張 健

(南京揚(yáng)子石油化工設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210000)

1 項(xiàng)目概況

液化烴是指在15℃時(shí)，蒸汽壓大于0.1MPa的烴類液體及其他類似的液體，不包括液化天然氣，危險(xiǎn)性為甲A類，是易燃易爆介質(zhì)。液化烴氣相密度大于空氣，液相密度小于水，一旦泄漏，遇明火極易造成火災(zāi)或爆炸事故。

《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》(GB50160-2008)第6.3.16條指出：“全壓力式儲罐應(yīng)采取防止液化烴泄漏的注水措施[1]?！?/p>

《石油化工儲運(yùn)系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)范》(SH/T3007-2014)第6.4.6條指出：“常溫液化烴儲罐應(yīng)采取防止液化烴泄漏的注水措施[2]?！?/p>

某石化企業(yè)球罐區(qū)T1011/1012/1013/1014(丙烯球罐)不滿足規(guī)范要求，所以需要對其進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，增加防止液化烴泄漏的注水設(shè)施。

2 注水系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)

液化烴球罐根部法蘭連接處由于密封結(jié)構(gòu)選擇不當(dāng)或墊片老化，極易造成法蘭墊片密封失效。球罐罐底法蘭泄漏措施有三種(1)采用邊強(qiáng)行堵漏邊進(jìn)行倒罐或打開緊急放空閥放空，由于液化烴汽化需要大量吸熱，發(fā)生著火、爆炸、凍傷的可能性很大。(2)采用向法蘭密封面處高壓緊急注膠的方法，但此方法較難實(shí)施。(3)設(shè)置注水措施方法，從穩(wěn)高壓消防水管處敷設(shè)一條注水管線至球罐底，泄漏時(shí)，立即啟動(dòng)注水泵，由于水的密度大于液化烴的密度，水會(huì)在球罐底部，起到水封的作用，為搶修爭取時(shí)間。比較幾種措施可知，設(shè)置注水措施是比較可行的方法[3]。

2.1 注水水源

該改造項(xiàng)目采用穩(wěn)高壓消防水系統(tǒng)作為注水水源，操作壓力為1.1MPa(G)。在進(jìn)行穩(wěn)高壓消防水系統(tǒng)管網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)需考慮球罐泄漏狀態(tài)下的注水用水量，一般為50～100t/h的水量[4]。

2.2 注水點(diǎn)的設(shè)置

液化烴球罐底部注水點(diǎn)，一般有三種流程：直接注水法、借用工藝泵注水法、設(shè)置專有泵注水法。

2.2．1 直接注水法

當(dāng)穩(wěn)高壓消防水系統(tǒng)壓力滿足注水壓力要求時(shí)，注水點(diǎn)設(shè)置在液化烴儲罐進(jìn)泵線上，按照規(guī)范要求，水和液化烴這兩種不同介質(zhì)的工藝管道相連需設(shè)置2個(gè)閥門，1個(gè)導(dǎo)淋，防止液化烴和水互串。當(dāng)需要注水時(shí)，打開注水管道閥門，穩(wěn)高壓消防水通過進(jìn)泵線進(jìn)入球罐，實(shí)現(xiàn)注水操作。

2.2．2 借用工藝泵注水法

當(dāng)穩(wěn)高壓消防水壓力不能保證穩(wěn)定時(shí)，需借用物料泵提壓進(jìn)行注水，注水點(diǎn)設(shè)置在液化烴儲罐進(jìn)泵線上。當(dāng)需要注水時(shí)，打開物料泵，穩(wěn)高壓消防水通過倒罐線進(jìn)入球罐，實(shí)現(xiàn)注水操作。

2.2．3 設(shè)置專有泵注水法

當(dāng)穩(wěn)高壓消防水壓力不能保證穩(wěn)定，同時(shí)物料泵不能滿足注水要求時(shí)，需增設(shè)專有注水泵，專有注水泵的流量、揚(yáng)程等參數(shù)需滿足注水要求，與專有注水泵相連的注水管線的等級需與注水的工藝物料的等級保持一致。當(dāng)需要注水時(shí)，打開專有注水泵，穩(wěn)高壓消防水通過倒罐線進(jìn)入球罐，實(shí)現(xiàn)注水操作。

