葛友匯(九江石化設(shè)計(jì)工程有限公司，江西 九江 332000)

1 液化烴球罐脫水設(shè)施現(xiàn)狀

目前國(guó)內(nèi)大部分液化烴球罐采用人工手動(dòng)脫水，液化烴罐區(qū)內(nèi)每臺(tái)球罐設(shè)置1套二次脫水罐，整個(gè)罐區(qū)設(shè)置1臺(tái)污水收集罐。液化烴球罐底部通過管道與二次脫水罐聯(lián)通，脫水罐設(shè)有液位計(jì)、壓力表和安全閥等，安全閥出口與低壓瓦斯管道聯(lián)通，區(qū)域內(nèi)所有二次脫水罐出口管道聯(lián)通至污水收集罐，污水收集罐出口與含油污水管網(wǎng)連接，主要流程如圖1所示。

圖1 人工脫水流程圖

脫水過程：球罐操作人員定期對(duì)球罐進(jìn)行脫水作業(yè)，在作業(yè)前，將二次脫水罐前閥門關(guān)閉，打開罐出口操作閥，操作人員憑經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合液位計(jì)，操作一定時(shí)間后，關(guān)閉脫水罐出口閥，打開罐入口閥，脫水作業(yè)完畢。

污水輸送過程：各個(gè)球罐的污水進(jìn)入污水收集罐，當(dāng)罐內(nèi)液位達(dá)到一定高度時(shí)，關(guān)閉罐入口閥門，打開罐出口閥門，打開氮?dú)忾y門，通過低壓氮?dú)鈮毫⑽鬯拗械暮臀鬯斔椭梁臀鬯芫W(wǎng)。

常規(guī)的液化烴脫水過程主要靠人工經(jīng)驗(yàn)，脫出的水中是否含有液化烴存在較大不確定性，如過多的液化烴泄漏至含油污水管網(wǎng)，容易造成火災(zāi)、爆炸等風(fēng)險(xiǎn)。GB 50160—2008(2018年版)《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第6.3.14條規(guī)定：全壓力式液化烴球罐宜采用有防凍措施的二次脫水系統(tǒng)(1)。中國(guó)石油化工集體股份有限公司的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/SH 0749—2018《液化烴儲(chǔ)運(yùn)工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》第7.1.16條規(guī)定：有脫水操作的全壓力式液化烴球罐應(yīng)設(shè)置有防凍措施的二次自動(dòng)脫水裝置(2)。中石化企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)自動(dòng)脫水裝置設(shè)計(jì)壓力、自控儀表系統(tǒng)和脫水含烴率均提出了具體要求?？梢姡瑖?guó)內(nèi)某些具有先進(jìn)安全管理經(jīng)驗(yàn)的企業(yè)已經(jīng)意識(shí)到液化烴球罐人工脫水的安全隱患。

2 自動(dòng)脫水裝置流程簡(jiǎn)介

考慮到液化烴泄漏的危險(xiǎn)性，液化烴球罐應(yīng)采用兩級(jí)自動(dòng)脫水：每座液化烴球罐配置一套自動(dòng)脫水單元，自動(dòng)脫水單元安裝于球罐垂直投影范圍內(nèi)，自動(dòng)脫水單元的進(jìn)水口與球罐排水管道聯(lián)通，該連接為自動(dòng)脫水單元與球罐的唯一聯(lián)通；各個(gè)自動(dòng)脫水單元的脫水閥通過管道連接罐區(qū)污水匯總管，罐區(qū)污水匯總管的末端連接于污水收集與輸送單元的進(jìn)水口；污水收集與輸送單元排水閥通過法蘭及管道連接于罐區(qū)含油污水系統(tǒng)，具體流程如圖2所示。

圖2 球罐兩級(jí)自動(dòng)脫水流程圖

自動(dòng)脫水裝置主要設(shè)備包括脫水罐、進(jìn)水閥、出水閥、液位計(jì)、安全閥等，自動(dòng)脫水單元的設(shè)計(jì)能力可達(dá)到3m3/h, 通常情況下，液化烴球罐每天脫水一次，每次脫水量小于50L, 裝置內(nèi)管道污水流速可控制在2m/s以下。

