鶴管選型及裝卸棧臺布置探討

(中國五環工程有限公司，湖北 武漢 430223)

據統計，全球60%以上的化工原材料及產品是通過汽車或火車槽車進行運輸。絕大多數化工原料及產品的槽車裝卸都應選擇專用的鶴管。石油化工企業設計防火規范[1]第6.4.1條規定：對于甲B、乙、丙A類的可燃液體，嚴禁采用溝槽卸車系統，應采用液下裝卸車鶴管。另外，液化烴、腐蝕性介質、有毒介質、易揮發性介質及對環境有污染的介質等，都應使用鶴管來實現安全、環保及高效的裝卸。

1 鶴管選型

鶴管的型式需根據裝卸介質的特性、裝卸車方式及槽車車型來綜合考慮。常用化工流體介質裝車要求及鶴管選型見表1。

對于液化烴類介質，因其飽和蒸汽壓高，極易揮發，而密封帽與槽車之間的密封效果不理想，所以在裝卸液化烴、液化氣介質時，應采用管法蘭接頭[2]；同時，為避免靜電的產生與積聚，液化烴類介質應采用液下裝車方式。因此，液化烴類介質通常從槽車底部進行裝卸。液化烴類氣相介質與儲罐氣相平衡或送火炬放空系統，嚴禁就地排放。

對于甲B、乙類可燃液體介質，應采用密閉液下裝車，將氣相返回儲罐或者進入油氣回收系統。采用液下裝車的方式是為了避免靜電的產生與積聚。當此類介質在槽車頂部裝車時，需使用帶密封帽的長垂管分流口或者伸縮管出口，將垂管伸至槽車底部。丙類液體閃點較高，不易揮發，相對比較安全，可采用敞開式裝卸。GB50160及HG/T21608上均要求丙A類可燃液體采用液下裝卸車，對丙B類液體未提出明確的要求。但在實際生產中，為防止靜電的不良影響，對丙A、丙B類液體均推薦采用液下裝車方式。

表1 不同介質裝車要求及常用的鶴管類型

注：常用鶴管型號參考HG/T 21608-2012液體裝卸臂工程技術要求。

在裝卸車時，對于常用的酸或堿等腐蝕性介質，應避免液體噴濺并確保人身安全，如果介質易揮發，則宜采用密閉裝車方式；對不易揮發的腐蝕性介質，可采用敞開液下裝車方式。

對于有毒液體及對環境有污染的液體，在裝卸車時應注意防止液體泄漏及有毒氣體的擴散，選用密閉裝卸車方式，可采用管法蘭接頭或帶回氣管的頂部密封帽/蓋式密閉裝車。

當一種物料同時具備以上幾種特性時，應綜合考慮并且選擇鶴管。比如苯胺，屬于丙A類可燃液體，按照安監總廳管三 [2015] 80號文件《危險化學品目錄(2015版)實施指南》，苯胺具有急性毒性，綜合考慮后認為選擇AL1412型頂部裝卸鶴管較合適。

2 裝卸鶴位數量的計算

2.1 汽車裝卸車鶴位計算

汽車鶴位數量應按以下公式計算：

(1)

其中，N為裝卸所需液體裝卸臂的臺數；G為年裝卸物料量，kg/a；K為運輸不均衡系數，宜取1.4～2；τ為年操作時間，d/a，1年按330d計算；ρ為液體介質的密度，kg/m3；F為每臺鶴管每小時的灌裝能力，m3/h；t為汽車槽車的日作業時間，8～12h/d。

鶴管的灌裝能力F可通過以下公式計算：

F=900πD2V

(2)

其中，D為液體裝卸臂的內徑，m；V為控制裝車流速，m/s，油品流速不大于4.5m/s。

計算出的N值按四舍五入取整。如果使用泵來裝車，還需要根據N×F來計算總裝車流量，對裝車泵的輸送能力進行校核。

2.2 火車裝卸車鶴位計算

根據裝車速度的不同，火車裝卸鶴管可以分成大鶴管和小鶴管。大鶴管液體臂口徑為DN200，裝車流速宜取小于3.9m/s，按公式(2)可計算出最大裝車能力約為440m3/h；小鶴管液體臂口徑小于DN100，裝車流速宜取小于4.4m/s，可計算出最大裝車能力約為120 m3/h。對于同一種物料裝卸，小鶴管數量一般與所需槽車數量相等，即在一批裝運作業中，1臺小鶴管只裝1臺槽車；而大鶴管裝車能力強，在一批裝運作業中，大鶴管的裝車數量與所配套槽車牽引設備在規定時間內的一次牽引定數相同。因此，單個裝車棧臺上對同一種物料一般只設置1～2臺大鶴管。

小鶴管鶴位的數量與單批裝運作業所需槽車數量相同，可按以下公式計算[3]：

(3)

