王紅霞

(中石化寧波工程有限公司上海分公司,上海 200030)

本文依據(jù)GB50160 -2018《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》、HG/T20570-95《工藝系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)定》、SH/T3007 -2014《石油化工儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)范》等規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)條文規(guī)定，以甲基丙烯酸甲酯(MMA)介質(zhì)為例，結(jié)合設(shè)計(jì)工作中的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，確定了儲(chǔ)罐的類型，常壓儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)溫度、設(shè)計(jì)壓力，供從事罐區(qū)及儲(chǔ)罐等系統(tǒng)設(shè)計(jì)的人員參考。

1 儲(chǔ)罐類型的確定

MMA液體屬輕度危害介質(zhì)，火災(zāi)危險(xiǎn)性分類為甲B類，閃點(diǎn)10℃，沸點(diǎn)107℃。根據(jù)SH3007-2014規(guī)定，儲(chǔ)存沸點(diǎn)大于或等于45℃或在37.8℃的飽和蒸氣壓不大于88kPa的甲B、乙A類液體，應(yīng)選用浮頂儲(chǔ)罐或內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐。其他的甲B、乙A類液體化工品有特殊儲(chǔ)存需要時(shí)，可以選用固定頂罐，低壓儲(chǔ)罐和容量小于或等于100m3的臥式儲(chǔ)罐。但應(yīng)采取下列措施之一：設(shè)置氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w密封保護(hù)系統(tǒng)，密閉收集處理罐內(nèi)排出的氣體；設(shè)置氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w密封保護(hù)系統(tǒng)，控制儲(chǔ)存溫度低于液體閃點(diǎn)5℃及以下[1]。MMA液體屬甲B類，沸點(diǎn)107℃，按規(guī)范應(yīng)選用浮頂儲(chǔ)罐或內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐，但MMA易聚合，使用浮頂罐可能會(huì)造成浮頂卡死，有特殊的存儲(chǔ)需求，因此選用常壓固定頂罐，并設(shè)置氮?dú)饷芊獗Ｗo(hù)系統(tǒng)，密閉收集處理罐內(nèi)排出的氣體。

2 壓力設(shè)計(jì)及壓力保護(hù)裝置

2.1 設(shè)計(jì)壓力的確定

GB50160-2018對(duì)常壓儲(chǔ)罐的定義為：設(shè)計(jì)壓力小于或等于6.9kPa(罐頂表壓) 的儲(chǔ)罐。相關(guān)規(guī)范對(duì)設(shè)計(jì)壓力的數(shù)值無(wú)明確要求，若無(wú)特殊要求，一般常壓儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)壓力定為-0.49～2.0 kPa[2]，本文MMA儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)壓力設(shè)置為-0.49 ～2.0 kPa。

2.2 常壓儲(chǔ)罐常用的保護(hù)裝置

導(dǎo)致常壓儲(chǔ)罐壓力變化的原因主要有：環(huán)境溫度的變化，收發(fā)物料，事故狀態(tài)，常用的壓力保護(hù)裝置有壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)、呼吸閥、緊急泄放閥。正常情況下通過(guò)壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)維持儲(chǔ)罐的壓力在一定范圍，當(dāng)儲(chǔ)罐壓力變化較大，調(diào)閥不足以調(diào)節(jié)或調(diào)閥失靈時(shí)，呼吸閥將起作用進(jìn)行調(diào)節(jié)，事故狀態(tài)下則依靠緊急泄放閥泄放儲(chǔ)罐壓力。

2.2.1 壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)、呼吸閥、緊急泄放閥壓力值的設(shè)定

常壓低壓儲(chǔ)罐壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)、呼吸閥、緊急泄放閥壓力值大小的確定原則為：設(shè)計(jì)壓力上限值>緊急泄放閥壓力值>呼閥壓力值>調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力值>吸閥壓力值>設(shè)計(jì)壓力下限值。本文設(shè)計(jì)MMA儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)壓力上限值為2.0KPa，緊急泄放閥的開啟壓力按照設(shè)計(jì)壓力的90%考慮，即2.0×90%= 1.8KPa，考慮10%的超壓保護(hù)時(shí)，最大泄放壓力為1.8×(1+10%)=1.98KPa，略小于MMA儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)壓力上限值，符合要求。SY/T0511-2010《石油儲(chǔ)罐附件 第1部分：呼吸閥》中列出呼吸閥的開啟壓力分為以下等級(jí)(kPa)：+0.355，-0.295；+0.665，-0.295；+0.980，-0.295；+1.375，-0.295；+1.765，-0.295[3]，結(jié)合以上等級(jí)，呼閥壓力設(shè)定為1.35kPa，考慮10%超壓保護(hù)，吸閥全啟壓力為1.375×(1+10%)=1.513KPa，低于緊急泄放閥的泄露值1.8×85%=1.58 KPa，符合要求。調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力范圍設(shè)定為0.5KPa。將吸閥的壓力設(shè)定為-0.295KPa，考慮10%超壓保護(hù)，吸閥全啟壓力為-0.295×(1+10%)=-0.325KPa，高于MMA儲(chǔ)罐允許壓力下限值-0.49KPa，符合要求[4]。