脫水過程如下：當(dāng)球罐內(nèi)有水時(shí)，由于密度差的作用，水因?yàn)楸戎卮蠖詣?dòng)流入脫水罐，脫水罐內(nèi)的烴類介質(zhì)自動(dòng)返回球罐，實(shí)現(xiàn)了球罐內(nèi)的水與脫水罐內(nèi)的烴類介質(zhì)自動(dòng)交換。當(dāng)自動(dòng)脫水單元脫水罐高位油水檢測(cè)傳感器(S1)檢測(cè)信號(hào)為“水”時(shí)，進(jìn)水閥關(guān)閉，系統(tǒng)自檢正常且達(dá)到預(yù)設(shè)沉降時(shí)間，脫水閥打開，脫水罐內(nèi)的水在介質(zhì)的飽和蒸氣壓作用下經(jīng)管道排入污水收集與輸送單元的污水罐。當(dāng)自動(dòng)脫水單元內(nèi)的“油水界面”下降至脫水罐低位油水檢測(cè)傳感感器(S2)的位置時(shí)，低位油水檢測(cè)傳感器的檢測(cè)信號(hào)為“油”，脫水閥關(guān)閉，本次脫水過程結(jié)束。當(dāng)S2液位傳感器故障時(shí)，低低位油水檢測(cè)傳感器(S3)檢測(cè)信號(hào)為“油”時(shí)，SIS系統(tǒng)輸出故障聯(lián)鎖信號(hào)，關(guān)閉本單元進(jìn)水閥、脫水閥。各單罐含油污水收集后進(jìn)入二級(jí)自動(dòng)脫水裝置，脫水過程與一級(jí)自動(dòng)脫水系統(tǒng)類似。

經(jīng)過兩級(jí)自動(dòng)脫水裝置，將最大限度降低液化烴泄漏至含油污水管網(wǎng)，極大降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。

3 自動(dòng)脫水裝置技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用前景

3.1 占地面積小，維護(hù)方便

自動(dòng)脫水裝置在滿足液化烴球罐的脫水量、水中含烴率等要求下，其設(shè)計(jì)、配置充分考慮了現(xiàn)場(chǎng)安裝、施工和日常維護(hù)等要求，整個(gè)撬塊長(zhǎng)、寬、高均小于2m， 自重不大于800kg, 占地面積小、質(zhì)量輕，適用于復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)條件，其結(jié)構(gòu)型式如圖3所示。

圖3 脫水裝置結(jié)構(gòu)型式

該裝置現(xiàn)場(chǎng)安裝無需動(dòng)火施工，安裝便捷。球罐排水管道與自動(dòng)脫水單元進(jìn)水口的法蘭連接是系統(tǒng)與球罐的唯一聯(lián)通。系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)安裝無需在液化烴球罐及相連接管道上動(dòng)火，無需清罐，設(shè)備安裝便捷安全。裝置的油水檢測(cè)傳感器為外貼式安裝，三重化冗余配置的超聲波傳感器最大限度兼顧了安全性與可用性，在其中一個(gè)傳感器出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)依然能正常運(yùn)行，此時(shí)可對(duì)故障傳感器進(jìn)行修復(fù)，不會(huì)影響生產(chǎn)正常運(yùn)行。裝置進(jìn)出口、安全閥前后均配置手動(dòng)開關(guān)閥，便于裝置的拆卸維護(hù)。

3.2 采用超聲波液位傳感器

自動(dòng)脫水裝置在使用過程中，應(yīng)及時(shí)準(zhǔn)確檢測(cè)出脫水罐內(nèi)的油水界面，以便判斷脫水作業(yè)過程。裝置采用超聲波液位傳感器，依據(jù)超聲波在油、水介質(zhì)中聲學(xué)特性差異，精準(zhǔn)識(shí)別罐內(nèi)油水界面。非接觸式超聲波傳感器具有油水檢測(cè)準(zhǔn)確，傳感器不結(jié)垢、不結(jié)蠟、自清洗、免維護(hù)等諸多優(yōu)點(diǎn)；液位計(jì)安裝采用非插入式測(cè)量方式，傳感器安裝金屬容器外壁，金屬容器無需開孔，系統(tǒng)泄漏點(diǎn)最少，便于更換。同時(shí)，超聲波傳感器具有故障自動(dòng)診斷、事件記錄等功能。

3.3 采用“三取二”冗余設(shè)計(jì)，低低液位進(jìn)SIS系統(tǒng)