其中，N為裝卸所需液體鶴位數量；G為年裝卸物料量，kg/a；K為運輸不均衡系數，一般石化產品宜取1.5～2；τ為年操作時間，d/a，1年按350d計算；ρ為液體介質的密度，kg/m3；V為槽車平均容積，m3/輛；m為每天裝運批數，批/d，每天不應大于4批；A為槽車裝滿系數，液化烴取0.8～0.85，可燃液體宜取0.9(丙B類可取0.95)，酸堿類宜取0.85。

2.3 計算實例

某40億Nm3/a煤制天然氣項目，副產中油20萬t/a，取運輸不均衡系數為2，中油相對密度為1.2，下面分別計算使用汽車運輸或火車運輸需要的裝車鶴管臺數。

(1)使用汽車運輸，取汽車作業時間12h/d，汽車鶴管裝車能力為50m3/h，按330d/a計算，需要鶴管臺數可根據式(1)計算：

(2)使用火車運輸，取火車槽車平均容積為60m3，裝滿系數為0.9，操作時間按330d/a計算，裝運4批/d，則需要的鶴管臺數可根據式(3)計算：

=4.7≈5

通過計算得出，該項目副產品的中油若全部使用汽車運輸，需要汽車裝車鶴管2臺；若全部使用火車運輸，需要火車裝車小鶴管5臺。

3 汽車及火車裝卸棧臺的布置

3.1 汽車裝卸棧臺的布置

3.1.1 汽車裝卸棧臺尺寸

裝卸棧臺的高度H應根據槽車裝卸口的高度及鶴管垂直方向的包絡線范圍綜合考慮。槽車裝卸口應盡可能位于鶴管垂直包絡線范圍的中間位置。頂部裝卸棧臺高度H可通過下式計算：

(4)

其中，h為槽車裝卸口到EL0.000的高度，常用油罐車或液化烴槽車的高度一般在2.8～3.8m范圍內；Ymax、Ymin分別為鶴管垂直包絡線范圍的最大值及最小值(高于立柱底板時取正值，低于立柱底版時取負值)，汽車裝車鶴管立面布置示意見圖1。

圖1 汽車裝車鶴管立面布置示意

汽車裝卸棧臺高度H一般取2.5～4.0m。裝卸棧臺的寬度需根據計量撬塊尺寸、相鄰鶴管之間的間距來確定，雙側裝卸車棧臺寬度一般取3m。裝卸棧臺的長度需根據計量撬塊尺寸、活動梯子位置以及相鄰鶴位之間的距離等綜合考慮，雙側裝卸車棧臺一般取5～6m。典型雙側裝卸車棧臺鶴管的平面布置見圖2。同一棧臺上相鄰汽車裝卸車鶴位之間的距離宜不小于4m。

圖2 汽車裝車鶴管水平布置示意

3.1.2 鶴位到槽車之間的距離

頂部裝卸的槽車，其裝卸口一般在槽車的正上方，裝卸口中心線一般與槽車中心線重合。在鶴位布置時，應保證槽車行車道中心線處于鶴管水平包絡線范圍內，理想情況是槽車行車道中心線與鶴管水平包絡線中心線重合(見圖1)。行車道中心線到棧臺柱中心的距離L可以通過式(5)來計算：

(5)

其中，L1為單側汽車裝卸棧臺寬度，一般取1.5m；L2為鶴管到雨棚中心立柱的距離，根據計量撬塊及鶴管進出口管線的布置情況確定；Xmax、Xmin分別為鶴管水平包絡線范圍的最大值及最小值。

鶴管應盡可能靠近棧臺邊緣，保證有足夠的空間來操作鶴管及計量撬塊上的閥門。另外，因槽車停放位置的不確定性，槽車與棧臺邊緣之間應預留至少500mm的凈距。

3.1.3 活動梯子的布置

汽車棧臺鶴管一側應布置活動梯，槽車裝卸時方便操作員從棧臺上牽引鶴管到槽車頂部?；顒犹萃ǔ２贾迷邡Q管一側，當鶴管為左懸臂時，活動梯一般布置在鶴管的右側；當鶴管為右懸臂時，活動梯一般布置在鶴管的左側。鶴管的左右懸臂判斷方法：人面向槽車站立，當鶴管收攏時內臂在立柱左邊時，鶴管為左旋臂；當鶴管收攏時內臂在立柱右邊時，鶴管為右懸臂。活動梯的位置不能阻擋鶴管的展開與收攏空間，同時要避開計量撬的布置空間，方便操作員從棧臺上通行到槽車頂部。

