王秀珍 (中石化石油工程設(shè)計(jì)有限公司，山東 東營(yíng) 257026)

0 引言

液化烴為在15 ℃時(shí)，蒸氣壓大于0.1 MPa 的烴類液體及其他類似的液體[1]，屬于甲A 類火災(zāi)危險(xiǎn)性物質(zhì)。液化烴屬于多組分混合物，成分一般包括：甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丁烷，及其他碳?xì)浠衔?，還包括微量的硫化合物。液化烴儲(chǔ)罐多為大型全壓力式球形儲(chǔ)罐。與其他類型的壓力容器比較，球罐有許多突出的優(yōu)勢(shì)。比如在相同工作壓力、相同容量的情況下，球罐比圓筒形壓力容器具有表面積小，需要的鋼板厚度更薄，因此球罐耗鋼量更少、質(zhì)量更輕。除此之外，球罐還有易于大型化，占地面積較小、方便檢修和操作、受風(fēng)面積小、基礎(chǔ)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

1 液化烴球罐的設(shè)備布置

全壓力式液化烴儲(chǔ)罐破裂時(shí)，罐內(nèi)液態(tài)液化氣會(huì)因罐內(nèi)壓力的急劇下降而立即氣化成大量氣體，繼而降至地面向四周擴(kuò)散。所以，全壓力式液化石油氣儲(chǔ)罐一旦發(fā)生泄漏，危險(xiǎn)性高，危害性大。因此，提升液化烴儲(chǔ)罐的安全系數(shù)、降低罐區(qū)的事故發(fā)生率是每一項(xiàng)工程中的重要任務(wù)，科學(xué)、規(guī)范的設(shè)計(jì)亦顯得尤為重要。

1.1 罐區(qū)的位置選取

液化烴屬于易燃易爆物質(zhì)，而罐區(qū)因儲(chǔ)存大，會(huì)對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)安全、工作人員的生命安全及自然環(huán)境構(gòu)成極大地威脅。因此，液化烴罐區(qū)的選擇需充分考慮當(dāng)?shù)氐匦蔚刭|(zhì)條件及氣候影響，宜布置在工廠的邊緣地帶，且在站場(chǎng)常年最小頻率風(fēng)向的上風(fēng)側(cè)，并應(yīng)避開不良通風(fēng)或窩風(fēng)地段，保證罐區(qū)通風(fēng)性良好，防止液化烴泄漏時(shí)氣相在地面積聚，以減少儲(chǔ)罐及其附屬設(shè)備漏氣擴(kuò)散發(fā)生事故時(shí)對(duì)其他建筑物的危害。

1.2 設(shè)備布置要求

液化烴儲(chǔ)罐應(yīng)成組布置，每組儲(chǔ)罐的布置不應(yīng)超過兩排，全壓力式儲(chǔ)罐的個(gè)數(shù)應(yīng)不多于12 個(gè)。罐區(qū)內(nèi)液化烴球罐的布置在滿足工藝流程的要求的情況下，還應(yīng)滿足防火規(guī)范對(duì)儲(chǔ)罐間距的規(guī)定。不同規(guī)范間規(guī)定略有偏差，本著安全第一的原則，罐組內(nèi)球罐與球罐的間距應(yīng)不小于相鄰球罐中較大罐的直徑。分組布置的罐區(qū)，相鄰罐組間的防火間距(罐壁至罐壁)不應(yīng)小于20 m。

在實(shí)際的設(shè)計(jì)工作中，若條件允許，適當(dāng)增大球罐之間的間距是很有必要的。內(nèi)安監(jiān)管三字〔2014〕104號(hào)就規(guī)定，因區(qū)內(nèi)化工生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)單位用地相對(duì)寬裕，地上立式儲(chǔ)罐之間的距離，不小于現(xiàn)行國(guó)家、行業(yè)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范規(guī)定下限的兩倍；與球罐等壓力儲(chǔ)罐間的距離，不小于相鄰兩者其直徑或高度中的較大值。

