液化烴球罐自動脫水技術(shù)的分析與應(yīng)用

葛友匯(九江石化設(shè)計工程有限公司，江西 九江 332000)

1 液化烴球罐脫水設(shè)施現(xiàn)狀

目前國內(nèi)大部分液化烴球罐采用人工手動脫水，液化烴罐區(qū)內(nèi)每臺球罐設(shè)置1套二次脫水罐，整個罐區(qū)設(shè)置1臺污水收集罐。液化烴球罐底部通過管道與二次脫水罐聯(lián)通，脫水罐設(shè)有液位計、壓力表和安全閥等，安全閥出口與低壓瓦斯管道聯(lián)通，區(qū)域內(nèi)所有二次脫水罐出口管道聯(lián)通至污水收集罐，污水收集罐出口與含油污水管網(wǎng)連接，主要流程如圖1所示。

圖1 人工脫水流程圖

脫水過程：球罐操作人員定期對球罐進(jìn)行脫水作業(yè)，在作業(yè)前，將二次脫水罐前閥門關(guān)閉，打開罐出口操作閥，操作人員憑經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合液位計，操作一定時間后，關(guān)閉脫水罐出口閥，打開罐入口閥，脫水作業(yè)完畢。

污水輸送過程：各個球罐的污水進(jìn)入污水收集罐，當(dāng)罐內(nèi)液位達(dá)到一定高度時，關(guān)閉罐入口閥門，打開罐出口閥門，打開氮?dú)忾y門，通過低壓氮?dú)鈮毫⑽鬯拗械暮臀鬯斔椭梁臀鬯芫W(wǎng)。

常規(guī)的液化烴脫水過程主要靠人工經(jīng)驗(yàn)，脫出的水中是否含有液化烴存在較大不確定性，如過多的液化烴泄漏至含油污水管網(wǎng)，容易造成火災(zāi)、爆炸等風(fēng)險。GB 50160—2008(2018年版)《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范》第6.3.14條規(guī)定：全壓力式液化烴球罐宜采用有防凍措施的二次脫水系統(tǒng)(1)。中國石油化工集體股份有限公司的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/SH 0749—2018《液化烴儲運(yùn)工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》第7.1.16條規(guī)定：有脫水操作的全壓力式液化烴球罐應(yīng)設(shè)置有防凍措施的二次自動脫水裝置(2)。中石化企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對自動脫水裝置設(shè)計壓力、自控儀表系統(tǒng)和脫水含烴率均提出了具體要求。可見，國內(nèi)某些具有先進(jìn)安全管理經(jīng)驗(yàn)的企業(yè)已經(jīng)意識到液化烴球罐人工脫水的安全隱患。

2 自動脫水裝置流程簡介

考慮到液化烴泄漏的危險性，液化烴球罐應(yīng)采用兩級自動脫水：每座液化烴球罐配置一套自動脫水單元，自動脫水單元安裝于球罐垂直投影范圍內(nèi)，自動脫水單元的進(jìn)水口與球罐排水管道聯(lián)通，該連接為自動脫水單元與球罐的唯一聯(lián)通；各個自動脫水單元的脫水閥通過管道連接罐區(qū)污水匯總管，罐區(qū)污水匯總管的末端連接于污水收集與輸送單元的進(jìn)水口；污水收集與輸送單元排水閥通過法蘭及管道連接于罐區(qū)含油污水系統(tǒng)，具體流程如圖2所示。

圖2 球罐兩級自動脫水流程圖

自動脫水裝置主要設(shè)備包括脫水罐、進(jìn)水閥、出水閥、液位計、安全閥等，自動脫水單元的設(shè)計能力可達(dá)到3m3/h, 通常情況下，液化烴球罐每天脫水一次，每次脫水量小于50L, 裝置內(nèi)管道污水流速可控制在2m/s以下。

