)化研究[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量,2014(10):92-92.