如圖2所示，2臺裝車鶴管均為右旋臂，將活動梯布置在鶴管左側，計量撬塊布置在裝車鶴管右側，方便操作與檢修。

3.2 火車裝車棧臺的布置

3.2.1 裝卸棧臺尺寸的計算

與汽車裝卸棧臺類似，火車裝車棧臺的高度H應根據槽車裝卸口高度及鶴管垂直方向的包絡線范圍綜合考慮，一般取3.4～3.6m。

裝車棧臺的長度L一般根據鶴位的數量來計算，同側同種鶴管間距應為罐車的長度，一般取12m，但有一些特殊車型，如G19型輕油罐車、GY40和GY95A液化石油氣罐車等，需根據實際車長進行設計。兩端鶴位到棧臺端頭的距離，宜為3～3.5m，故棧臺總長度可由以下公式計算：

L=12(n-1)+6

(6)

對于小鶴管，n取裝車臺上小鶴管數量；對于大鶴管，應取n=3。

小鶴管雙側裝車棧臺寬度應為2.5～3m，考慮到計量撬塊的布置，一般取3m較合適。單側裝車臺寬度不宜小于1.5m；大鶴管雙側裝車棧臺寬度宜為4m。典型雙側裝卸車棧臺上鶴管的平面布置見圖3。

圖3 火車裝卸鶴管水平布置示意

3.2.2 裝車棧臺位置

裝卸棧臺邊緣與鐵路油品裝卸中心線的距離，自軌面算起3m及以下不應小于2m，3m以上不應小于1.85m[3]。而且，同汽車裝卸棧臺類似，火車槽車裝卸口中心線應處于鶴管水平包絡線范圍內。

3.3 可燃液體裝卸鶴管布置的其他應注意事項

對于易燃及可燃液體，裝卸車時容易引起火災，在布置時還應注意以下幾點。

(1)液化烴裝卸棧臺宜單獨設置，當不同時作業時，可與甲B、乙及丙A類可燃液體同臺布置；丙B類可燃液體，有些操作溫度較高，有些黏度較大，為減少其影響，宜單獨設置裝卸棧臺。

(2)液化烴鶴位與集中布置的泵的距離不應小于10m，甲B、乙A類液體鶴位與集中布置的泵的距離不應小于8m。

(3)甲B、乙、丙A類液體與液化烴(甲A)、丙B類液體的兩個裝卸棧臺的相鄰鶴位之間的距離不應小于8m。

(4)同一鐵路裝卸線一側的兩個裝卸棧臺相鄰鶴位之間的距離不應小于24m，即兩個棧臺之間保持一個事故隔離車的位置，減少一個棧臺發生事故時對另一個棧臺的影響。

4 工程應用實例

某40億Nm3/a煤制氣項目的副產品石腦油、中油、焦油及苯酚等通過裝車泵輸送到汽車及火車裝車棧臺，用鶴管裝車后經汽車及火車運輸外賣。汽車及火車裝車鶴管臺數以及介質火災危險性分類見表2。

表2 副產品火災危險性分類及裝車鶴管數量

注：焦油、中油本屬于丙A類可燃液體，但因其操作溫度高于閃點，根據GB50160，按乙A類考慮。

4.1 汽車裝車棧臺布置

汽車裝車鶴管共6套，其中，中油和焦油各設置2套裝車鶴管，石腦油和粗酚各設置1套裝車鶴管。汽車棧臺共設置3個裝車平臺，平臺尺寸6m×3m，裝車平臺間設置7m寬的通道，能滿足2臺汽車同時裝車。在距離裝車鶴位>10m的地方，各種介質的輸入管道上均設置了緊急切斷閥，在事故狀態下緊急切斷。

圖4 汽車裝車棧臺平面布置圖

4.2 火車裝車棧臺布置

火車裝車鶴管共12套，其中5套中油裝車鶴管、3套焦油裝車鶴管、2套石腦油裝車鶴管和2套粗酚裝車鶴管。12套鶴管同臺布置，雙側裝車。焦油鶴管與粗酚鶴管裝車共用一條鐵路線，共用活動鋼梯；中油鶴管與石腦油鶴管裝車共用一條鐵路線，共用活動鋼梯。同一物料的兩相鄰裝車鶴管間隔12m；同一鶴位不同物料鶴管間隔2m，中間布置活動梯，滿足鶴管正常操作檢修要求?；疖囇b車棧臺總長57m，高3.8m，寬3.2m；棧臺兩端設置斜梯，方便通行。在距離裝車鶴位>10m的地方，各種介質的輸入管道上設置緊急切斷閥，在事故狀態下緊急切斷?；疖囇b車載臺平面布置見圖5。

圖5 火車裝車棧臺平面布置

5 結語

鶴管作為一種安全、高效及環保的裝卸車工具，在化工行業中被廣泛使用。不同化工介質需根據介質特性及裝卸車方式選擇合適型號的鶴管。槽車裝卸車作業頻次高、危險系數大，汽車棧臺與火車棧臺的布置應在滿足標準規范及設計規定的基礎上，盡可能地為操作員的通行、操作與檢修提供便利。