劉瓊，王偉

（1.廣東中化石油化工設(shè)計(jì)有限公司，廣東 廣州 510700；2.深圳市城市公共安全技術(shù)研究院有限公司，廣東 深圳 518000）

儲(chǔ)罐是石油化工裝置和儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)設(shè)施的重要組成部分，儲(chǔ)運(yùn)罐區(qū)中涉及的化學(xué)品多為易燃易爆、有毒有害介質(zhì)，不僅儲(chǔ)存數(shù)量大而且種類(lèi)多，一旦發(fā)生泄漏、火災(zāi)或爆炸事故，將給人民生命和財(cái)產(chǎn)安全造成嚴(yán)重危害。隨著石油石化儲(chǔ)運(yùn)罐區(qū)的整治升級(jí)，現(xiàn)有儲(chǔ)罐的利舊改造的安全設(shè)計(jì)極其重要。本文以固定頂柴油儲(chǔ)罐改造為內(nèi)浮頂汽油儲(chǔ)罐為例，從罐體改造設(shè)計(jì)、儲(chǔ)罐附件設(shè)計(jì)和儲(chǔ)罐工藝安全設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行闡述。

1 罐體改造設(shè)計(jì)

本儲(chǔ)罐原本為固定頂儲(chǔ)罐，儲(chǔ)罐容量為10000m3，原儲(chǔ)存介質(zhì)為柴油（丙A類(lèi)液體），現(xiàn)由于罐區(qū)升級(jí)改造，儲(chǔ)存介質(zhì)由柴油變?yōu)槠停譈 類(lèi)液體），柴油儲(chǔ)罐需改造為汽油儲(chǔ)罐。10000m3儲(chǔ)罐主要設(shè)計(jì)條件見(jiàn)表1。

表1 10000m3 儲(chǔ)罐主要設(shè)計(jì)條件

1.1 儲(chǔ)罐選型

由于改造后儲(chǔ)存介質(zhì)汽油為甲B 類(lèi)液體，根據(jù)《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)(2018 年版)》標(biāo)準(zhǔn)要求，儲(chǔ)存甲B、乙A 類(lèi)液體應(yīng)選用金屬浮艙式的浮頂或內(nèi)浮頂罐。當(dāng)單罐容積大于5000m3時(shí)，內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐應(yīng)采用鋼制單盤(pán)或雙盤(pán)式浮頂。因此，本儲(chǔ)罐將改造為鋼制浮盤(pán)內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐。

1.2 罐體核算

儲(chǔ)罐利舊的首要條件是需滿(mǎn)足《油罐的檢驗(yàn)、修理、改建及翻建》標(biāo)準(zhǔn)要求，利舊儲(chǔ)罐的罐壁及罐底板經(jīng)檢測(cè)合格后，方可進(jìn)行后續(xù)利舊設(shè)計(jì)。當(dāng)儲(chǔ)罐檢測(cè)合格后，應(yīng)依據(jù)《立式圓筒形鋼制焊接油罐設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，對(duì)儲(chǔ)罐頂板、壁板及底板進(jìn)行核算，頂板、壁板及底板厚度滿(mǎn)足強(qiáng)度計(jì)算后方可利舊。經(jīng)核算，本儲(chǔ)罐的頂板、壁板及底板厚度滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。同時(shí)，應(yīng)對(duì)儲(chǔ)罐抗風(fēng)穩(wěn)定進(jìn)行計(jì)算，為確保儲(chǔ)罐不發(fā)生傾倒，應(yīng)滿(mǎn)足

1.3 開(kāi)口設(shè)計(jì)

改造后，儲(chǔ)罐新增呼吸閥、緊急放空人孔和氮封系統(tǒng)等開(kāi)口。由于增加鋼制浮盤(pán)，儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)液位的降低，高高液位報(bào)警開(kāi)口需適當(dāng)下降，罐壁需重新開(kāi)設(shè)高高液位報(bào)警口。高高液位報(bào)警口的標(biāo)高需保證開(kāi)口接管的焊縫及補(bǔ)強(qiáng)圈的焊縫與原罐壁縱向、環(huán)向焊縫滿(mǎn)足最小間距的要求。為了方便操作人員從浮盤(pán)上部進(jìn)入罐內(nèi)檢修，在浮盤(pán)以上合適位置處開(kāi)設(shè)了帶芯人孔。同時(shí)，為了滿(mǎn)足成品油出廠油品要求，在儲(chǔ)罐罐壁增加調(diào)和管線(xiàn)開(kāi)口，在儲(chǔ)罐中心線(xiàn)附近安裝調(diào)和噴嘴，使汽油調(diào)和均勻。

