李森林

液氯罐區(qū)的工藝安全設(shè)計

李森林

（遼寧省石油化工規(guī)劃設(shè)計院有限公司，遼寧 沈陽 110000）

氯氣是一種用途十分廣泛的基本化工原料，在工業(yè)生產(chǎn)中很多領(lǐng)域的應(yīng)用占有重要的地位。由于氯氣具有的毒性，一旦發(fā)生事故，將會對環(huán)境和人員的生命造成傷害，因此，對氯氣的安全儲存，有著嚴(yán)格的要求。本文分別從儲罐的設(shè)計參數(shù)、儲罐容量計算、工藝設(shè)計和其他安全設(shè)施方面，要嚴(yán)格執(zhí)行國家、行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行設(shè)計，從而達(dá)到液氯儲存安全的目的。

液氯；罐區(qū)；工藝設(shè)計；安全

氯氣是一種用途十分廣泛的基本化工原料，在農(nóng)藥、橡膠、塑料、漂白劑和消毒劑等的工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用占有重要的地位。

氯氣為黃綠色有刺激性氣味的氣體，沸點(diǎn)為-34.6 ℃，熔點(diǎn)為-101 ℃，在常壓下即汽化成氣體，蒸氣相對密度(空氣=1)為2.5； 在20 ℃，6.86 ata下，相對密度（水=1）為1.4。

通常氯氣是在液化狀態(tài)下儲存，稱為液態(tài)氯，為黃綠色的油狀液體，它具有劇毒性，人體吸入后能嚴(yán)重中毒，同時還具有刺激性、腐蝕性，屬于危險化學(xué)品。因此，對液氯的安全儲存，有著嚴(yán)格的要求。

本文分別從液氯儲罐的設(shè)計參數(shù)、儲罐容量計算、工藝設(shè)計和其他安全設(shè)施方面進(jìn)行探討。

1 儲罐設(shè)計參數(shù)

液氯通常選用臥式常溫壓力儲罐儲存，儲罐的設(shè)計壓力和設(shè)計溫度參數(shù)、儲罐容積必須規(guī)范的選擇。

1.1 設(shè)計壓力

設(shè)計壓力是指設(shè)定的容器頂部的最高壓力，其值不應(yīng)低于工作壓力。取50 ℃氯氣的蒸汽壓作為液氯儲罐的最大工作壓力。

另外，液氯儲罐為壓力式儲罐，同時需要考慮安裝安全閥，因此，液氯儲罐的設(shè)計壓力為1.05～1.10倍最高工作壓力，且不低于安全閥開啟壓力[1]。

1.2 設(shè)計溫度

設(shè)計溫度是指容器在正常工作情況下，設(shè)定的元件的金屬溫度。需要考慮工程所在地區(qū)的歷年來平均最低氣溫的最低值。另外，還需要考慮事故狀態(tài)下，液氯向大氣環(huán)境泄漏汽化時吸熱引起的罐體表面溫度的下降[2]。

2 儲罐容量計算

液氯罐區(qū)的儲存容量，應(yīng)按全廠總工藝流程規(guī)定的原料一次最大用量周期的需求，同時，還要考慮運(yùn)輸方式和運(yùn)輸距離對物料儲存周期的影響。

罐區(qū)中設(shè)置的儲罐數(shù)量，根據(jù)儲存的容量，以及單臺儲罐儲存的介質(zhì)重量來選擇。

單臺液氯儲罐容積的確定，通過式（1）計算：

式中：—單臺儲罐的容積，m3；

—單臺儲罐中儲存介質(zhì)的質(zhì)量，kg；

—液氯的密度，kg/m3；

—液氯儲罐的充裝系數(shù),取0.8[5]。

同時，考慮到液氯的毒性為劇毒，在罐區(qū)設(shè)計時還需要根據(jù)單臺最大液氯儲罐的體積，設(shè)置一臺備用液氯儲罐，在正常情況下保持空槽，作為事故情況下液氯泄漏的應(yīng)急備用儲罐[2]。

