鄭康迪（中機國能煉化工程有限公司，天津300270）

石油化工廠中不可缺少的設備便是化工常壓儲罐，在對常壓儲罐進行使用的過程中儲罐內(nèi)的液面會變化，主要原因為外界溫度變化致使儲罐內(nèi)氣體發(fā)生收縮或膨脹，隨之儲罐內(nèi)的氣體的壓力也會隨之變化，氣壓的劇烈變化很容易導致儲罐發(fā)生超壓或真空的情況，如果過于嚴重可能會形成儲罐低壓癟罐和超壓儲罐。為了能夠有效預防常壓儲罐出現(xiàn)超壓、低壓等失衡狀態(tài)，這便需要加強工藝設計，主要做法便是在罐頂安裝呼吸閥進而保持常壓儲罐內(nèi)氣壓的平衡，構成了化工常壓儲罐壓力平衡系統(tǒng)，保證常壓儲罐在超壓和真空的狀態(tài)下不受損，確保儲罐的穩(wěn)定性，還能有效降低儲罐內(nèi)物料的遺失，具有一定的安全意義和環(huán)保意義[1]。為了強化對化工常壓儲罐的使用，本文對化工常壓儲罐壓力平衡系統(tǒng)及其聯(lián)鎖保護進行分析。

1 常壓儲罐內(nèi)壓力發(fā)生變化的原因

如果儲罐的運行狀態(tài)和外界環(huán)境兩大因素不出現(xiàn)任何變化，那么常壓儲罐內(nèi)的壓力也不會出現(xiàn)變化，常壓儲罐只有滿足下述清醒儲罐內(nèi)的壓力才會失去平衡[2]。第一，常壓儲罐在對外界輸送物料的過程中會導致儲罐內(nèi)壓力的降低；第二，外界向常壓儲罐提供物料的過程中會導致儲罐內(nèi)壓力的升高；第三，在氣候等外界因素的影響下會導致常壓儲罐內(nèi)物料蒸氣壓變大或變小，進而導致常壓儲罐內(nèi)壓力的提升和降低，也就是常說的熱效應；第四，發(fā)生火災時常壓儲罐受到熱力的作用，導致蒸發(fā)量的突然增加進而致使常壓儲罐內(nèi)壓力的迅速提高。為了能在以上四種情況中確保常壓儲罐內(nèi)壓力的歐寧恒，所以需要常壓儲罐壓力平衡系統(tǒng)及其聯(lián)鎖保護，并且確保儲罐內(nèi)存在足夠的氣體呼吸量。

2 呼吸量的確定

常壓儲罐內(nèi)需要具有充足的呼吸量，這樣才能保證其能夠在正常的壓力下完成工作，并且不會大于設計過程中的正壓或負壓，進而能夠?qū)Τ簝扌纬杀Ｗo作用。通常情況下，儲罐的進料量、泵抽出量和熱效應所形成的呼吸需求量決定著常壓儲罐呼吸閥的呼吸量[3]。

如果發(fā)生火災，常壓儲罐內(nèi)物料會發(fā)生強烈汽化，并形成大量氣體，這時單單憑靠呼吸閥的呼吸量已經(jīng)無法有效滿足常壓儲罐壓力流失的需求，所以便需要強化設計，主要做法便是將泄入孔和泄壓閥安裝在常壓儲罐上。

3 儲罐內(nèi)壓力保護措施

常壓儲罐的壓力保護系統(tǒng)由以下幾部分組成，分別是氣封系統(tǒng)、呼吸閥系統(tǒng)、緊急釋放閥系統(tǒng)和壓力聯(lián)鎖系統(tǒng)。下面本文將對以上幾種系統(tǒng)分別進行分析。

3.1 氣封系統(tǒng)

氣封系統(tǒng)的主要組成部分為氣封閥。其主要作用為將儲罐內(nèi)部氣壓保持在一個確定的微正壓狀態(tài)，該裝置能夠有效預防儲罐出現(xiàn)負壓，降低風險發(fā)生率。

如果常壓儲罐向外界輸送物料，或者因為外界溫度因素的影響導致儲罐內(nèi)壓力下滑時，氣封系統(tǒng)便會自動為儲罐提供相應的氣體，多為氮氣，這樣便可以使儲罐內(nèi)保持確定的微正壓狀態(tài)，對儲罐形成一定的保護作用。

如果對儲罐內(nèi)提供的氣體達到氣體閥的標準值，氣封閥便會自動關閉，并且停止為儲罐提供氮氣，有效預防因提供氣體較多而導致儲罐內(nèi)壓力升高。

氣封系統(tǒng)行業(yè)內(nèi)主要實現(xiàn)方式有兩種：自力式調(diào)節(jié)閥氣封系統(tǒng)和壓力變送器+氣動調(diào)節(jié)閥的單回路壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

3.1.1 自力式調(diào)節(jié)閥氣封系統(tǒng)：

氣封系統(tǒng)用自力式調(diào)節(jié)閥一般為閥后取壓型，安裝在氣封管線上，一般閥后取壓點為罐頂壓力相對穩(wěn)定位置，能更準確反應儲罐壓力；給一個儲罐安全的壓力值作為自力式調(diào)節(jié)閥的設定值，儲罐壓力高于此值閥門關閉停止補氣，儲罐壓力低于此值閥門打開，開始補氣，因此使儲罐壓力始終維持在相對穩(wěn)定范圍。