脫水過程如下：當(dāng)球罐內(nèi)有水時，由于密度差的作用，水因?yàn)楸戎卮蠖詣恿魅朊撍蓿撍迌?nèi)的烴類介質(zhì)自動返回球罐，實(shí)現(xiàn)了球罐內(nèi)的水與脫水罐內(nèi)的烴類介質(zhì)自動交換。當(dāng)自動脫水單元脫水罐高位油水檢測傳感器(S1)檢測信號為“水”時，進(jìn)水閥關(guān)閉，系統(tǒng)自檢正常且達(dá)到預(yù)設(shè)沉降時間，脫水閥打開，脫水罐內(nèi)的水在介質(zhì)的飽和蒸氣壓作用下經(jīng)管道排入污水收集與輸送單元的污水罐。當(dāng)自動脫水單元內(nèi)的“油水界面”下降至脫水罐低位油水檢測傳感感器(S2)的位置時，低位油水檢測傳感器的檢測信號為“油”，脫水閥關(guān)閉，本次脫水過程結(jié)束。當(dāng)S2液位傳感器故障時，低低位油水檢測傳感器(S3)檢測信號為“油”時，SIS系統(tǒng)輸出故障聯(lián)鎖信號，關(guān)閉本單元進(jìn)水閥、脫水閥。各單罐含油污水收集后進(jìn)入二級自動脫水裝置，脫水過程與一級自動脫水系統(tǒng)類似。

經(jīng)過兩級自動脫水裝置，將最大限度降低液化烴泄漏至含油污水管網(wǎng)，極大降低了安全風(fēng)險。

3 自動脫水裝置技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用前景

3.1 占地面積小，維護(hù)方便

自動脫水裝置在滿足液化烴球罐的脫水量、水中含烴率等要求下，其設(shè)計、配置充分考慮了現(xiàn)場安裝、施工和日常維護(hù)等要求，整個撬塊長、寬、高均小于2m， 自重不大于800kg, 占地面積小、質(zhì)量輕，適用于復(fù)雜的現(xiàn)場條件，其結(jié)構(gòu)型式如圖3所示。

圖3 脫水裝置結(jié)構(gòu)型式

該裝置現(xiàn)場安裝無需動火施工，安裝便捷。球罐排水管道與自動脫水單元進(jìn)水口的法蘭連接是系統(tǒng)與球罐的唯一聯(lián)通。系統(tǒng)現(xiàn)場安裝無需在液化烴球罐及相連接管道上動火，無需清罐，設(shè)備安裝便捷安全。裝置的油水檢測傳感器為外貼式安裝，三重化冗余配置的超聲波傳感器最大限度兼顧了安全性與可用性，在其中一個傳感器出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)依然能正常運(yùn)行，此時可對故障傳感器進(jìn)行修復(fù)，不會影響生產(chǎn)正常運(yùn)行。裝置進(jìn)出口、安全閥前后均配置手動開關(guān)閥，便于裝置的拆卸維護(hù)。

3.2 采用超聲波液位傳感器

自動脫水裝置在使用過程中，應(yīng)及時準(zhǔn)確檢測出脫水罐內(nèi)的油水界面，以便判斷脫水作業(yè)過程。裝置采用超聲波液位傳感器，依據(jù)超聲波在油、水介質(zhì)中聲學(xué)特性差異，精準(zhǔn)識別罐內(nèi)油水界面。非接觸式超聲波傳感器具有油水檢測準(zhǔn)確，傳感器不結(jié)垢、不結(jié)蠟、自清洗、免維護(hù)等諸多優(yōu)點(diǎn)；液位計安裝采用非插入式測量方式，傳感器安裝金屬容器外壁，金屬容器無需開孔，系統(tǒng)泄漏點(diǎn)最少，便于更換。同時，超聲波傳感器具有故障自動診斷、事件記錄等功能。

3.3 采用“三取二”冗余設(shè)計，低低液位進(jìn)SIS系統(tǒng)