2.2.2 壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)

圖1 壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)示意圖

壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)為分程控制系統(tǒng)如圖1所示，由兩組調(diào)節(jié)閥組成，一組用于罐內(nèi)壓力降低時(shí)吸入氮?dú)猓悦鈨?chǔ)罐形成真空而抽癟，引起儲(chǔ)罐壓力降低的原因主要有氣溫降低或出料；另一組用于罐內(nèi)壓力升高時(shí)排出罐內(nèi)氣體，以免儲(chǔ)罐超壓損壞，引起儲(chǔ)罐壓力升高的原因主要有氣溫升高或進(jìn)料。

MMA儲(chǔ)罐正常情況下使用氮封閥組維持罐內(nèi)氣相空間壓力在0.5KPa左右，當(dāng)氣相空間壓力高于0.5KPa 時(shí)，氮封閥關(guān)閉，停止氮?dú)夤?yīng)；當(dāng)罐內(nèi)氣相空間壓力低于0.5KPa 時(shí)，氮封閥開啟，開始補(bǔ)充氮?dú)?。補(bǔ)氮調(diào)節(jié)閥旁路設(shè)置限壓孔板，當(dāng)?shù)忾y故障或需要檢修時(shí)，手動(dòng)打開旁路向罐內(nèi)補(bǔ)充氮?dú)鈁5]。

2.2.3 呼吸閥

根據(jù)GB50160-2018的規(guī)定：甲B、乙類液體的固定頂罐，應(yīng)設(shè)阻火器和呼吸閥，呼吸閥正常時(shí)處于密封狀態(tài)，當(dāng)壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)無(wú)法調(diào)節(jié)罐內(nèi)壓力時(shí)才開始工作。當(dāng)本文所設(shè)計(jì)MMA儲(chǔ)罐內(nèi)壓力超過(guò)1.35KPa時(shí)，通過(guò)帶阻火器的呼吸閥外排罐內(nèi)氣體，以降低儲(chǔ)罐壓力，當(dāng)罐內(nèi)壓力降低至-0.295KPa 時(shí)，通過(guò)帶阻火器呼吸閥向罐內(nèi)補(bǔ)充空氣，以確保罐內(nèi)壓力不低于儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)壓力低限值-0.49KPa。呼吸閥的吸入量為物料出罐時(shí)的最大出液量所造成的空氣吸入量和大氣降溫導(dǎo)致氣體收縮造成的吸入量之和，呼吸閥的呼出量為物料入罐時(shí)的最大進(jìn)液量所造成的罐內(nèi)氣體呼出量和大氣升溫導(dǎo)致罐內(nèi)氣體膨脹造成的呼出量之和[6]。

2.2.4 緊急泄放閥

根據(jù)SH3007-2014規(guī)定，采用氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w密封保護(hù)系統(tǒng)的儲(chǔ)罐應(yīng)設(shè)事故泄壓設(shè)備，且事故泄壓設(shè)備的開啟壓力應(yīng)高于呼吸閥排氣壓力并應(yīng)小于等于儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)正壓力。本文設(shè)計(jì)MMA儲(chǔ)罐在罐頂部設(shè)置緊急泄放閥，并設(shè)定其開啟壓力為1.8KPa，其泄放量應(yīng)該分別計(jì)算各種事故工況，取各種組合工況的較大值進(jìn)行核算。

3 設(shè)計(jì)溫度

因?yàn)闇囟仍礁?，MMA越容易聚合，MMA儲(chǔ)罐操作溫度定為20℃，并用0℃冷凍鹽水外盤管伴冷以維持此溫度。設(shè)備的設(shè)計(jì)溫度是指正常工作過(guò)程中，與用以確定設(shè)備設(shè)計(jì)壓力的最高工作壓力相對(duì)應(yīng)的設(shè)備材料達(dá)到的溫度。根據(jù)HG/T 20570- 95規(guī)定設(shè)備器壁與介質(zhì)直接接觸且有外保冷，正常工作溫度>15℃時(shí)，設(shè)計(jì)溫度可按正常工作溫度加15～30℃來(lái)確定，MMA儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)溫度據(jù)此定為50℃[7]。

4 結(jié)論

綜上確定了MMA儲(chǔ)罐類型為常壓固定頂儲(chǔ)罐，儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)壓力為-0.49～2.0 KPa，設(shè)計(jì)溫度為50℃，并配置壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)、呼吸閥、緊急泄放閥作為儲(chǔ)罐的壓力保護(hù)裝置。