3 工藝設(shè)計

液氯罐區(qū)的工藝設(shè)計主要考慮其流程設(shè)計和相關(guān)的儀表設(shè)計。

3.1 流程設(shè)計

（1）進(jìn)出料的管線

液氯儲罐設(shè)置進(jìn)出物料的管線，在管道上設(shè)置緊急切斷閥門，與儲罐的高低液位聯(lián)鎖。同時，在管道上靠近儲罐根部閥設(shè)置為帶波紋管密封的截止閥。

（2）氣相平衡管線

液氯儲罐設(shè)置氣相平衡管線，用以保證儲罐在裝卸物料時儲罐壓力平衡，氣相平衡管線與各儲罐相連，同時，氣相平衡管線還應(yīng)連接至氯氣捕集工藝裝置中的尾氣排放處理工序，處理在液氯卸車過程中汽化超壓的氯氣。

（3）安全閥排放管線

液氯儲罐設(shè)置安全閥排放管線，用以排放儲罐超壓的液氯氣體，保證儲罐的安全，由于氯氣具有毒性，不允許直接排放大氣，因此安全閥排放出的氣體，通過安全閥的排放總管線送至氯氣捕集工藝裝置中的尾氣排放處理工序，避免環(huán)境的污染。

（4）排污管線

液氯儲罐在長時間儲存后，在儲罐的底部容易積聚三氯化氮，因此，在儲罐的底部設(shè)置排污裝置和污物處理設(shè)施，用以排除儲罐中積聚的三氯化氮，設(shè)置取樣點(diǎn)用以監(jiān)測排污物中的三氯化氮含量不應(yīng)大于60 g/L，如發(fā)現(xiàn)排污物中的三氯化氮的含量超標(biāo)，則增加排污次數(shù)和排污量，并加強(qiáng)監(jiān)測以保證儲罐的安全[5]。

（5）氯氣捕集工藝

氯氣捕集工藝分為事故處理工序和尾氣排放處理工序。

事故處理工序用于處理儲罐泄漏事故氯氣的吸收和處理。通過設(shè)置的有毒氣體檢測報警器聯(lián)鎖啟動事故風(fēng)機(jī)，將有害氣體送至事故應(yīng)急吸收塔，在應(yīng)急吸收塔內(nèi)與堿液逆流接觸，處理合格后的尾氣通過無害化氣體放空管高空排放。風(fēng)機(jī)的事故通風(fēng)量，宜根據(jù)工藝設(shè)計條件通過計算確定，且換氣次數(shù)不應(yīng)小于12次/h[7，8]。尾氣吸收塔的處理能力要與風(fēng)機(jī)的風(fēng)量相匹配。

尾氣排放處理工序用于處理儲罐尾氣的排放氯氣的吸收和處理。卸車過程中和安全閥事故狀態(tài)下的尾氣，通過排放總管排至尾氣吸收塔，在尾氣吸收塔內(nèi)與堿液逆流接觸，在尾氣吸收塔后設(shè)置尾氣風(fēng)機(jī)，保證尾氣的排放和處理，處理合格后的尾氣通過無害化氣體放空管高空排放。尾氣風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和尾氣吸收塔的處理能力要滿足工藝條件的需要。

同時，設(shè)置各自的吸收塔循環(huán)泵、堿液儲罐和堿液循環(huán)泵，以保證工藝過程的需要。

無害化氣體放空管高度不得小于25 m，并應(yīng)高于現(xiàn)場建構(gòu)筑物或設(shè)備高度2 m以上，不得無序排放[2]，在防空管上設(shè)置監(jiān)測設(shè)施，監(jiān)測氯氣濃度是否超標(biāo)。

（6）事故應(yīng)急倒罐泵

為保證對事故儲罐中液氯的應(yīng)急處理，設(shè)置事故應(yīng)急倒罐泵，將事故罐中的液氯倒至液氯應(yīng)急備用儲罐。同時，也可兼做液氯的輸送泵，設(shè)置數(shù)量不少于2臺。