自動(dòng)脫水裝置設(shè)置的非接觸式超聲波油水檢測(cè)傳感器(S1～S3)均為三重化冗余配置，相關(guān)控制閥的啟閉按油水檢測(cè)傳感器檢測(cè)信號(hào)的“三取二”結(jié)果進(jìn)行控制，最大限度避免了傳感器錯(cuò)誤信號(hào)所導(dǎo)致的控制閥誤動(dòng)作，防止因液位傳感器故障而導(dǎo)致液化烴進(jìn)入含油污水管網(wǎng)。同時(shí)，低低液位(S3傳感器)信號(hào)進(jìn)入SIS系統(tǒng)，當(dāng)?shù)鸵何恍盘?hào)(S2傳感器)故障時(shí)，S3傳感器如檢測(cè)到油水界面，SIS系統(tǒng)將給出故障聯(lián)鎖信號(hào)，自動(dòng)切斷脫水罐進(jìn)、出口閥門，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)，確保脫水作業(yè)本質(zhì)安全。

3.4 控制系統(tǒng)采取多重安全保護(hù)措施

裝置的控制電路應(yīng)用了潔凈電源技術(shù)，具有高度抗電磁干擾能力。電路的硬件、軟件均采用容錯(cuò)設(shè)計(jì)，冗余配置高性能CPU，并具有故障自診斷及報(bào)警功能。

裝置配有壓力變送器、溫度變送器等，當(dāng)裝置的壓力、溫度出現(xiàn)異常時(shí)自動(dòng)脫水單元發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并自動(dòng)關(guān)閉系統(tǒng)內(nèi)有關(guān)控制閥。

裝置設(shè)有緊急停車按鈕，配有現(xiàn)場(chǎng)操作柱，操作柱安置在罐區(qū)防火墻外。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)緊急情況時(shí)，通過操作柱上緊急停止按鈕可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉。

裝置內(nèi)壓力容器均配置有兩道安全閥，安全閥出口與罐區(qū)火炬管道相連接。安全閥出口管道上均配有溫度傳感器，通過溫度檢測(cè)實(shí)現(xiàn)安全閥出口介質(zhì)的在線實(shí)時(shí)檢測(cè)。

裝置配有磁翻板液位計(jì)，操作人員可通過磁翻板液位計(jì)所顯示的脫水罐油水界位校核非接觸式超聲波油水檢測(cè)傳感器及控制功能的正確性。

裝置可接入現(xiàn)場(chǎng)可燃有毒氣體報(bào)警儀信號(hào)，并可連鎖控制系統(tǒng)內(nèi)各控制閥。

裝置內(nèi)變送器具有與遠(yuǎn)程DCS通訊功能，并接受遠(yuǎn)程DCS控制，實(shí)現(xiàn)液化烴球罐脫水操作與球罐其他參數(shù)關(guān)聯(lián)控制，將液化烴球罐脫水操作納入球罐總體控制系統(tǒng)中。

3.5 裝置為故障安全型，具有故障自診斷功能

裝置系統(tǒng)為故障安全型，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)停電、失風(fēng)及其他故障時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出遠(yuǎn)程報(bào)警信號(hào)，系統(tǒng)內(nèi)各控制閥自動(dòng)關(guān)閉。

裝置具有故障自診斷功能，當(dāng)裝置傳感器故障、變送控制器故障、控制閥閥位故障、控制閥內(nèi)漏和通訊故障時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出遠(yuǎn)程報(bào)警信號(hào)，聯(lián)鎖關(guān)閉系統(tǒng)內(nèi)各控制閥。

3.6 應(yīng)用前景

國(guó)內(nèi)某大型石化企業(yè)液化烴罐區(qū)設(shè)有球罐近30臺(tái)，脫水裝置原采用人工手動(dòng)脫水，脫水管道埋地敷設(shè)。在實(shí)際操作過程中，操作人員每天需對(duì)每一臺(tái)液化烴球罐進(jìn)行脫水作業(yè)，工作任務(wù)繁重，且脫水過程憑經(jīng)驗(yàn)操作，含油污水中液化烴含量經(jīng)常超標(biāo)，存在巨大安全風(fēng)險(xiǎn)。通過拆除原有脫水球罐、更換自動(dòng)脫水裝置后，該煉油企業(yè)大大緩解了操作壓力，節(jié)約了人力資源成本，運(yùn)行至今，未出現(xiàn)任何問題，脫出的水中液化烴含量穩(wěn)定在50mg/L以下，消除了安全隱患。