1.3 防護(hù)墻的設(shè)置

GB 50351 《儲(chǔ)罐區(qū)防火堤設(shè)計(jì)規(guī)范》中對(duì)防火堤、防護(hù)墻的定義做了明確的規(guī)定，防火堤是防止液體外流、火災(zāi)蔓延的構(gòu)筑物，用于常壓易燃以及可燃液體的儲(chǔ)罐組、常壓條件下通過低溫使物質(zhì)由氣態(tài)變成液態(tài)的儲(chǔ)罐組或其他液態(tài)危險(xiǎn)品儲(chǔ)罐組；防護(hù)墻則是防止下沉氣體外溢的構(gòu)筑物，用于常溫條件下通過加壓使物質(zhì)由氣態(tài)變成液態(tài)的儲(chǔ)罐組。根據(jù)規(guī)范的規(guī)定，液化烴球罐區(qū)應(yīng)設(shè)置防護(hù)墻。

全壓力式液化烴球罐周圍宜設(shè)置高度不低于0.6 m的不燃燒體防護(hù)墻，根據(jù)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》核實(shí)規(guī)定，液化石油氣泄漏時(shí)0.6 m 以上高度為安全區(qū)。同時(shí)考慮罐組內(nèi)良好的通風(fēng)性，防護(hù)墻高度不宜過高。

防護(hù)墻內(nèi)隔墻的設(shè)置應(yīng)根據(jù)規(guī)范要求而定，隔墻內(nèi)所有儲(chǔ)罐容積之和不宜大于8 000 m3，單罐容量大于或等于5 000 m3時(shí)應(yīng)建單罐單堤。但按照安監(jiān)總管三〔2014〕68 號(hào)的要求，可燃液體儲(chǔ)罐的防火堤或防火隔堤要按單罐單堤的要求進(jìn)行設(shè)置。因此工程設(shè)計(jì)中，液化烴罐區(qū)通常按單罐單堤進(jìn)行隔墻的設(shè)計(jì)，隔墻的高度宜為0.3 m。

1.4 球罐頂部平臺(tái)的設(shè)置

為使球罐頂部平臺(tái)面積最大化，可在球罐頂部設(shè)圓形平臺(tái)，平臺(tái)尺寸根據(jù)罐頂管線安裝需求及機(jī)制專業(yè)球罐設(shè)計(jì)要求確定。為保證每個(gè)球罐頂平臺(tái)有兩個(gè)處于不同方位的逃生梯，相鄰球罐間設(shè)聯(lián)合平臺(tái)，靠邊的球罐上增設(shè)逃生斜梯或旋梯。

2 液化烴球罐的管道布置

2.1 液化烴儲(chǔ)罐進(jìn)出口管線安裝

根據(jù)規(guī)定，與球罐連接的管線應(yīng)采用撓性連接方式[2]，管線安裝盡量采用管線自然補(bǔ)償方式，以減少球罐泄漏危險(xiǎn)。

球罐物料出口管線即泵入口管線除考慮撓性連接外，還需充分考慮裝車泵的需求。液化烴密度小、飽和蒸氣壓高，液化烴泵極易產(chǎn)生氣蝕問題，因此管出口管線盡可能縮短管路，減少?gòu)澒埽詼p少泵前管路上的流動(dòng)損失，進(jìn)而滿足泵的有效汽蝕余量(NPSHa)。且泵入口管線應(yīng)采取“步步低”安裝方式，避免“氣袋”的產(chǎn)生。根據(jù)以上要求確定罐出口管線的安裝高度，同時(shí)綜合考慮通風(fēng)等因素，確定液化烴球罐的設(shè)備安裝高度。

罐區(qū)內(nèi)的液化烴管道通常地上敷設(shè)，地上敷設(shè)一般有兩種安裝方式，一是沿地面低支架敷設(shè)，二是沿管廊高支架敷設(shè)，兩種方式安裝的管道均不得環(huán)繞液化烴儲(chǔ)罐。