3.2 儀表設(shè)計

（1）壓力表、液位計、溫度計[6]

液氯儲罐設(shè)置壓力表、液位計、溫度計應(yīng)能就地顯示，并應(yīng)傳至控制室集中顯示。

（2）報警聯(lián)鎖[6]

確保生產(chǎn)安全，液氯儲罐設(shè)置高低液位報警，對儲罐的液位進(jìn)行監(jiān)控。設(shè)置的高高、低低液位聯(lián)鎖切斷進(jìn)料管道和出料管道上的緊急切斷閥門，保證儲罐內(nèi)的液位不超出最高或最低液位。

對儲罐的壓力設(shè)置高壓報警的功能，與設(shè)置在氣相平衡管線上的壓力調(diào)節(jié)閥聯(lián)鎖調(diào)節(jié)，保證儲罐的安全。

（3）有毒氣體報警器

根據(jù)《建筑設(shè)計防火規(guī)范》（2018年版）GB50016 -2014中，氯氣是助燃?xì)怏w，火災(zāi)危險性類別為乙類，同時，氯氣的燃燒爆炸危險性中的爆炸上下限無意義，說明氯氣不具有爆炸性，在儲罐區(qū)中只考慮氯氣的毒性。因此，根據(jù)《石油化工可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測報警設(shè)計規(guī)范》GB50493-2019中的要求，氯氣設(shè)置有毒氣體濃度檢測報警器，有毒氣體報警設(shè)定值的確定：一級報警設(shè)定值應(yīng)小于或等于100% OEL（職業(yè)接觸限值），有毒氣體的二級報警設(shè)定值應(yīng)小于或等于200% OEL。同時，報警信號應(yīng)送至有人值守的控制室，報警器應(yīng)有聲、光報警功能。

4 其他方面安全設(shè)計

（1）總平面布置

在總平面布置中，液氯儲罐應(yīng)布置在廠區(qū)全年最小頻率風(fēng)向的上風(fēng)側(cè)及地勢較低的開闊地帶[4]。

（2）廠房的形式

液氯儲罐推薦采用密閉式廠房[2，3]，便于事故氯的捕集和處理，防止泄漏到大氣中給環(huán)境和人員造成傷害。

（3）用電負(fù)荷等級

氯氣捕集工藝中的事故處理工序中的設(shè)備用電負(fù)荷為一級，滿足在緊急情況下事故氯的捕集處理。

（4）設(shè)備布置

地上液氯罐區(qū)地面應(yīng)低于周圍地面0.3～0.5 m或在貯存區(qū)周邊設(shè)0.3～0.5 m的事故圍堰，防止一旦發(fā)生液氯泄漏事故，液氯氣化面擴(kuò)大[2]。

5 結(jié)束語

總而言之，由于液氯本身的毒性，一旦發(fā)生事故，將會對環(huán)境和人員的生命造成傷害。所以，要嚴(yán)格執(zhí)行國家、行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行設(shè)計，從而達(dá)到液氯儲存安全的目的。

［1］工藝系統(tǒng)工程設(shè)計技術(shù)規(guī)定-設(shè)備和管道系統(tǒng)設(shè)計壓力和設(shè)計溫度的確定.HG/T2.570.1-1995[S].北京：中華人民共和國化學(xué)工業(yè)部，1996.

［2］中國氯堿工業(yè)協(xié)會.關(guān)于氯氣安全設(shè)施和應(yīng)急技術(shù)的指導(dǎo)意見.中國氯堿工業(yè)協(xié)會（2010）協(xié)字第070號．

［3］中國氯堿工業(yè)協(xié)會.關(guān)于氯氣安全設(shè)施和應(yīng)急技術(shù)的補(bǔ)充指導(dǎo)意見.中國氯堿工業(yè)協(xié)會（2012）協(xié)字第012號．

［4］化工企業(yè)總圖運(yùn)輸設(shè)計規(guī)范.GB50489-2009[S].北京：中國計劃出版社，2009.

