長(zhǎng)距離輸煤管道儲(chǔ)漿罐與石油儲(chǔ)罐對(duì)比研究

梁霏飛　吳崇　李用芝

(中煤科工集團(tuán)武漢設(shè)計(jì)研究院有限公司　武漢 430064)

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長(zhǎng)距離輸煤管道儲(chǔ)漿罐與石油儲(chǔ)罐對(duì)比研究

梁霏飛吳崇李用芝

(中煤科工集團(tuán)武漢設(shè)計(jì)研究院有限公司武漢 430064)

摘要對(duì)比研究長(zhǎng)距離輸煤管道儲(chǔ)漿罐與石油儲(chǔ)罐攪拌設(shè)計(jì)特點(diǎn)、罐頂設(shè)計(jì)特點(diǎn)、消防安全設(shè)施特點(diǎn)。經(jīng)分析可知，長(zhǎng)距離輸煤管道儲(chǔ)漿罐宜選用推進(jìn)式攪拌器，罐壁上設(shè)置導(dǎo)流結(jié)構(gòu)，宜采用固定頂、錐頂，設(shè)置簡(jiǎn)單消防安全設(shè)施，宜選用難燃保溫材料；石油儲(chǔ)罐優(yōu)先選用旋轉(zhuǎn)噴射式攪拌器，罐內(nèi)油品進(jìn)行定期攪拌，采用浮頂，大型的一般選用外浮頂，需設(shè)置完善消防安全設(shè)施。

關(guān)鍵詞長(zhǎng)距離輸煤管道儲(chǔ)漿罐石油儲(chǔ)罐

A Comparative Study on Long Distance Coal Transportation Pipeline Slurry Storage Tank and Oil Storage Tank

LIANG FeifeiWU ChongLI Yongzhi

(WuhanDesign&ResearchCo.,Ltd.ofChinaCoalTechnology&EngineeringGroupWuhan430064)

AbstractThe stirring and tank top design features, as well as fire protection installation design are discussed by comparative study on the properties of long distance coal slurry storage tank and oil storage tank stored. Long distance coal transportation pipeline slurry storage tank is suggested to use propeller agitator and set baffles diversion structure inside the tank wall, adopt fixed roof, generally suitable for cone roof and set simple fire protection installations, also appropriate for fire resistant thermal insulation materials. The oil storage tank is prior to the rotating spray agitator, regularly stirred, in which the floating roof is adopted, external floating one is preferential to large scale oil storage tank and also the fire protection installations should be completed.

Key Wordslong distance coal transportation pipelineslurry storage tankoil storage tank

0引言

長(zhǎng)距離輸煤管道儲(chǔ)漿罐作為長(zhǎng)距離輸煤管道工程的關(guān)鍵設(shè)備，起著緩沖和調(diào)節(jié)作用，既擔(dān)負(fù)著首端制漿系統(tǒng)與管輸系統(tǒng)的緩沖，又擔(dān)負(fù)著管輸系統(tǒng)與終端用戶之間的緩沖，直接影響整個(gè)管道輸煤系統(tǒng)的運(yùn)行。長(zhǎng)距離輸煤管道的規(guī)模一般較大，需足夠的緩沖能力以確保管道輸送的連續(xù)與安全，因此長(zhǎng)距離輸煤管道儲(chǔ)漿罐的容量較大，要求單罐容積為3 000 m3～1萬m3，國內(nèi)尚未建成適用于長(zhǎng)距離輸煤管道的大型儲(chǔ)罐。長(zhǎng)距離管道輸送煤漿為便于終端用戶再加工利用，一般不添加分散劑，因此不易保持均勻狀態(tài)、易發(fā)生固液分離，煤漿儲(chǔ)存攪拌要求較高，現(xiàn)有儲(chǔ)罐難以滿足長(zhǎng)距離輸煤管道的工藝要求。

石油儲(chǔ)罐是石化企業(yè)原料、中間產(chǎn)品和成品的儲(chǔ)存裝置，目前世界各國儲(chǔ)存石油的主體罐型為單罐容積10萬m3～15萬m3。鑒于大容積石油儲(chǔ)罐具有單位容積的耗鋼量小、投資少、運(yùn)行成本低、占地面積小的特點(diǎn)，為降低石油儲(chǔ)存成本，需建造更大容積石油儲(chǔ)罐。石油儲(chǔ)罐儲(chǔ)存的物質(zhì)具有易揮發(fā)、易爆炸的特點(diǎn)，石油儲(chǔ)罐容積變大也將使危險(xiǎn)性增加[1]。

1攪拌設(shè)計(jì)特點(diǎn)

1.1長(zhǎng)距離輸煤管道儲(chǔ)漿罐攪拌設(shè)計(jì)特點(diǎn)