2.2 注水管線的安裝

生產(chǎn)實(shí)踐證明：當(dāng)儲(chǔ)罐長(zhǎng)期使用時(shí)，儲(chǔ)罐底板、焊縫會(huì)因腐蝕穿孔或法蘭墊片處發(fā)生泄漏，此時(shí)向儲(chǔ)罐內(nèi)注水抬高液化烴液面，將泄漏點(diǎn)置于注水面以下，可有效防止液化烴的泄漏。因此，全壓力式液化烴儲(chǔ)罐應(yīng)采取注水措施以防止液化烴的泄漏。

液化烴球罐的注水措施采用物料管線輔助的方式，球罐底部的注水管線連接在物料管道上。注水管線的布置應(yīng)以安全、快速、方便人員操作為原則，宜采用半固定注水方式，需要注水時(shí)連接快速接頭，迅速實(shí)現(xiàn)有效注水。

根據(jù)相關(guān)要求，罐區(qū)的應(yīng)急救援水力管道系統(tǒng)的手動(dòng)閥門設(shè)置在罐區(qū)之外，且事故發(fā)生時(shí)便于操作的位置。

2.3 液化烴儲(chǔ)罐的放空管線設(shè)計(jì)

液化烴儲(chǔ)罐應(yīng)至少設(shè)有兩個(gè)安全閥(一個(gè)在線備用) 和一個(gè)緊急放空[3]，每個(gè)安全閥和緊急放空線的能力均應(yīng)滿足事故狀態(tài)下安全泄放量的要求。

2.3.1 液化烴儲(chǔ)罐放空管線的配管設(shè)計(jì)

液化烴儲(chǔ)罐安全閥應(yīng)豎直安裝(垂直于水平面)于儲(chǔ)罐的氣相空間上部，安全閥布置位置高于放空總管。為避免安全閥后局部積液、降低安全閥后管道背壓，放空管線“無袋型”“步步低”安裝，順介質(zhì)流向45°斜接入火炬放空總管。

以某項(xiàng)目為例，探討放空管線的不同安裝方式。

某項(xiàng)目配套的液化烴罐區(qū)包含2 個(gè)650 m3穩(wěn)定輕烴球罐，2 個(gè)1 500 m3液化氣球罐，其中650 m3球罐球體直徑為14.20 m，放空管線總管公稱尺寸為DN250，在工程設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行了多種安裝方式的比對(duì)。

(1)罐頂平鋪式安裝

利用液化烴儲(chǔ)罐頂部平臺(tái)進(jìn)行安裝，安裝如圖1所示。

圖1 液化烴球形儲(chǔ)罐安全閥罐頂平鋪式安裝形式

優(yōu)點(diǎn)：能夠充分利用液化烴球形儲(chǔ)罐頂部平臺(tái)，利用45°彎頭拐角最大限度的利用平臺(tái)空間，減小平臺(tái)尺寸，保證球罐本體受力平衡；液化烴球形儲(chǔ)罐放空口位于平臺(tái)一側(cè)，BDV 放空及安全閥放空出口管線與放空總管同一走向布置，管線內(nèi)介質(zhì)流動(dòng)穩(wěn)定。

缺點(diǎn)：管線45°安裝使平臺(tái)270°范圍內(nèi)布滿管線，增加了操作的難度；45°拐角使管線支撐點(diǎn)位置不規(guī)則，增加了液化烴儲(chǔ)罐平臺(tái)橫梁設(shè)計(jì)的難度；罐頂平臺(tái)應(yīng)有兩個(gè)處于不同方位的逃生梯，此安裝方式增加了逃生梯布置的難度。

(2)液化烴儲(chǔ)罐頂BDV 放空管線采用回繞式兩層安裝，如圖2 所示。

圖2 液化烴球形儲(chǔ)罐安全閥回繞式兩層安裝形式

優(yōu)點(diǎn)：能夠充分利用平臺(tái)上立體空間，減小平臺(tái)上管線的平鋪面積，預(yù)留出了更多的操作空間，有利于平臺(tái)逃生通道的布置；管線支撐的受力點(diǎn)位置更加規(guī)則，有利于液化烴球形儲(chǔ)罐平臺(tái)的橫梁設(shè)計(jì)。

