液化氣球罐泄露隱患控制方案研究與實施

張西亮，勞景水，李雪梅

（湛江南海西部石油勘察設計有限公司， 廣東 湛江 524057）

液化氣球罐泄露隱患控制方案研究與實施

張西亮，勞景水，李雪梅

（湛江南海西部石油勘察設計有限公司， 廣東 湛江 524057）

液化石油氣作為甲A類火災危險性物質，極具揮發性、易燃易爆，液化氣球罐由于超溫、超壓、液位失控、墊片損傷、材料破壞等原因造成的泄露，極易造成惡性重大事故。針對潿洲終端廠兩臺2 000 m3液化氣球罐存在的安全風險，提出升級球罐安全附件、采用金屬管剛性連接、及注水堵漏等措施，從根本上解決液化氣球罐泄露問題。并結合潿洲終端廠實際情況，從管線、設備、流程方面研究分析，制定了合理的改造設計方案。

潿洲終端；液化氣球罐；泄露；注水設計

潿洲終端液化氣儲運系統由兩個2 000 m3液化氣球罐、兩臺裝船泵、一臺灌瓶泵及碼頭計量系統組成（見圖1）。液化氣球罐儲存輕烴處理系統回收的液化石油氣，達到一定限額后由液化氣裝船泵輸送到2 000 t級碼頭，通過輸油臂裝船；也可通過灌瓶泵在灌瓶間灌瓶，供島上軍民及公寓樓用氣。

潿洲終端廠于1998年8月8日建成投產，至今已運行18 a，而涉及液化氣設計標準規范早已更新多次。加之近幾年國內外液化氣泄露事故頻發，應中海油湛江分公司《關于深入開展危險化學品和易燃易爆物品安全專項檢查與整治的通知》要求，對終端廠液化氣系統進行安全專項檢查和整治工作，以確保安全生產。本文針對潿洲終端液化氣球罐存在的泄露隱患，提出有效的控制措施和方案設計。

1 潿洲終端液化氣球罐泄露隱患

《石油化工企業設計防火規范》(GB50160-2008)、《石油天然氣工程設計防火規范》(GB50183-2015)等最新規范相比舊版本，在涉及液化烴生產設施、安全附件方面均有不同程度的修改或補充，整體要求也更加嚴格。依據更新的規范內容，并結合近年來液化氣安全事故案例分析，對終端廠液化氣儲運系統現場調研，排查其存在的泄露隱患[1]。

圖1 潿洲終端液化氣球罐Fig.1 LPG spherical tank in Weizhou Terminal

1.1 球罐附屬設施安全等級低

終端液化氣球罐安全附件總體滿足最新規范要求，但配置較低存在安全隱患：

（1）球罐設置有 2個安全閥，但安全閥與球罐之間未安裝全通徑球閥（并鉛封或鎖定），而是采用閘閥隔離，閘閥密封性能遠低于球閥，并且嚴重影響球罐的安全泄放能力。

（2）工藝管線設置的安全閥均無隔離閥，無法檢修或校驗。

（3）液化氣裝船泵出口管線、回流管線均未設置調節閥，而是通過球閥調節流量，長時間極易造成閥門損壞或泄露。

1.2 球罐底部管線設置金屬軟管連接

潿洲終端液化氣球罐底部進/出液、氣相平衡管線均采用柔性連接，即金屬軟管連接（見圖2），以防止儲罐與管道之間產生的不均勻沉降引起破壞。在《石油化工企業設計防火規范》中第6.2.25條也明確規定：“儲罐的進出口管道應采用柔性連接”。金屬軟管具有良好的伸縮性、柔軟性，用來補償儲罐的地基下沉、管線的熱脹冷縮和施工時的安裝偏差。但金屬軟管使用壽命短，內部易磨損腐蝕，耐壓能力低，為整個系統最薄弱環節，極易發生泄露事故。另外，由于選型或安裝不當，也極易造成金屬軟管早期失效，釀成重大人身或設備事故。