3 注水泵流量及壓力

3.1 設(shè)計(jì)原則

通過管道向液化烴球罐注入的水量應(yīng)大于等于從法蘭處泄漏的物料量，以保證從泄漏處流出的是水而不是液化烴。當(dāng)球罐的液位不再上升，從泄漏處流出的完全是水，此時(shí)的水量就是保證注水管道有效工作的最小水量[5]。

注水管道內(nèi)的水必須具備足夠的壓力，此壓力應(yīng)大于系統(tǒng)的沿程阻力、局部阻力、升高的位能(注水點(diǎn)到球罐最高液位的位能差)、破損處的壓力(為液化烴在操作溫度下的飽和蒸汽壓和該處的位能差引起的壓力)之和。如罐組內(nèi)有多個(gè)液化烴品種，應(yīng)按照最苛刻的原則進(jìn)行考慮，比較各種液化烴球罐的計(jì)算壓力，取最高值為注水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壓力。

3.2 注水量的確定

由于液化烴球罐的泄漏部位通常是進(jìn)出口管道閥門法蘭處，可以把法蘭密封處的破損而引起的泄漏看作容器壁上開一個(gè)口，這種泄漏看作孔口出流，泄漏量按公式(1)計(jì)算。

(1)

式中：P——?dú)庀囡柡驼羝麎海?Pa(a)；

P0——大氣壓， Pa；

ρ——密度，kg/m3；

Q——泄漏量，m3/h；

g——重力加速度，9.8m/s2；

μ——流量系數(shù)，0.62；

h——球罐的最高液位到泄漏點(diǎn)的高差， m；

A——破損處泄漏面積， m2。(按纏繞式墊片的破損裂縫一般不超過周圍的1/7進(jìn)行計(jì)算。在近似計(jì)算的情況下，可取A等于墊片周長的1/7乘以墊片的厚度。)

丙烯40℃時(shí)的飽和蒸汽壓為1639000 Pa(a)，大氣壓力取101300 Pa(a)，ρ為478 kg/m3，高液位h為13.69m，丙烯管徑為14寸，計(jì)算出墊片內(nèi)徑為371.6mm。計(jì)算出T1011/1012/1013/1014球罐所需的注水量為137m3/h。

3.3 注水壓力的確定

對于操作壓力較低的液化烴球罐，由于環(huán)罐組四周的高壓消防水系統(tǒng)壓力基本穩(wěn)定在0.8MPa(G)左右，穩(wěn)高壓消防水管網(wǎng)的壓力完全可以滿足操作壓力低于0.4MPa(G)的球罐的注水壓力要求。當(dāng)高壓消防水系統(tǒng)壓力不能保證穩(wěn)定時(shí)，需要考慮借用物料泵或設(shè)置專有注水泵進(jìn)行注水。

以T1011計(jì)算，90%容積時(shí)液位為13.69m，40℃丙烯密度478kg/m3，液位產(chǎn)生的壓力為0.066MPa(G)，40℃時(shí)注水量為137m3/h,取1.1倍安全系數(shù)，為150m3/h，球罐最高操作壓力1.54 MPa(G)，消防水壓力1.1MPa(G)，克服高差及沿程阻力降，注水泵出口壓力為1.665 MPa(G) ，進(jìn)出口壓差為0.565 MPa(G)，取1.2倍安全系數(shù)，進(jìn)出口壓差為0.678 MPa(G)，揚(yáng)程為70m。

3.4 注水流速

為防止靜電的產(chǎn)生和積聚，并考慮液化烴和水的分層速度，向球罐內(nèi)注水的流速不宜過大，建議設(shè)計(jì)注水流速為1.5～2.5m/s。

4 結(jié)語

液化烴球罐設(shè)置注水系統(tǒng)是防止球罐泄漏事故的一項(xiàng)重要措施，通過分析、計(jì)算，確定注水水源、注水量、注水壓力等問題，液化烴球罐的設(shè)計(jì)時(shí)，必須嚴(yán)格執(zhí)行國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范相關(guān)注水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，運(yùn)行單位應(yīng)做好可行的應(yīng)急預(yù)案，及時(shí)消除安全隱患，確保液化烴球罐的安全運(yùn)行。