長(zhǎng)距離管道輸送煤漿要求保持儲(chǔ)漿罐上、下煤漿重量濃度差很小且不發(fā)生沉淀，并且保證24 h全天候連續(xù)工作，否則可能導(dǎo)致不合格的煤漿進(jìn)入長(zhǎng)距離輸煤管道。同時(shí)，攪拌效果不過關(guān)的攪拌器可能導(dǎo)致煤漿固體顆粒分布的均勻性達(dá)不到合格范圍，進(jìn)而成為不合格煤漿。不合格煤漿供給輸送管道可能導(dǎo)致堵管、爆管等事故，影響長(zhǎng)距離輸煤管道安全運(yùn)行，即使不合格煤漿輸送到終端，也會(huì)影響終端用戶的使用。長(zhǎng)距離管道輸送煤漿固體顆粒粒徑大，比重為水的1.2～1.6倍，固體顆粒在水中有沉降性且沉降速度快，因而長(zhǎng)距離管道輸送煤漿的攪拌難度大，對(duì)攪拌器的要求高，需具備足夠的上下循環(huán)泵送能力和全容積攪拌的特點(diǎn)。

針對(duì)長(zhǎng)距離管道輸送煤漿的特性及工藝要求，長(zhǎng)距離輸煤管道儲(chǔ)漿罐應(yīng)設(shè)置大型攪拌器，既要達(dá)到攪拌效果，又要安全、可靠。攪拌器以一定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)使煤漿產(chǎn)生渦流，但如果煤漿始終以不變的渦流運(yùn)動(dòng)，將造成粗顆粒沉降快而細(xì)顆粒將沉降慢，導(dǎo)致粗細(xì)顆粒分離，進(jìn)而影響儲(chǔ)漿罐煤漿上、下粒度級(jí)配。長(zhǎng)距離輸煤管道儲(chǔ)漿罐需采用攪拌效果好的機(jī)械攪拌，同時(shí)為了最大限度加強(qiáng)軸向流，宜采用推進(jìn)式攪拌器。另外，需在儲(chǔ)罐中增加導(dǎo)流結(jié)構(gòu)配合攪拌器，如在罐壁上設(shè)置擋板輔助攪拌，將切向流轉(zhuǎn)換為徑向和軸向流，增加湍流和對(duì)流循環(huán)強(qiáng)度，從而保證煤漿攪拌效果。

1.2石油儲(chǔ)罐攪拌設(shè)計(jì)特點(diǎn)

石油為單相介質(zhì)，與長(zhǎng)距離管道輸送煤漿相比不易沉淀，但儲(chǔ)罐內(nèi)的油品儲(chǔ)存一段時(shí)間后，會(huì)也出現(xiàn)罐底油泥沉積、油品分層、溫度不均勻等現(xiàn)象，對(duì)儲(chǔ)罐的長(zhǎng)期安全生產(chǎn)帶來不利的影響，因此需對(duì)儲(chǔ)罐內(nèi)油品進(jìn)行定期攪拌。

攪拌器的選型關(guān)系到石油儲(chǔ)罐的建設(shè)成本、安全性和經(jīng)濟(jì)性，目前石油儲(chǔ)罐攪拌設(shè)施主要有葉輪式和旋轉(zhuǎn)噴射式攪拌器。研究表明，葉輪式攪拌器螺旋槳的轉(zhuǎn)動(dòng)使儲(chǔ)罐內(nèi)液體產(chǎn)生兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，一個(gè)沿螺旋槳軸線方向向前運(yùn)動(dòng)，另一個(gè)沿螺旋槳圓周方向運(yùn)動(dòng)，使儲(chǔ)罐內(nèi)物質(zhì)上下翻動(dòng)以達(dá)到攪拌的目的。而旋轉(zhuǎn)噴射攪拌器是由噴嘴噴出物質(zhì)的反作用力驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)噴射器旋轉(zhuǎn)，噴嘴通過形成環(huán)狀噴射流態(tài)和定向旋轉(zhuǎn)環(huán)流全方位攪拌。另外，旋轉(zhuǎn)噴射式攪拌器在能耗、安裝成本、維護(hù)便利性、運(yùn)行安全性等方面均比葉輪式攪拌器有優(yōu)勢(shì)，并且隨著旋轉(zhuǎn)噴射器的廣泛應(yīng)用，其配套的工藝管路設(shè)計(jì)、風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施也更為成熟，故應(yīng)優(yōu)先考慮使用旋轉(zhuǎn)噴射式攪拌器。但是，在北方一些高粘度石油儲(chǔ)罐中，仍主要選用葉輪式攪拌器，因?yàn)楦哒扯仁土鲃?dòng)性差導(dǎo)致射流強(qiáng)度小，旋轉(zhuǎn)噴射式攪拌器攪拌效果差[2]。