缺點(diǎn)：此安裝方式的放空口位置使的BDV 出口管線與放空總管走向相反，采用180°回繞式與放空總管相連，管線內(nèi)流體流態(tài)更加紊亂，增大了出口管線的壓力降；二層管線安裝高度高，加大了管線支撐的難度。

(3)框架式安裝，如圖3 所示。

圖3 液化烴球形儲(chǔ)罐安全閥框架式安裝形式

此種安裝方式原因分析如下：在(1) 及(2) 中兩種安裝方式下，平臺(tái)尺寸最小為5.5 m，各種閥門及管線充水重量達(dá)近10 t，此種情況對(duì)液化烴球形儲(chǔ)罐的受力分析非常不利，故將儲(chǔ)罐頂放空閥安裝于框架，減小儲(chǔ)罐本身的受力。此種安裝方式，安全閥高度高于罐頂平臺(tái)，并垂直于球罐的氣相空間，滿足規(guī)范的要求。

優(yōu)點(diǎn)：減小儲(chǔ)罐自身受力；所有管線沿框架柱子及聯(lián)合平臺(tái)敷設(shè)，避免管線在儲(chǔ)罐上的支撐，儲(chǔ)罐頂部平臺(tái)尺寸可大大減小。

缺點(diǎn)：框架尺寸較大，增加投資成本；安全閥及BDV 入口管線較長(zhǎng)，增大放空閥入口的壓力降。

2.3.2 安全閥安裝可行性分析

安全閥的安裝在滿足放空管道安裝高度要求的情況下，還需考慮安全閥入口壓力降及出口背壓是否滿足相關(guān)要求。

安全閥進(jìn)口管線需要考慮流體流動(dòng)在管線中的壓降，以使進(jìn)口管線的配管設(shè)計(jì)能保證系統(tǒng)正常操作。如果安全閥與被保護(hù)容器之間的管線壓力損失過大會(huì)對(duì)泄放系統(tǒng)的泄放量造成不利影響，并會(huì)導(dǎo)致泄放閥不穩(wěn)定[4]。影響安全閥的壓力降是由不可回收的入口壓力損失(湍流分散)及壓力泄放閥進(jìn)口管線內(nèi)部的摩擦力造成的。

當(dāng)安全閥放空管線與容器直接相連的時(shí)，為保證泄放閥的穩(wěn)定性，壓力容器與安全閥之間的總壓力損失不得大于安全閥設(shè)定壓力的3%。

背壓是壓力泄放裝置出口處的壓力，是由放空系統(tǒng)內(nèi)壓力導(dǎo)致的。安全閥的背壓等于附加背壓加積聚背壓。安全閥出口管道的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮背壓不宜過大，例如：普通的彈簧安全閥，出口背壓不超過其定壓值的10%。

計(jì)算安全閥的背壓，應(yīng)從火炬頭開始反算全廠放空系統(tǒng)管網(wǎng)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)的排放背壓，各節(jié)點(diǎn)的背壓應(yīng)低于該點(diǎn)允許背壓。

在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)中，根據(jù)以上公式確定安全閥的安裝的是否可行，在本項(xiàng)目中，通過計(jì)算得知安全閥的三種安裝形式均是可行的。

2.4 泵的設(shè)置

罐組的專用泵應(yīng)布置在防火堤外，與儲(chǔ)罐的間距應(yīng)符合距甲A 類儲(chǔ)罐不應(yīng)小于15 m；液化烴裝車泵的回氣管道宜與儲(chǔ)罐的氣相管道接通，且不應(yīng)有袋形。

3 結(jié)語(yǔ)

液化烴儲(chǔ)罐區(qū)的配管安裝設(shè)計(jì)必須嚴(yán)格遵守國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范的有關(guān)規(guī)定。液化烴球形儲(chǔ)罐的配管設(shè)計(jì)應(yīng)在充分理解和掌握工藝流程及相關(guān)規(guī)范的前提下，不局限于其他類似設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，根據(jù)具體設(shè)備的設(shè)計(jì)參數(shù)，有針對(duì)性的考慮類似設(shè)計(jì)的缺陷及不足之處，開拓思路，選取更合適的配管安裝方式。