圖2 潿洲終端液化氣球罐金屬軟管連接Fig.2 Flexible metal hose connection of LPG spherical tank in Weizhou Terminal

1.3 缺少有效的事故應急措施

潿洲終端液化氣球罐進/出液、氣相平衡管線均設置有緊急切斷閥，能在事故狀態下迅速關閉液化石油氣管道閥門，避免液化氣大量外泄。但《石油化工企業設計防火規范》中第6.3.16條規定：“全壓力式儲罐應采取防止液化烴泄露的注水措施”。當罐底發生泄漏時，開啟注水泵向罐底注入一定量的水，利用液態液化氣比水輕且與水不相容的特點，注入高壓水沉積在底部形成水墊層，起水封作用，替代液化氣泄露。

近年來國內外發生的液化氣安全事故，大多是由于泄漏造成的，發生泄露的部位多為罐底的進出口、回流、排污的第一道法蘭，例如1998年3月5日，陜西省西安市煤氣公司11號液化氣球罐底部第一道排污閥法蘭密封墊片失效，發生泄露燃爆事故，造成13人死亡，多臺儲罐燒毀的惡性事故。潿洲終端液化氣球罐僅設置有緊急切斷閥而未設置注水工藝，當球罐根部第一道法蘭發生泄露事故時，根本無法防止事故擴大，也無法進行現場搶險救援工作[2,3]。

2 潿洲終端液化氣球罐安全措施整改

2.1 提高球罐附屬設施安全等級

根據上述潿洲終端球罐安全附件配置較低的情況，對其改造如下：

（1）球罐 2個安全閥與球罐之間安裝全通徑球閥（并鉛封或鎖定），替代現有的閘閥隔離。

（2）工藝管線上設置的安全閥均增加全通徑球閥（并鉛封或鎖定）作為隔離閥，以方便檢修或校驗。

（3）液化氣裝船泵出口管線、回流管線設置流量調節閥，替代球閥進行流量調節，以減少閥門損壞或泄露。

2.2 金屬管剛性連接替代金屬軟管連接設計

根據近幾年地質勘查報告《潿洲島終端處理廠儲罐等基礎詳勘調查工程地質報告》分析及罐基礎沉降監測，液化氣球罐區地基趨于穩定，兩臺液化氣球罐基礎未發生不均勻沉降。為避免因金屬軟管壽命短、耐壓低、易磨損腐蝕等原因造成泄漏事故，考慮用金屬碳鋼管替代金屬軟管連接，并通過管線的合理布置，保證管道有必要的柔性滿足球罐地基沉降及抗震的要求。利用管道應力計算軟件CAESAR-II（USA）對潿洲終端液化氣球罐的16寸出液、8寸進液、6寸氣相平衡管線進行應力分析。

利用CAESAR-II軟件，建立管道模型，其中6寸氣相平衡管線建立模型見圖3。

考慮在設計條件、操作條件、極端操作條件下，校核管道系統的一次應力和二次應力。要求由于重力和壓力引起的正應力、剪應力（一次應力）及由于管道熱脹冷縮及端點附加位移受約束而產生的應力（二次應力）均不超過許用應力[4]。液化氣球罐16寸出液、8寸進液、6寸氣相平衡管線具體應力計算結果見表1。

圖3 6寸管道模型圖Fig.3 Diagrammatic sketch of the modelling of 6" piping

表1 管道一次、二次應力分析結果Table 1 Analysis result of the primary stress,secondary stress

由上表可知，在各工況下的管道系統一次應力和二次應力水平都不高，應力百分比均未超出100%，故利用金屬碳鋼管替代金屬軟管連接后（見圖 4，施工后），進/出液、氣相平衡管線有足夠的柔性可防止管線因熱脹冷縮、附加位移及其它載荷造成應力問題。

圖4 金屬軟管更換為金屬碳鋼管Fig.4 Modification of replacing flexible metal hose connection by rigid connection

