液化烴球罐區(qū)注水措施設(shè)計(jì)

張 健

(南京揚(yáng)子石油化工設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210000)

1 項(xiàng)目概況

液化烴是指在15℃時(shí)，蒸汽壓大于0.1MPa的烴類液體及其他類似的液體，不包括液化天然氣，危險(xiǎn)性為甲A類，是易燃易爆介質(zhì)。液化烴氣相密度大于空氣，液相密度小于水，一旦泄漏，遇明火極易造成火災(zāi)或爆炸事故。

《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》(GB50160-2008)第6.3.16條指出：“全壓力式儲(chǔ)罐應(yīng)采取防止液化烴泄漏的注水措施[1]?！?/p>

《石油化工儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)范》(SH/T3007-2014)第6.4.6條指出：“常溫液化烴儲(chǔ)罐應(yīng)采取防止液化烴泄漏的注水措施[2]?！?/p>

某石化企業(yè)球罐區(qū)T1011/1012/1013/1014(丙烯球罐)不滿足規(guī)范要求，所以需要對(duì)其進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，增加防止液化烴泄漏的注水設(shè)施。

2 注水系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)

液化烴球罐根部法蘭連接處由于密封結(jié)構(gòu)選擇不當(dāng)或墊片老化，極易造成法蘭墊片密封失效。球罐罐底法蘭泄漏措施有三種(1)采用邊強(qiáng)行堵漏邊進(jìn)行倒罐或打開(kāi)緊急放空閥放空，由于液化烴汽化需要大量吸熱，發(fā)生著火、爆炸、凍傷的可能性很大。(2)采用向法蘭密封面處高壓緊急注膠的方法，但此方法較難實(shí)施。(3)設(shè)置注水措施方法，從穩(wěn)高壓消防水管處敷設(shè)一條注水管線至球罐底，泄漏時(shí)，立即啟動(dòng)注水泵，由于水的密度大于液化烴的密度，水會(huì)在球罐底部，起到水封的作用，為搶修爭(zhēng)取時(shí)間。比較幾種措施可知，設(shè)置注水措施是比較可行的方法[3]。

2.1 注水水源

該改造項(xiàng)目采用穩(wěn)高壓消防水系統(tǒng)作為注水水源，操作壓力為1.1MPa(G)。在進(jìn)行穩(wěn)高壓消防水系統(tǒng)管網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)需考慮球罐泄漏狀態(tài)下的注水用水量，一般為50～100t/h的水量[4]。

2.2 注水點(diǎn)的設(shè)置

液化烴球罐底部注水點(diǎn)，一般有三種流程：直接注水法、借用工藝泵注水法、設(shè)置專有泵注水法。

2.2．1 直接注水法

當(dāng)穩(wěn)高壓消防水系統(tǒng)壓力滿足注水壓力要求時(shí)，注水點(diǎn)設(shè)置在液化烴儲(chǔ)罐進(jìn)泵線上，按照規(guī)范要求，水和液化烴這兩種不同介質(zhì)的工藝管道相連需設(shè)置2個(gè)閥門，1個(gè)導(dǎo)淋，防止液化烴和水互串。當(dāng)需要注水時(shí)，打開(kāi)注水管道閥門，穩(wěn)高壓消防水通過(guò)進(jìn)泵線進(jìn)入球罐，實(shí)現(xiàn)注水操作。

2.2．2 借用工藝泵注水法

當(dāng)穩(wěn)高壓消防水壓力不能保證穩(wěn)定時(shí)，需借用物料泵提壓進(jìn)行注水，注水點(diǎn)設(shè)置在液化烴儲(chǔ)罐進(jìn)泵線上。當(dāng)需要注水時(shí)，打開(kāi)物料泵，穩(wěn)高壓消防水通過(guò)倒罐線進(jìn)入球罐，實(shí)現(xiàn)注水操作。

2.2．3 設(shè)置專有泵注水法

當(dāng)穩(wěn)高壓消防水壓力不能保證穩(wěn)定，同時(shí)物料泵不能滿足注水要求時(shí)，需增設(shè)專有注水泵，專有注水泵的流量、揚(yáng)程等參數(shù)需滿足注水要求，與專有注水泵相連的注水管線的等級(jí)需與注水的工藝物料的等級(jí)保持一致。當(dāng)需要注水時(shí)，打開(kāi)專有注水泵，穩(wěn)高壓消防水通過(guò)倒罐線進(jìn)入球罐，實(shí)現(xiàn)注水操作。