2罐頂設(shè)計(jì)特點(diǎn)

2.1長(zhǎng)距離輸煤管道儲(chǔ)漿罐罐頂設(shè)計(jì)特點(diǎn)

儲(chǔ)罐罐頂有固定頂和浮動(dòng)頂兩種，固定頂分為錐頂、拱頂和傘形頂，浮動(dòng)頂結(jié)構(gòu)復(fù)雜且加工制造成本高，主要用于儲(chǔ)存揮發(fā)性物質(zhì)。

長(zhǎng)距離輸煤管道儲(chǔ)漿罐由于其儲(chǔ)存的煤漿受溫度、濃度的影響較大，需要對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行封頂處理，以防止雨水、雪、揚(yáng)沙混入煤漿影響長(zhǎng)距離輸煤管道的輸送效率，且煤漿揮發(fā)性不強(qiáng)，因而適于采用固定頂。常規(guī)情況下，長(zhǎng)距離輸煤管道儲(chǔ)漿罐都裝配有頂裝立式攪拌器，但拱頂結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)罐不適宜頂裝立式攪拌器，且拱頂結(jié)構(gòu)制作加工工藝復(fù)雜，加工需使用模具，成本較高，而錐頂制作加工工藝簡(jiǎn)單，便于現(xiàn)場(chǎng)制作，因而一般采用錐頂。

2.2石油儲(chǔ)罐罐頂設(shè)計(jì)特點(diǎn)

國內(nèi)外石油儲(chǔ)罐罐頂類型主要有固定頂、內(nèi)浮頂和外浮頂。石油中含有的液化烴沸點(diǎn)很低，在常溫下具有較大的蒸汽壓，容易達(dá)到引起燃燒所需的最低限度的蒸發(fā)量，火災(zāi)危險(xiǎn)性大，因此石油儲(chǔ)罐密封要求較嚴(yán)格。

固定頂儲(chǔ)罐在油品上存在油氣混合空間，極易發(fā)生爆炸，存儲(chǔ)大量油品時(shí)不宜采用固定頂儲(chǔ)罐。浮頂儲(chǔ)罐的頂能隨油品液面上下浮動(dòng)，浮頂與罐壁之間有密封裝置，浮頂直接與油品液面接觸無氣體空間，可減少油品揮發(fā)，因此浮頂儲(chǔ)罐是石油儲(chǔ)罐的主要罐型。浮頂儲(chǔ)罐的形式有內(nèi)浮頂和外浮頂，內(nèi)浮頂密閉性更好，能夠大幅度減少石油揮發(fā)，安全性較高，但制造成本也高，多用于儲(chǔ)存輕質(zhì)油[3]；外浮頂?shù)陌踩砸草^高，且易做成大型儲(chǔ)罐。

3消防安全設(shè)施特點(diǎn)

3.1長(zhǎng)距離輸煤管道儲(chǔ)漿罐消防安全設(shè)施特點(diǎn)

水煤漿流化懸浮高效潔凈燃燒技術(shù)熾熱流化床溫度高達(dá)850～950 ℃左右，水煤漿傳統(tǒng)霧化-懸浮燃燒技術(shù)工業(yè)鍋爐燃燒溫度高達(dá)1 500～1 600 ℃左右[4]，而長(zhǎng)距離管道輸送煤漿濃度比水煤漿更低，輸送到終端還需脫水后才可投入使用，因此，長(zhǎng)距離管道輸送煤漿也具有與水煤漿相似的特性，即燃燒熱值低、不易燃燒。這一特性使得電氣、明火、發(fā)動(dòng)機(jī)、焊接和其他容易引起火災(zāi)的因素都不易引起長(zhǎng)距離輸煤管道儲(chǔ)漿罐發(fā)生火災(zāi)，因此設(shè)置簡(jiǎn)單的消防安全設(shè)施即可。由于僅設(shè)置簡(jiǎn)單的消防安全設(shè)施，因而儲(chǔ)漿罐保溫材料宜選用難燃材料。

3.2石油儲(chǔ)罐消防安全設(shè)施特點(diǎn)

石油儲(chǔ)罐儲(chǔ)存的油品具有易揮發(fā)、易燃燒、易爆炸等特性，是火災(zāi)、爆炸多發(fā)區(qū)域，一旦發(fā)生火災(zāi)，必須在短時(shí)間內(nèi)滅火。因此，石油儲(chǔ)罐消防安全設(shè)施至關(guān)重要，不但要滿足日常防火的需要，還應(yīng)具備發(fā)生火災(zāi)時(shí)的技術(shù)保障[5]。石油儲(chǔ)罐設(shè)置的消防設(shè)施需具備以下特點(diǎn)：