2.3 液化氣球罐注水工藝設計

目前，液化氣球罐注水工藝，大都利用液化氣裝船泵或利用消防水直接注水，這兩種方式的注水水源均為消防水。為不影響火災事故下，終端廠生產區域（油罐區、液化氣罐區、工藝裝置區）、碼頭區域的消防冷卻水/泡沫滅火系統消防水需求，考慮液化氣球罐注水水源單獨從淡水罐（非飲用水）引出。

液化氣球罐發生泄漏時，存在凍傷、中毒的危險性，搶險人員無法直接進入罐區防火堤內，因此要求注水設備及其操作閥門均要遠離液化氣球罐區。結合潿洲終端廠區實際情況，在遠離液化氣球罐區大約80 m的淡水罐區設置一臺注水泵，通過注水管線為球罐注水，具體設計如下：

2.3.1 注水泵參數確定

終端廠兩臺液化氣球罐設計壓力為 1.77 MPa(G)，安全閥設定壓力1.68 MPa(G)，操作壓力為1.25 MPa(G)。為保證球罐應急注水能順利及時注入，注水泵出口壓力應高于球罐最大操作壓力，出水量應在最短時間內形成水封并覆蓋球罐底部及管線。注水泵出口壓力選取1.6 MPa(G)，注水流量選取80 m3/h。

2.3.2 工藝流程設計

在遠離液化氣球罐約80 m的淡水罐區域增設一臺注水泵，注水泵6寸進口管線從淡水罐8寸出口管線上接出，淡水通過注水泵增壓至1.6 MPa(G)后，經4寸出口管線輸往液化氣球罐區。為減少球罐泄露的機率，避免在罐底部新增開口，將注水管線接入罐底的液化氣8寸進液管線上，具體布置及流程如圖5所示。

圖5 液化氣球罐注水工藝流程示意圖Fig.4 Diagrammatic sketch of the water injection of LPG spherical tank

為防止球罐內液化氣倒流回淡水罐污染水源，注水泵出口管線采取半固定連接方式[5]，即在注水管線靠近泵的一端用快速接頭聯結，在泄露事故下，通過金屬軟管將快速接頭直接與注水泵出口管線對接。另外，在注水泵出口管線上設置倒流防止器（見圖6），替代傳統的止回閥，徹底防止管線內液化氣回流，保證水源安全。

3 結 論

通過排查潿洲終端液化氣球罐存在的泄露隱患，采取提高球罐安全附件等級、取消金屬軟管柔性連接、增加注水堵漏等一系列改造措施，滿足了更新后的規范要求，并從根本上解決了液化氣球罐泄露問題，保障了潿洲終端廠安全生產。以上整改措施作為液化氣球罐生產中的重要安全對策，特點如下：

Research and Application of Control Measures for LPG Spherical Tank Leakage

ZHANG Xi-liang，LAO Jing-shui，LI Xue-mei

（NHWOC Zhanjiang Survey and Design Co.,Ltd., Guangdong Zhanjiang 524057，China）

Liquefied petroleum gas(LPG) as a Class A fire hazard substance is volatile, flammable and explosive. Major LPG spherical tank leakage accidents are always caused by over temperature, over pressure, level failure and gasket damage. In this paper, aiming at the existing risks of two 2 000 m3LPG spherical tanks in Weizhou terminal, some measures were put forward, such as upgrading tank safety accessories, using rigid connection with metal pipe and water injection. According to the actual condition of Weizhou terminal, the modification solution was designed by studying the pipeline, equipment and process.

Weizhou terminal; LPG spherical tank; leakage; water injection design

TE 972

A

1671-0460（2016）12-2828-04

2016-11-28

張西亮，男，廣東省湛江市人，工程師，2007年畢業于中國石油大學（華東）油氣儲運工程專業，研究方向：從事海上油氣田開發工程設計工作。E-mail：zhangxl21@cnooc.com.cn。