3 注水泵流量及壓力

3.1 設(shè)計(jì)原則

通過(guò)管道向液化烴球罐注入的水量應(yīng)大于等于從法蘭處泄漏的物料量，以保證從泄漏處流出的是水而不是液化烴。當(dāng)球罐的液位不再上升，從泄漏處流出的完全是水，此時(shí)的水量就是保證注水管道有效工作的最小水量[5]。

注水管道內(nèi)的水必須具備足夠的壓力，此壓力應(yīng)大于系統(tǒng)的沿程阻力、局部阻力、升高的位能(注水點(diǎn)到球罐最高液位的位能差)、破損處的壓力(為液化烴在操作溫度下的飽和蒸汽壓和該處的位能差引起的壓力)之和。如罐組內(nèi)有多個(gè)液化烴品種，應(yīng)按照最苛刻的原則進(jìn)行考慮，比較各種液化烴球罐的計(jì)算壓力，取最高值為注水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壓力。

3.2 注水量的確定

由于液化烴球罐的泄漏部位通常是進(jìn)出口管道閥門法蘭處，可以把法蘭密封處的破損而引起的泄漏看作容器壁上開(kāi)一個(gè)口，這種泄漏看作孔口出流，泄漏量按公式(1)計(jì)算。

(1)

式中：P——?dú)庀囡柡驼羝麎海?Pa(a)；

P0——大氣壓， Pa；

ρ——密度，kg/m3；

Q——泄漏量，m3/h；

g——重力加速度，9.8m/s2；

μ——流量系數(shù)，0.62；

h——球罐的最高液位到泄漏點(diǎn)的高差， m；

A——破損處泄漏面積， m2。(按纏繞式墊片的破損裂縫一般不超過(guò)周圍的1/7進(jìn)行計(jì)算。在近似計(jì)算的情況下，可取A等于墊片周長(zhǎng)的1/7乘以墊片的厚度。)

丙烯40℃時(shí)的飽和蒸汽壓為1639000 Pa(a)，大氣壓力取101300 Pa(a)，ρ為478 kg/m3，高液位h為13.69m，丙烯管徑為14寸，計(jì)算出墊片內(nèi)徑為371.6mm。計(jì)算出T1011/1012/1013/1014球罐所需的注水量為137m3/h。

3.3 注水壓力的確定

對(duì)于操作壓力較低的液化烴球罐，由于環(huán)罐組四周的高壓消防水系統(tǒng)壓力基本穩(wěn)定在0.8MPa(G)左右，穩(wěn)高壓消防水管網(wǎng)的壓力完全可以滿足操作壓力低于0.4MPa(G)的球罐的注水壓力要求。當(dāng)高壓消防水系統(tǒng)壓力不能保證穩(wěn)定時(shí)，需要考慮借用物料泵或設(shè)置專有注水泵進(jìn)行注水。

以T1011計(jì)算，90%容積時(shí)液位為13.69m，40℃丙烯密度478kg/m3，液位產(chǎn)生的壓力為0.066MPa(G)，40℃時(shí)注水量為137m3/h,取1.1倍安全系數(shù)，為150m3/h，球罐最高操作壓力1.54 MPa(G)，消防水壓力1.1MPa(G)，克服高差及沿程阻力降，注水泵出口壓力為1.665 MPa(G) ，進(jìn)出口壓差為0.565 MPa(G)，取1.2倍安全系數(shù)，進(jìn)出口壓差為0.678 MPa(G)，揚(yáng)程為70m。

3.4 注水流速

為防止靜電的產(chǎn)生和積聚，并考慮液化烴和水的分層速度，向球罐內(nèi)注水的流速不宜過(guò)大，建議設(shè)計(jì)注水流速為1.5～2.5m/s。

4 結(jié)語(yǔ)

液化烴球罐設(shè)置注水系統(tǒng)是防止球罐泄漏事故的一項(xiàng)重要措施，通過(guò)分析、計(jì)算，確定注水水源、注水量、注水壓力等問(wèn)題，液化烴球罐的設(shè)計(jì)時(shí)，必須嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范相關(guān)注水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，運(yùn)行單位應(yīng)做好可行的應(yīng)急預(yù)案，及時(shí)消除安全隱患，確保液化烴球罐的安全運(yùn)行。