2 儲(chǔ)罐附件設(shè)計(jì)

由于汽油為甲B 類(lèi)液體，固定頂儲(chǔ)罐改為內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐時(shí)，將增加鋼制浮盤(pán)，設(shè)置氮?dú)饷芊獗Ｗo(hù)系統(tǒng)。改造后，儲(chǔ)罐量油孔、透光孔、入孔、排污孔（或清掃孔）等附件利舊，新增呼吸閥、緊急放空人孔和氮封閥等附件。

2.1 鋼制浮盤(pán)

根據(jù)《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》要求，當(dāng)儲(chǔ)存揮發(fā)性有機(jī)液體的真實(shí)蒸氣壓P 符合27.6kPa ≤P ＜76.6kPa，且儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)容積≥75m3時(shí)，內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐的浮盤(pán)與罐壁之間應(yīng)采用液體鑲嵌式、機(jī)械式鞋形、雙封式等高效密封方式。浮盤(pán)密封包帶材質(zhì)一般選用氟橡膠或丁腈橡膠。

2.2 呼吸閥

呼吸閥是一種防止罐內(nèi)超壓的儲(chǔ)罐保護(hù)設(shè)備，通常在罐頂中央的頂板范圍內(nèi)設(shè)置帶阻火功能的呼吸閥。呼吸閥的數(shù)量和規(guī)格應(yīng)根據(jù)所需呼吸閥的通氣量和呼吸閥的通氣量曲線(xiàn)來(lái)確定。呼吸閥的呼出量不得小于儲(chǔ)罐介質(zhì)的最大進(jìn)料量和因大氣最大升溫導(dǎo)致儲(chǔ)罐內(nèi)氣體膨脹所需要排出的氣體量?jī)烧咧?；呼吸閥的吸入量不得小于儲(chǔ)罐介質(zhì)的最大出料量和因大氣最大降溫導(dǎo)致儲(chǔ)罐內(nèi)氣體收縮時(shí)所需要吸入的空氣量?jī)烧咧汀?/p>

在缺乏呼吸閥的通氣量曲線(xiàn)的情況下，呼吸閥的數(shù)量和規(guī)格可參照《石油化工儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)范》，根據(jù)儲(chǔ)罐的容量和進(jìn)（出）儲(chǔ)罐的最大介質(zhì)流量來(lái)確定的。如本文改造的10000m3儲(chǔ)罐應(yīng)設(shè)置2 個(gè)直徑為300mm 的呼吸閥，同時(shí)，應(yīng)確保進(jìn)出儲(chǔ)罐的最大介質(zhì)流量不大于2600m/h3。

2.3 緊急放空人孔

緊急放空人孔也稱(chēng)泄壓人孔，直徑不宜小于500mm，直接通向大氣，通常在罐頂范圍內(nèi)設(shè)置。在氮?dú)饷芊獗Ｗo(hù)系統(tǒng)或呼吸閥出現(xiàn)故障的情況下，當(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)部壓力急劇上升，罐內(nèi)超壓嚴(yán)重，僅僅依靠呼吸閥無(wú)法滿(mǎn)足介質(zhì)泄放要求時(shí)，泄壓人孔將開(kāi)啟，進(jìn)行緊急泄放，以保護(hù)罐體不被超壓破壞。

2.4 氮封閥

氮封閥是用來(lái)控制儲(chǔ)罐內(nèi)氮?dú)饷芊鈮毫Φ囊环N自力式調(diào)節(jié)閥門(mén)，主要用于隔離儲(chǔ)罐介質(zhì)與外界空氣的接觸，降低儲(chǔ)罐內(nèi)氣相空間形成混合性爆炸氣體的可能，維持罐內(nèi)微正壓，避免出現(xiàn)罐體承受外壓的情況，保護(hù)儲(chǔ)罐安全。

3 儲(chǔ)罐工藝安全設(shè)計(jì)