自動脫水裝置設(shè)置的非接觸式超聲波油水檢測傳感器(S1～S3)均為三重化冗余配置，相關(guān)控制閥的啟閉按油水檢測傳感器檢測信號的“三取二”結(jié)果進(jìn)行控制，最大限度避免了傳感器錯誤信號所導(dǎo)致的控制閥誤動作，防止因液位傳感器故障而導(dǎo)致液化烴進(jìn)入含油污水管網(wǎng)。同時，低低液位(S3傳感器)信號進(jìn)入SIS系統(tǒng)，當(dāng)?shù)鸵何恍盘?S2傳感器)故障時，S3傳感器如檢測到油水界面，SIS系統(tǒng)將給出故障聯(lián)鎖信號，自動切斷脫水罐進(jìn)、出口閥門，并發(fā)出報警信號，確保脫水作業(yè)本質(zhì)安全。

3.4 控制系統(tǒng)采取多重安全保護(hù)措施

裝置的控制電路應(yīng)用了潔凈電源技術(shù)，具有高度抗電磁干擾能力。電路的硬件、軟件均采用容錯設(shè)計，冗余配置高性能CPU，并具有故障自診斷及報警功能。

裝置配有壓力變送器、溫度變送器等，當(dāng)裝置的壓力、溫度出現(xiàn)異常時自動脫水單元發(fā)出報警信號，并自動關(guān)閉系統(tǒng)內(nèi)有關(guān)控制閥。

裝置設(shè)有緊急停車按鈕，配有現(xiàn)場操作柱，操作柱安置在罐區(qū)防火墻外。當(dāng)現(xiàn)場出現(xiàn)緊急情況時，通過操作柱上緊急停止按鈕可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動關(guān)閉。

裝置內(nèi)壓力容器均配置有兩道安全閥，安全閥出口與罐區(qū)火炬管道相連接。安全閥出口管道上均配有溫度傳感器，通過溫度檢測實(shí)現(xiàn)安全閥出口介質(zhì)的在線實(shí)時檢測。

裝置配有磁翻板液位計，操作人員可通過磁翻板液位計所顯示的脫水罐油水界位校核非接觸式超聲波油水檢測傳感器及控制功能的正確性。

裝置可接入現(xiàn)場可燃有毒氣體報警儀信號，并可連鎖控制系統(tǒng)內(nèi)各控制閥。

裝置內(nèi)變送器具有與遠(yuǎn)程DCS通訊功能，并接受遠(yuǎn)程DCS控制，實(shí)現(xiàn)液化烴球罐脫水操作與球罐其他參數(shù)關(guān)聯(lián)控制，將液化烴球罐脫水操作納入球罐總體控制系統(tǒng)中。

3.5 裝置為故障安全型，具有故障自診斷功能

裝置系統(tǒng)為故障安全型，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)停電、失風(fēng)及其他故障時，系統(tǒng)自動發(fā)出遠(yuǎn)程報警信號，系統(tǒng)內(nèi)各控制閥自動關(guān)閉。

裝置具有故障自診斷功能，當(dāng)裝置傳感器故障、變送控制器故障、控制閥閥位故障、控制閥內(nèi)漏和通訊故障時，系統(tǒng)自動發(fā)出遠(yuǎn)程報警信號，聯(lián)鎖關(guān)閉系統(tǒng)內(nèi)各控制閥。

3.6 應(yīng)用前景

國內(nèi)某大型石化企業(yè)液化烴罐區(qū)設(shè)有球罐近30臺，脫水裝置原采用人工手動脫水，脫水管道埋地敷設(shè)。在實(shí)際操作過程中，操作人員每天需對每一臺液化烴球罐進(jìn)行脫水作業(yè)，工作任務(wù)繁重，且脫水過程憑經(jīng)驗(yàn)操作，含油污水中液化烴含量經(jīng)常超標(biāo)，存在巨大安全風(fēng)險。通過拆除原有脫水球罐、更換自動脫水裝置后，該煉油企業(yè)大大緩解了操作壓力，節(jié)約了人力資源成本，運(yùn)行至今，未出現(xiàn)任何問題，脫出的水中液化烴含量穩(wěn)定在50mg/L以下，消除了安全隱患。

