液氨儲罐布置和管道安全設計

黃 麗

（遼寧省石油化工規(guī)劃設計院有限公司，遼寧 沈陽 110004）

液氨是一種重要的化工原料，不僅是尿素等化學肥料的重要原料，而且還可用做其他領域，如醫(yī)藥和農(nóng)藥等領域甚至是國防領域。由于液氨屬于有毒、易燃、易爆介質，具有腐蝕性，且容易揮發(fā)，所以其化學事故發(fā)生率相當高，近幾年發(fā)生了數(shù)起液氨泄漏、中毒事故，造成了人員傷亡和經(jīng)濟損失。本文就液氨罐區(qū)的工藝及管道的安全設計相關內(nèi)容進行論述。

1 液氨儲存方式[1]

為運輸及儲存便利，通常將氣態(tài)的氨通過加壓或冷卻得到液態(tài)氨，即將其液化。其儲存一般采用壓縮、低溫或用兩者結合的方法，其中低壓降溫、常壓低溫和中壓常溫是國內(nèi)常用的儲存方式。

1.1 低壓降溫儲存

這種方法是采用冷凍系統(tǒng)將液態(tài)氨適當降低溫度以獲得相應較低的儲存壓力。

1.2 常壓低溫儲存

該方法是將液態(tài)氨采用冷凍系統(tǒng)降溫到其沸點以下，將液態(tài)氨對應的氣相壓力控制在和大氣壓相同或接近，這樣就可以使用常壓方式進行儲存。

1.3 中壓常溫儲存

液氨的中壓常溫儲存也被視為全壓力儲存，這種方法是采用壓力式容器進行儲存，設計壓力為2.07 MPa，設計溫度為50 ℃，操作溫度與環(huán)境溫度相同或接近，所以為常溫儲存。

2 液氨儲罐的設備布置[2]

2.1 防火距離的確定

通常依據(jù)GB50160—2008(2018年版)（《石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范》）的相關要求，液氨儲罐之間的防火距離應與液化烴儲罐要求相同。這樣，罐組內(nèi)布置的全壓力式或半冷凍式儲罐，如有事故排放至火炬的措施，球罐間距為0.5 D(D 為相鄰較大儲罐的直徑)；臥（立）罐間距為1.0 D;如無事故排放至火炬的措施，上述兩種罐間距均為1.0 D。

2.2 防火堤及隔堤的設置

全壓力式、半冷凍式液氨儲罐組的防火堤高度不宜高于0.6 m，堤內(nèi)的有效容積不應小于罐組內(nèi)最大儲罐容積的60%。儲罐外壁距離防火堤內(nèi)堤腳線不應小于3 m，堤內(nèi)應采用現(xiàn)澆混凝土地面，并應坡向外側，防火堤內(nèi)的隔堤不宜高于0.3 m。

2.3 液氨儲罐的消防系統(tǒng)[3]

液氨儲罐須安裝必要的安全聯(lián)鎖設施，當壓力和溫度高于設定值時自動開啟降溫噴淋系統(tǒng)；液位和壓力高于設定值時自動停止進料；液氨泄露量檢測值高于設定值時自動開啟消防噴淋系統(tǒng)。

液氨儲罐均應設置獨立的用于降低罐體表面溫度的降溫噴淋系統(tǒng)，噴淋強度不得低于 4.5 L/m2·min。

3 輸氨管道的相關設計

3.1 液氨管道材質的選擇[4]

氨輸送用管材設計應符合《壓力管道規(guī)范-工業(yè)管道》（GB/T20801）的相關規(guī)定，可能與氨介質接觸的所有管道包括管件、閥門等零部件全部要嚴格禁銅。輸氨介質的管道應采用無縫鋼管，其質量最低應符合《流體輸送用無縫鋼管》(GB8163)的要求，碳鋼（20#鋼）主要用在熱氨管道，其使用的極限溫度為-20 ℃；Q345E 用在冷氨管道，但管道溫度不能超過-40 ℃，否則鋼的應力達到下限，也可以用A33Gr6 低溫無縫鋼管；不銹鋼管道可以用在-196 ℃的低溫下。為防止液氨應力腐蝕，要求碳鋼管材作焊后熱處理。

輸送氨介質的金屬管道，除需要采用法蘭型式連接外其他地方均需采用焊接型式，并按國家相關規(guī)范要求對焊縫進行相應的檢測。

氨輸送管道應設置接地系統(tǒng)。

3.2 法蘭、墊片、緊固件的選擇

輸氨管道宜采用帶頸對焊凹凸面法蘭，墊片使用不銹鋼金屬纏繞墊，填料為聚四氟乙烯或石墨，螺栓螺母使用35CrMo 或是不銹鋼。

3.3 閥門的選擇與設置

輸氨管道系統(tǒng)采用氨專用閥門，不得采用閘閥。閥門的布置除考慮滿足功能要求外，還能滿足操作及維護。輸氨管道進入生產(chǎn)車間后要在合適的地方設置一臺總隔離閥，而且在用氨設備和補氨用的執(zhí)行機構之間都要設置雙閥控制。

3.4 儲罐安全設施的設置[5]

液氨儲罐超壓泄放火炬系統(tǒng)需安裝雙安全閥安全設施，安全閥前后均需設置切斷閥，切斷閥應為全通式閥。為防止安全閥失靈而無法泄壓的情況發(fā)生，還需設置直接泄放火炬的雙閥副線，正常操作時副線的兩個閥門均保持關閉狀態(tài)。安全閥組管道布置在滿足工藝要求的同時，也要考慮維修、操作等其他方面。安全閥出口應設導氣管。

3.5 管道的保冷設計

液氨管道的保冷材料選用是保證液氨管道能否安全運行的重要因素之一，選用保冷材料時要考慮該材料的好氧指數(shù)、保冷結構，還要考慮當?shù)丨h(huán)境溫度、濕度等因素。濕度為該地區(qū)最熱3 個月的平均濕度，如果表面溫度過低，空氣濕度過大，空氣中的水分就會在保冷層外表面產(chǎn)生綠苔，破壞保冷層。當保冷厚度超過80 mm，必須分層施工，且不可使用鉚釘，以防止產(chǎn)生孔隙，空氣進入遇低溫后結冰，降低保冷效果。

3.6 其他注意事項[2]

液氨儲罐應設置液位計、壓力表，低溫壓力儲罐尚應設溫度指示儀。壓力和溫度遠傳至DCS 主控室。這樣就可以隨時把握罐內(nèi)的溫度和液位，以便進行調(diào)節(jié)控制。

液氨儲罐應布置在明火或者散發(fā)火花地點的全年最小頻率風向的上風側，其裝卸站應靠近道路（或鐵路）。

4 結束語

液氨儲存依據(jù)實際情況選取適宜的方式，儲罐按相關設計規(guī)范進行合理布置與設計，輸氨管道及相關管件、器材正確選取、設計與設置，直接影響到液氨裝置的安全和投資費用，因此要在熟悉相應規(guī)范的前提下，依據(jù)其使用條件綜合考慮，既要保證可靠、安全又要經(jīng)濟適用。