由此可見，液化烴球罐自動(dòng)脫水裝置具有智能自動(dòng)脫水、油水檢測(cè)準(zhǔn)確、日常維護(hù)便利以及本質(zhì)安全等諸多優(yōu)點(diǎn)。在一些大型石油化工企業(yè)，液化烴球罐較多，如果采用人工脫水，日常維護(hù)工作巨大、作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，且安全風(fēng)險(xiǎn)極高，不利于企業(yè)自身發(fā)展，也不能適應(yīng)當(dāng)前國(guó)家對(duì)安全、環(huán)保、職業(yè)衛(wèi)生日趨嚴(yán)格的發(fā)展要求。目前，自動(dòng)脫水裝置因其技術(shù)先進(jìn)、性能可靠、安全環(huán)保等諸多優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)某些大型石油化工企業(yè)已獲得近百套成功應(yīng)用案例，多年應(yīng)用實(shí)踐表明：該系統(tǒng)的應(yīng)用可徹底消除人工手動(dòng)操作所伴生的安全隱患與環(huán)境污染，完全避免了液化烴球罐所排污水對(duì)操作人員職業(yè)健康傷害，同時(shí)，節(jié)約了人力資料成本，填補(bǔ)了液化烴球罐脫水作業(yè)自動(dòng)化、信息化的空白，完整實(shí)現(xiàn)了液化烴球罐操作、監(jiān)控的自動(dòng)化、智能化，大幅度提升了液化烴球罐的安全、環(huán)保水平。因此，建議有條件的企業(yè)也應(yīng)提升自身安全、環(huán)保管理意識(shí)，本著降低液化烴罐區(qū)安全風(fēng)險(xiǎn)出發(fā)，積極應(yīng)用液化烴球罐自動(dòng)脫水技術(shù)。

4 結(jié)語

本文根據(jù)目前國(guó)內(nèi)液化烴球罐手動(dòng)脫水設(shè)施存在的安全隱患，提出了一種球罐自動(dòng)脫水設(shè)施，該設(shè)施具有智能自動(dòng)脫水、油水檢測(cè)準(zhǔn)確、日常維護(hù)便利以及本質(zhì)安全等諸多優(yōu)點(diǎn)，可提高現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化程度、降低現(xiàn)場(chǎng)操作強(qiáng)度、最大限度降低安全風(fēng)險(xiǎn)。建議大力推廣液化烴球罐自動(dòng)脫水裝置，有條件的企業(yè)應(yīng)結(jié)合自身發(fā)展需要，積極應(yīng)用，確保液化烴球罐脫水作業(yè)本質(zhì)安全。

由于石油化工企業(yè)液化烴罐區(qū)普遍占地面積大、球罐數(shù)量多，日常脫水任務(wù)繁重，本人從安全環(huán)保和日常管理方面對(duì)自動(dòng)脫水裝置提出五點(diǎn)建議：(1)自動(dòng)脫水裝置中壓力容器的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)等應(yīng)滿足石油化工企業(yè)壓力容器相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，所配置的自控和電氣設(shè)備均應(yīng)符合石油化工企業(yè)壓力容器、液化烴罐區(qū)的儀表、電氣相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)要求；(2)自動(dòng)脫水裝置進(jìn)出口閥門應(yīng)選用靈敏度高的閥門，尤其是出口閥門，在接到SIS系統(tǒng)故障信號(hào)后，能快速切斷，確保液化烴不泄漏，如選用電磁閥應(yīng)避免來自中控室直流電壓損失而導(dǎo)致的電磁閥不動(dòng)作情況出現(xiàn)；(3)含油污水管道應(yīng)采用地面管墩敷設(shè)，不應(yīng)埋地敷設(shè)，在每個(gè)罐組隔堤處應(yīng)設(shè)置隔斷閥，在日常管理中，含油污水管道如有泄漏可被及時(shí)準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)；(4)有條件的企業(yè)，可設(shè)置兩套二級(jí)自動(dòng)脫水裝置，一用一備，在一套檢修或事故狀態(tài)下，另一套可繼續(xù)使用，確保球罐脫水作業(yè)進(jìn)行；(5)在自動(dòng)脫水設(shè)施附近應(yīng)設(shè)置可燃或有毒氣體報(bào)警儀，可與罐區(qū)可燃或有毒氣體報(bào)警儀共用，報(bào)警信號(hào)進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)控制室，如果脫水設(shè)施發(fā)生泄漏且脫水設(shè)施的控制系統(tǒng)失靈時(shí)，液化烴泄漏可及時(shí)被發(fā)現(xiàn)，確保液化烴脫水作業(yè)本質(zhì)安全。