由此可見，液化烴球罐自動脫水裝置具有智能自動脫水、油水檢測準(zhǔn)確、日常維護(hù)便利以及本質(zhì)安全等諸多優(yōu)點(diǎn)。在一些大型石油化工企業(yè)，液化烴球罐較多，如果采用人工脫水，日常維護(hù)工作巨大、作業(yè)時間長，且安全風(fēng)險極高，不利于企業(yè)自身發(fā)展，也不能適應(yīng)當(dāng)前國家對安全、環(huán)保、職業(yè)衛(wèi)生日趨嚴(yán)格的發(fā)展要求。目前，自動脫水裝置因其技術(shù)先進(jìn)、性能可靠、安全環(huán)保等諸多優(yōu)點(diǎn)，在國內(nèi)某些大型石油化工企業(yè)已獲得近百套成功應(yīng)用案例，多年應(yīng)用實(shí)踐表明：該系統(tǒng)的應(yīng)用可徹底消除人工手動操作所伴生的安全隱患與環(huán)境污染，完全避免了液化烴球罐所排污水對操作人員職業(yè)健康傷害，同時，節(jié)約了人力資料成本，填補(bǔ)了液化烴球罐脫水作業(yè)自動化、信息化的空白，完整實(shí)現(xiàn)了液化烴球罐操作、監(jiān)控的自動化、智能化，大幅度提升了液化烴球罐的安全、環(huán)保水平。因此，建議有條件的企業(yè)也應(yīng)提升自身安全、環(huán)保管理意識，本著降低液化烴罐區(qū)安全風(fēng)險出發(fā)，積極應(yīng)用液化烴球罐自動脫水技術(shù)。

4 結(jié)語

本文根據(jù)目前國內(nèi)液化烴球罐手動脫水設(shè)施存在的安全隱患，提出了一種球罐自動脫水設(shè)施，該設(shè)施具有智能自動脫水、油水檢測準(zhǔn)確、日常維護(hù)便利以及本質(zhì)安全等諸多優(yōu)點(diǎn)，可提高現(xiàn)場自動化程度、降低現(xiàn)場操作強(qiáng)度、最大限度降低安全風(fēng)險。建議大力推廣液化烴球罐自動脫水裝置，有條件的企業(yè)應(yīng)結(jié)合自身發(fā)展需要，積極應(yīng)用，確保液化烴球罐脫水作業(yè)本質(zhì)安全。

由于石油化工企業(yè)液化烴罐區(qū)普遍占地面積大、球罐數(shù)量多，日常脫水任務(wù)繁重，本人從安全環(huán)保和日常管理方面對自動脫水裝置提出五點(diǎn)建議：(1)自動脫水裝置中壓力容器的設(shè)計、制造、檢驗(yàn)等應(yīng)滿足石油化工企業(yè)壓力容器相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，所配置的自控和電氣設(shè)備均應(yīng)符合石油化工企業(yè)壓力容器、液化烴罐區(qū)的儀表、電氣相關(guān)的設(shè)計規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)要求；(2)自動脫水裝置進(jìn)出口閥門應(yīng)選用靈敏度高的閥門，尤其是出口閥門，在接到SIS系統(tǒng)故障信號后，能快速切斷，確保液化烴不泄漏，如選用電磁閥應(yīng)避免來自中控室直流電壓損失而導(dǎo)致的電磁閥不動作情況出現(xiàn)；(3)含油污水管道應(yīng)采用地面管墩敷設(shè)，不應(yīng)埋地敷設(shè)，在每個罐組隔堤處應(yīng)設(shè)置隔斷閥，在日常管理中，含油污水管道如有泄漏可被及時準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)；(4)有條件的企業(yè)，可設(shè)置兩套二級自動脫水裝置，一用一備，在一套檢修或事故狀態(tài)下，另一套可繼續(xù)使用，確保球罐脫水作業(yè)進(jìn)行；(5)在自動脫水設(shè)施附近應(yīng)設(shè)置可燃或有毒氣體報警儀，可與罐區(qū)可燃或有毒氣體報警儀共用，報警信號進(jìn)入現(xiàn)場控制室，如果脫水設(shè)施發(fā)生泄漏且脫水設(shè)施的控制系統(tǒng)失靈時，液化烴泄漏可及時被發(fā)現(xiàn)，確保液化烴脫水作業(yè)本質(zhì)安全。