化工常壓儲罐壓力平衡系統(tǒng)及其連鎖保護的探討

鐘軍明

廣東金寶力化工科技裝備股份有限公司 廣東佛山 528000

1 儲罐內(nèi)的壓力變化原因分析

在儲罐操作狀態(tài)和外界環(huán)境不發(fā)生變化的情況下，儲罐內(nèi)的壓力是不發(fā)生變化的，只有在下列條件下儲罐內(nèi)的壓力才會發(fā)生變化。

（1）向儲罐內(nèi)灌裝物料時，因液位的升高從而引起儲罐內(nèi)壓力升高；

（2）儲罐向外輸出物料時。因液位的下降從而引起儲罐內(nèi)壓力降低；

（3）當(dāng)外部溫度升高時，儲罐內(nèi)的氣相部分因溫度升高而引起儲罐內(nèi)的壓力升高，

（4）當(dāng)外部溫度降低時，儲罐內(nèi)的氣相部分因溫度降低而引起儲罐的壓力降低；

（5）火災(zāi)時儲罐受熱，引起蒸發(fā)量驟增而造成的儲罐內(nèi)壓力急劇升高。

在以上集中情況下，為了保證儲罐內(nèi)的壓力平衡，儲罐應(yīng)有足夠的呼吸量以便確保儲罐在正常壓力下工作，使之不超過其設(shè)計的正負(fù)壓，從而保護儲罐免受破壞。一般情況下，呼吸閥的呼吸量是由儲罐的進料量、泵抽出量以及熱效應(yīng)所產(chǎn)生的呼吸需求量之和決定的。

2 儲罐內(nèi)的壓力保護措施

儲罐的壓力保護裝置通常包括以下部分：

氣封系統(tǒng)

呼吸閥系統(tǒng)

緊急釋放閥；

壓力連鎖系統(tǒng)

2.1 氣封閥

氣封閥的作用是使儲罐內(nèi)維持在一個恒定的微正壓狀態(tài)，是一個解決儲罐負(fù)壓風(fēng)險的一種裝置。

當(dāng)儲罐出料，或外部環(huán)鏡溫度下降引發(fā)儲罐內(nèi)壓力下降時，氣封系統(tǒng)將自動將儲罐補充氣體（通常是氮氣），以維持儲罐內(nèi)在一個恒定的微正壓狀態(tài)。防止儲罐內(nèi)真空而造成損壞。

當(dāng)補充氣體后儲罐達到氣封閥的設(shè)定值后，氣封閥將自動關(guān)閉，停止向儲罐內(nèi)補充氮氣，以防止儲罐因起度補充氣體而引起罐內(nèi)壓力升高[1]。

2.2 呼吸閥

呼吸閥是保護低壓、常壓儲罐壓力的重要附件，安裝于罐頂，用于自動控制罐內(nèi)外氣體通道的啟閉，維持罐內(nèi)壓力平衡。

呼吸閥可以分解成兩個裝置：呼閥，將罐內(nèi)的氣體排出至大氣，是解決儲罐超壓的一種裝置；吸閥，將大氣吸入至儲罐內(nèi)，是解決儲罐負(fù)壓的一種裝置。這兩個裝置一體化合在一起稱之為呼吸閥。

一是呼閥，當(dāng)儲罐處于進料狀態(tài)，或外部溫度升高時引發(fā)儲罐內(nèi)壓力升高，達到呼閥的設(shè)定值時，呼閥將自動打開，將儲罐內(nèi)多余的氣體排出，以保存持儲罐內(nèi)的壓力在呼閥的設(shè)定值上。

二是吸閥，當(dāng)儲罐內(nèi)的壓力降低，且氣封閥補充的氣體不足以維持罐內(nèi)的壓力，引發(fā)罐內(nèi)壓力進一步下降至吸閥的設(shè)定值時，吸閥將自動打開，將大氣吸入儲罐內(nèi)，阻止儲罐壓力的進一步下降。

2.3 緊急泄放系統(tǒng)

考慮到在出現(xiàn)火災(zāi)意外等情況造成儲罐急劇超壓的情況下，單靠呼吸閥來泄放壓力是很難維持儲罐的壓力。通常情況下，可以采取以下幾種措施泄放儲罐內(nèi)壓力：

安裝爆破片或緊急泄壓閥等。

儲罐的罐頂和罐殼采用弱連接方式。

當(dāng)儲罐內(nèi)的壓力升高，在呼閥打開的情況下，依不足以釋放罐內(nèi)的壓力時，當(dāng)罐內(nèi)壓力達到緊急泄放閥的設(shè)定值時，緊急釋放閥將自動打開，大量的向外排氣，以防止儲罐內(nèi)的壓力進一步升高，是一種解決儲罐事故狀態(tài)下超壓的裝置。