通過(guò)設(shè)計(jì)手段保障儲(chǔ)罐本質(zhì)安全是儲(chǔ)罐安全設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)和追求，本小節(jié)從儲(chǔ)罐的液位聯(lián)鎖、氮封及安全泄放系統(tǒng)壓力設(shè)計(jì)方面介紹了儲(chǔ)罐的工藝安全設(shè)計(jì)。

3.1 液位聯(lián)鎖設(shè)計(jì)

固定頂儲(chǔ)罐改造為內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐后，由于改造后新增浮盤(pán)，改造后內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)儲(chǔ)存液位，要根據(jù)浮盤(pán)的設(shè)計(jì)最大高度重新進(jìn)行調(diào)整，其設(shè)計(jì)儲(chǔ)存的高液位按照下列公式進(jìn)行計(jì)算：

其中，h1為浮盤(pán)設(shè)計(jì)的最大高度（浮盤(pán)底面），如果采用鋼制浮盤(pán)，其取值宜為罐壁頂以下0.9 ～1.0m；h2為考慮響應(yīng)時(shí)間而按照儲(chǔ)罐最大進(jìn)液量所折算成的高度，一般取10 ～15min 儲(chǔ)罐最大進(jìn)液量；h3為液位高度設(shè)計(jì)安全裕量，根據(jù)儲(chǔ)存介質(zhì)的膨脹高度和保護(hù)浮盤(pán)所需要的裕量來(lái)確定，一般取值為0.3m。改造后內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)的高高液位報(bào)警時(shí)應(yīng)聯(lián)鎖關(guān)閉儲(chǔ)罐進(jìn)口閥門(mén)，其設(shè)計(jì)儲(chǔ)存的高高液位按照下列公式進(jìn)行計(jì)算：

由于浮盤(pán)一旦落底，就會(huì)在液面和浮盤(pán)之間存在氣相空間，為有效抑制油氣的揮發(fā)，消除氣相空間，要保持浮盤(pán)始終漂浮在液面上。改造后內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)儲(chǔ)存的低低液位報(bào)警時(shí)應(yīng)聯(lián)鎖關(guān)閉儲(chǔ)罐出料泵，一般低低液位設(shè)計(jì)應(yīng)考慮浮盤(pán)支腿的高度、浮倉(cāng)的高度及安全裕量（一般可取0.2m）。低液位設(shè)計(jì)宜高出浮盤(pán)落底高度，同時(shí)，還應(yīng)滿(mǎn)足從低液位報(bào)警開(kāi)始10 ～15min 時(shí)間內(nèi)，出料泵不會(huì)發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。

3.2 氮封及泄放系統(tǒng)壓力設(shè)計(jì)

氮封及泄放系統(tǒng)壓力設(shè)定，是儲(chǔ)罐安全保護(hù)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)綜合考慮儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)壓力、氮?dú)鈮毫托狗畔到y(tǒng)各設(shè)備的聯(lián)動(dòng)關(guān)系。本儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)正壓為1.96kPa，設(shè)計(jì)負(fù)壓為-0.49kPa，儲(chǔ)罐氮?dú)夤艿肋M(jìn)氣壓力為0.5kPa。呼吸閥的進(jìn)氣壓力應(yīng)高于儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)負(fù)壓力，呼吸閥的排氣壓力應(yīng)大于氮?dú)鈮毫Σ⑿∮谛箟喝丝椎拈_(kāi)啟壓力；泄壓人孔的開(kāi)啟壓力應(yīng)高于呼吸閥的排氣壓力，并且不應(yīng)大于儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)正壓力。氮封及泄放系統(tǒng)壓力設(shè)計(jì)如圖1 所示。

圖1 氮封及泄放系統(tǒng)壓力設(shè)計(jì)

4 結(jié)語(yǔ)

柴油儲(chǔ)罐改造為汽油儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)時(shí)，需注意以下幾點(diǎn)，以保證儲(chǔ)罐改造后的安全使用。

（1）儲(chǔ)存介質(zhì)改變及介質(zhì)密度發(fā)生變化后，需根據(jù)改造后的介質(zhì)性質(zhì)重新進(jìn)行儲(chǔ)罐強(qiáng)度校核及穩(wěn)定性校核；（2）儲(chǔ)罐安全附件、液位控制等需重新考慮。