［5］氯氣安全技術(shù)規(guī)程.GB 11984－2008[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

［6］石油化工儲運(yùn)系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計規(guī)范.SH/T3007-2014[S]. 北京：中國石化出版社，2014.

［7］工業(yè)建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范. GB50019-2015[S]. 北京：中國計劃出版社，2015.

［8］化工采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范. HG/T20698-2009[S]. 北京：人民出版社，2009.

［9］張維凡. 常用化學(xué)危險物品安全手冊[M]. 北京：中國醫(yī)藥科技出版社，1992.

Process Safety Design of Liquid Chlorine Tank Farm

（Liaoning Petroleum-Chemical Industry Planning & Designing Institute Co., Ltd., Liaoning Shenyang 110000, China）

Chlorine gas is a basic chemical raw material with wide range of application. Due to the toxicity of chlorine gas, once an accident occurs, it will cause damage to the environment and human life. Therefore, there are strict requirements for the safe storage of chlorine gas. The national and industrial standards for the design should be strictly implemented from the tank design parameters, tank capacity calculation, process design and other safety facilities, in order to achieve the purpose of liquid chlorine storage safety.

liquid chlorine; tank farm; process design; safety

大連化學(xué)物理研究所科研成果介紹

微反應(yīng)技術(shù)硝化合成硝酸異辛酯

負(fù)責(zé)人：陳光文 聯(lián)絡(luò)人：陳光文

電話：0411-84379031 傳真：0411-84379327 Email：gwchen@dicp.ac.cn

學(xué)科領(lǐng)域：精細(xì)化工 項目階段：中試放大

項目簡介及應(yīng)用領(lǐng)域

異辛醇混酸硝化生產(chǎn)的硝酸異辛酯作為柴油十六烷值改進(jìn)劑，對柴油油品升級起著重要作用。按典型的0.1%的添加量計，每萬噸硝酸異辛酯可以調(diào)和1000萬噸符合國V 排放標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)質(zhì)柴油。隨著油品的升級換代，硝酸異辛酯產(chǎn)品的市場需求量勢必增加。由于硝酸異辛酯生產(chǎn)比較危險，技術(shù)主要由法國SNPE、瑞士BIAZZI等少數(shù)軍工企業(yè)掌握。國內(nèi)，西安萬德能源化學(xué)公司采用微管式生產(chǎn)工藝，每年產(chǎn)能為1萬噸，但數(shù)十條線并行生產(chǎn)工藝弊端明顯。

本項目采用微通道反應(yīng)器技術(shù)，在反應(yīng)熱力學(xué)和反應(yīng)動力學(xué)研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新性開發(fā)了微反應(yīng)技術(shù)硝化合成硝酸異辛酯工藝，該工藝的主要特點(diǎn)是：異辛醇和混酸在并行多通道微混合器中接觸反應(yīng)，混合器內(nèi)體積微小、物料混合均勻，反應(yīng)時間短，傳熱速率快，產(chǎn)物和酸可實現(xiàn)連續(xù)自動分離。技術(shù)指標(biāo)包括：原料轉(zhuǎn)化率高于 99.9 %，產(chǎn)品純度高于 99.5 %，水分小于 0.05%，酸度小于3mg KOH/100ml。本項目同時揭示了反應(yīng)過程中的爆炸機(jī)制，因而這項技術(shù)具有無可比擬的先進(jìn)性和安全性。本技術(shù)具有自主知識產(chǎn)權(quán)，已申請專利 2 件，發(fā)表學(xué)術(shù)論文 2 篇。目前， 已建立 50～100 噸微反應(yīng)裝置一套，并可以快速設(shè)計搭建單套 600～1000 噸反應(yīng)裝置。

合作方式：合作開發(fā)

投資規(guī)模：1000～5000 萬

TQ 124.4

A

1004-0935（2020）04-0438-03

2020-01-15

李森林（1980-），男，高級工程師，碩士，遼寧黑山人，2007年畢業(yè)于沈陽工業(yè)大學(xué)材料學(xué)專業(yè)，研究方向：從事化工管道設(shè)計工作。