3.1.2 壓力變送器+氣動調(diào)節(jié)閥的單回路壓力調(diào)節(jié)氣封系統(tǒng)：

此種氣封形式需通過DCS過程控制系統(tǒng)來實現(xiàn)，罐頂壓力相對穩(wěn)定位置安裝1 臺壓力變送器，氣封管線安裝1 臺氣動調(diào)節(jié)閥，信號均送至DCS系統(tǒng)，在DCS系統(tǒng)內(nèi)完成組態(tài)，設定一個安全的儲罐壓力給定值，系統(tǒng)會實時自動監(jiān)測儲罐壓力，并實時調(diào)節(jié)閥門開度大小，使儲罐不超壓也不憋壓的同時壓力也相對穩(wěn)定。

3.2 呼吸閥系統(tǒng)

呼吸閥也是常壓儲罐的重要組成部分，通常被安裝在罐頂，控制罐內(nèi)外氣體的開啟和關閉，保持壓力平衡。當儲罐在進料狀態(tài)時，外部溫度提高導致儲罐內(nèi)壓力提高，如果達到呼氣閥的標準值，將會自動打開，并排出多余氣體，確保壓力大于標準值。

如果儲罐內(nèi)壓力下降，并且氣封閥提供的氣體不能夠保持罐內(nèi)壓力，會導致罐內(nèi)降低至吸氣閥的標準值，將會自動打開，并將氣體吸入到儲罐內(nèi)，以防儲罐壓力的持續(xù)下降。

3.3 緊急泄放系統(tǒng)

如果發(fā)生火災等意外情況時會導致儲罐發(fā)生劇烈超壓，僅僅使用呼吸閥釋放壓力是遠遠不夠的，無法有效保持儲罐壓力。所以可以使用以下幾種方法將儲罐內(nèi)壓力釋放。第一，可以在常壓儲罐上安裝爆破片或者緊急泄壓閥；第二，可以將弱連接方式應用于儲罐的罐頂和罐殼。如果儲罐內(nèi)壓力提高并且打開呼吸閥也不能將壓力釋放，如果儲罐內(nèi)壓力達到緊急泄放閥的標準值，它便會自動打開并向外界噴氣，對于降低儲罐內(nèi)壓力作用明顯，所以該裝置被用來解決事故情形下超壓問題。

3.4 壓力聯(lián)鎖系統(tǒng)

常壓儲罐壓力變化的主要原因為液位的變化，所以應使用儲罐的壓力聯(lián)鎖系統(tǒng)，該系統(tǒng)的主要作用為防止儲罐內(nèi)液位發(fā)生改變，進而達到控制壓力變化的效果，同時也是一種預防儲罐超壓和負壓的一種裝置。

當外界向儲罐輸送物料時，如果儲罐頂部的壓力變送器發(fā)現(xiàn)儲罐內(nèi)壓力大于呼吸閥的標準值并且小于緊急釋放閥的標準值，這就表明呼吸閥的排氣能力較弱，聯(lián)鎖系統(tǒng)便會將進料泵關閉，從源頭防止儲罐內(nèi)壓力升高。

當儲罐向外界輸送物料時，如果儲罐頂部的壓力變送器發(fā)現(xiàn)儲罐內(nèi)壓力小于呼吸閥的標準值并且大于緊急釋放閥的標準值，這就表明氣封閥不具備一定的補氣能力聯(lián)鎖系統(tǒng)便會將出料泵關閉，從源頭防止儲罐內(nèi)壓力降低[4]。

此壓力聯(lián)鎖系統(tǒng)需要通過裝置DCS過程控制系統(tǒng)來實現(xiàn)，需要將所有檢測信號、狀態(tài)信號及停泵、關閥等命令信號均引入DCS系統(tǒng)，并將控制、聯(lián)鎖關系、PID流程圖及相關控制、聯(lián)鎖值均在DCS系統(tǒng)內(nèi)進行組態(tài)和設定。

4 常壓儲罐壓力聯(lián)鎖設定值

上述的全部儲罐壓力調(diào)控裝置相互關系密切，不同裝置的標準值也具有一定的關系，本文對石化行業(yè)使用較為廣泛的常壓儲罐進行分析，分別從負壓控制、超壓控制對其設計過程中常壓儲罐各裝置的標準值進行闡述。

4.1 負壓控制

正常操作壓力的范圍在1kPa-3kPa 之間，如果儲罐的壓力值小于1kPa時，應將氣封閥打開，并為儲罐提供壓力，保持罐內(nèi)壓力的平衡，這也是負壓保護的第一步。打開氣封閥之后，如果儲罐內(nèi)壓力仍處于下降狀態(tài)，通過罐頂?shù)膲毫z測儀發(fā)現(xiàn)罐內(nèi)壓力值等于0kPa 時，聯(lián)鎖系統(tǒng)會自動將出料泵關閉，進而從源頭防止管內(nèi)壓力繼續(xù)降低，這便是負壓保護的第二步。如果將出料泵關閉后，管內(nèi)壓力降至-0.1kPa，會自動打開呼吸閥，將空氣吸入罐內(nèi)，保持壓力平衡，這是負壓保護的第三步[5]。

4.2 超壓控制

如果罐內(nèi)壓力大于3kPa時，呼吸閥會自動打開，完成排氣，釋放壓力。打開呼吸閥后，如果罐內(nèi)壓力仍處于上升狀態(tài)，將進料泵關閉，從源頭防止壓力提高。將進料泵關閉后，罐內(nèi)壓力升至8kPa使，打開緊急釋放閥，大量排氣，將壓力釋放。

5 結語

近些年來化工儲罐導致的安全事故較多，所以加強工藝設計，優(yōu)化平衡系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，達到安全設計的目標。并且在其運行過程中要做好維護工作，有效控制風險，確保常壓儲罐的安全穩(wěn)定運轉。