(1)防雷、防靜電設(shè)施。設(shè)置防雷設(shè)施，避免雷擊引起火災(zāi)事故。設(shè)置防靜電措施，例如通常將浮頂與罐壁用導(dǎo)線做電氣連接并設(shè)置接地裝置。

(2)合理的電氣設(shè)備及電器防爆設(shè)施。應(yīng)合理選用、使用防爆型且防爆等級(jí)足夠的泵房電機(jī)、燈具、開關(guān)等電氣設(shè)備。

(3)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)設(shè)施及可燃?xì)怏w檢測(cè)裝置。設(shè)置火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)設(shè)施，儲(chǔ)罐發(fā)生故障立即報(bào)警。設(shè)置可燃?xì)怏w檢測(cè)裝置，儲(chǔ)罐泄漏導(dǎo)致可燃?xì)怏w濃度超標(biāo)立即報(bào)警[6]。

(4)保護(hù)設(shè)施。為減少石油儲(chǔ)罐罐面燃燒產(chǎn)生的輻射熱對(duì)著火儲(chǔ)罐及鄰近儲(chǔ)罐的危害，需在儲(chǔ)罐外壁和相連的管道上噴涂防火隔熱涂料形成保護(hù)層。另外，設(shè)置水冷卻系統(tǒng)，設(shè)置一定數(shù)量水炮。

(5)固定滅火系統(tǒng)。設(shè)置固定滅火系統(tǒng)，發(fā)生火災(zāi)時(shí)可按照預(yù)定程序立即啟動(dòng)，實(shí)施滅火。

(6)消防系統(tǒng)。消防系統(tǒng)包括水冷卻系統(tǒng)和泡沫滅火系統(tǒng)，儲(chǔ)罐區(qū)必須設(shè)置儲(chǔ)水、輸水設(shè)備，往往設(shè)置穩(wěn)高壓給水系統(tǒng)和臨時(shí)高壓給水系統(tǒng)，還應(yīng)在輸水管線和泡沫管線上分別設(shè)置消火栓和泡沫栓[7]。

4結(jié)論

結(jié)合長(zhǎng)距離輸煤管道儲(chǔ)漿罐與石油儲(chǔ)罐儲(chǔ)存物質(zhì)的特性以及儲(chǔ)罐大型化的特點(diǎn)，分析比較了長(zhǎng)距離輸煤管道儲(chǔ)漿罐與石油儲(chǔ)罐的攪拌設(shè)計(jì)特點(diǎn)、罐頂設(shè)計(jì)特點(diǎn)以及消防安全設(shè)施特點(diǎn)，并提出長(zhǎng)距離輸煤管道儲(chǔ)漿罐應(yīng)具備的特點(diǎn)，得出如下結(jié)論：

(1)長(zhǎng)距離輸煤管道儲(chǔ)漿罐建議選用推進(jìn)式攪拌器，并在罐壁上設(shè)置擋板導(dǎo)流結(jié)構(gòu)，需保證全天候24 h連續(xù)工作。石油儲(chǔ)罐應(yīng)優(yōu)先選用能耗、安裝成本、維護(hù)便利性、運(yùn)行安全性等方面均有優(yōu)勢(shì)的旋轉(zhuǎn)噴射式攪拌器，但高粘度石油流動(dòng)性差導(dǎo)致射流強(qiáng)度小，宜選用葉輪式攪拌器，石油儲(chǔ)罐需對(duì)儲(chǔ)罐內(nèi)油品進(jìn)行定期攪拌。

(2)長(zhǎng)距離輸煤管道儲(chǔ)漿罐宜采用固定頂，并且由于裝配有頂裝立式攪拌器，一般采用錐頂。石油儲(chǔ)罐的主體罐型是可減少油品揮發(fā)的浮頂罐，且大型石油儲(chǔ)罐一般選用外浮頂。

(3)長(zhǎng)距離輸煤管道儲(chǔ)漿罐設(shè)置簡(jiǎn)單的消防安全設(shè)施即可，因此儲(chǔ)漿罐宜選用難燃保溫材料。石油儲(chǔ)罐消防安全設(shè)施要求嚴(yán)格，需設(shè)置完善的消防安全設(shè)施，需設(shè)置防雷設(shè)施、防靜電設(shè)施、合理的電氣設(shè)備和電器防爆設(shè)施、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)設(shè)施及可燃?xì)怏w檢測(cè)裝置、石油儲(chǔ)罐保護(hù)設(shè)施、固定滅火系統(tǒng)以及消防系統(tǒng)等消防安全設(shè)施。

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(收稿日期：2015-02-15)

作者簡(jiǎn)介梁霏飛，女，1985年生，山西忻州人，碩士研究生(中國礦業(yè)大學(xué)化工學(xué)院化學(xué)工程與技術(shù))，助理工程師，主要從事長(zhǎng)距離輸煤管道的設(shè)計(jì)和研究。