2.4 壓力連鎖系統(tǒng)

液位變化是儲罐內(nèi)壓力的主要引發(fā)原因，因此儲罐的壓力連鎖裝置，可以通過阻止罐內(nèi)液位的變化，來控制壓力的變化，也是解決儲罐超壓/負(fù)壓的一種裝置。

當(dāng)儲罐處于進料狀態(tài)，當(dāng)罐頂?shù)膲毫ψ兯推鳈z測到儲罐內(nèi)的壓力值超過呼吸閥的設(shè)定值，且小于緊急釋閥的設(shè)定值時，說明呼閥的排氣能力不足，控制系統(tǒng)連鎖自動關(guān)閉進料泵，以切斷罐內(nèi)壓力進一步升高的來源。

當(dāng)儲罐處于出料狀態(tài)，當(dāng)罐頂?shù)膲毫ψ兯推鳈z測到儲罐內(nèi)的壓力值低于氣封閥的設(shè)定值，但高于吸閥的設(shè)定值時，說明氣封閥的補氣能力不足，控制系統(tǒng)應(yīng)連鎖自動關(guān)閉出料泵，以切斷罐內(nèi)壓力進一步降低的來源[2]。

3 儲罐壓力連鎖設(shè)定值

以上的儲罐壓力控制裝置是有相互關(guān)系的，每個裝置的設(shè)定值也是有相對應(yīng)關(guān)系的，一種在涂料行業(yè)常用的溶劑儲罐（根據(jù)GB50341《立式圓筒形鋼制焊接油罐設(shè)計規(guī)范》進行設(shè)計的常壓儲罐）的各裝置設(shè)定值的表如下：

其壓力保護的順序如下：

負(fù)壓控制：

正常的操作壓力范圍為1-3kPa（G）；

當(dāng)罐區(qū)壓力值低于1kPa（G）時，氣封閥打開，向罐內(nèi)補充壓力，以維持罐內(nèi)的壓力1kPa（G），這是第一道負(fù)壓保護；

氣封閥打開后，如果罐內(nèi)的壓力仍然下降，當(dāng)罐頂?shù)膲毫z測儀檢測到壓力值為0kPa（G）時，控制系統(tǒng)將自動連鎖關(guān)閉出料泵，以切斷壓力進一步下降的來源，這是第二道負(fù)壓保護；

-當(dāng)壓力連鎖停止出料泵后，罐內(nèi)壓力仍然下降至-0.1kPa（G），呼吸閥的吸閥將自動打開，從大氣中吸空氣進行罐內(nèi)，以維持罐內(nèi)的壓力，這是第三道負(fù)壓保護；

-吸閥打開后，此時罐區(qū)的負(fù)壓最多為-0.1kPa（G），由于儲罐的工藝安全限值為-0.25kPa（G），因此儲罐仍處于安全狀態(tài)下。

超壓控制：

-當(dāng)罐內(nèi)壓力高于1kPa（G）時，氣封閥將自動關(guān)閉，以防止罐內(nèi)壓力進一步升高；

-當(dāng)罐內(nèi)的壓力處于1-3kPa（G）范圍內(nèi)時，氣封閥與呼吸閥都處于關(guān)閉狀態(tài)；

-當(dāng)罐內(nèi)壓力高于3kPa（G）時，呼吸閥的呼閥將打開，向外部排氣，以釋放罐內(nèi)的壓力，第是一道超壓保護；

-呼閥打開后，如果罐內(nèi)的壓力仍然升高，當(dāng)罐頂?shù)膲毫z測儀檢測到罐內(nèi)的壓力值為5kPa（G）時，控制系統(tǒng)將自動連鎖關(guān)閉進料泵，以切斷壓力進一上升高的來源，這是第二道超壓保護；

-當(dāng)壓力連鎖停止進料泵后，罐內(nèi)的壓力仍然上升至8kPa（G）時，緊急釋放將自動打開，大量向外排氣，以釋放罐內(nèi)的壓力，這是第三道壓力保存。

-當(dāng)緊急釋放閥打開后，此時罐區(qū)的正壓值為8kPa（G），由于儲罐的正壓工藝安全極限值為16kPa（G），因此儲罐仍處于安全的狀態(tài)。

4 結(jié)語

近年來因化工儲罐引發(fā)的安全事故依然頻發(fā)，形勢嚴(yán)峻。一個良好的儲罐壓力平衡與控制系統(tǒng)及各裝置合理的設(shè)定值，可以起到本質(zhì)安全設(shè)計的作用。加上在運行過程中各安全設(shè)施的可靠性維護，能夠?qū)崿F(xiàn)將儲罐因超壓損壞而帶來的風(fēng)險控制在可以接受的范圍內(nèi)[3]。