精細化工常壓儲罐的工藝安全設計

夏利榮

摘要：國內精細化工企業的常壓儲罐具有罐容小、種類多和介質危險的特點，常有泄露、火災爆炸和人員中毒等事故的發生。為盡可能地避免常壓儲罐發生這些事故，在設計階段通過危害分析、合理選材設計、設置相應安全設施和保護層、確定合理的操作和維護規程，就可以保證常壓儲罐的安全、環保和穩定運行。

關鍵詞：精細化工;常壓儲罐;氮封;呼吸閥;工藝安全

常壓儲罐作為精細化工企業液體原料、中間體和產成品儲存的設施，具有極為廣泛的應用。精細化工企業一般為小規模生產，儲罐容積較小，適用于GB51283-2020《精細化工企業工程設計防火標準》，即甲B和乙類液體單罐容積不超過1000m3;丙類液體單罐容積不超過5000m3。除此之外，精細化工常壓儲罐具有化學品種類多、介質危險的特點，隨著企業運行對安全環保的高要求，需要對常壓儲罐進行詳細地分析和完備的工藝設計，提供安全運行條件。

1儲罐的工藝危害分析

在進行常壓儲罐設計前，應明確儲存物料的種類、數量和危險特性;查明物料的可燃性、閃點、蒸汽壓、爆炸極限、極限氧濃度（LOC）、忌水性、忌氧性、儲存溫度、熔點、沸點和腐蝕性等數據，分析儲罐是否存在腐蝕、泄露、靜電、火災爆炸等事故風險，根據風險后果確立常壓儲罐的設計方案和配套的安全設施。根據物料的特性及儲罐容積，確定儲罐的結構型式、呼吸方式。考慮到環保要求，除合成硫酸、液堿等不揮發物質儲罐可直通大氣外，鹽酸及副產酸堿、丙類物質等應設置呼吸閥，且呼吸閥排氣應接至尾氣裝置妥善處理。一般情況下，介質具有以下特點的常壓儲罐，應設置氮封系統，并對系統排氣接至尾氣裝置處理。

（1）儲罐采用易熔材料制作浮盤;

（2）甲B、乙A類易燃易爆液體;

（3）物料忌水（與水反應）;

（4）水進入將導致物料腐蝕性發生變化的物質（氯代烴類）;

（5）物料接觸空氣被氧化;

（6）物料接觸空氣發生聚合;

（7）介質為水溶性或與水混溶的并對其中水份有控制要求;

（8）儲存介質毒性較大或易揮發介質;

（9）物料儲存過程生成自燃類物質（例如硫化亞鐵）。

2儲罐的物理設計

根據儲存介質的腐蝕程度，優先選擇鋼制儲罐，也可以選用全玻璃鋼、碳鋼內襯玻璃鋼或襯塑、襯膠、襯玻璃等非金屬材質。對于常壓儲罐，一般較少采用鎳基合金、銅基合金或復合鋼板，腐蝕性介質儲罐可以采用非金屬材質代替。

鋼制常壓儲罐的設計一般按照GB50341-2014《立式圓筒形鋼制焊接油罐設計規范》執行，部分儲罐根據API650設計，非金屬儲罐可根據相關標準或施工實例進行設計。

當介質需要高低溫儲存或需要循環防止聚合時，可以采用在儲罐內增加盤管，儲罐壁增加伴熱/保冷管、半管或夾套，以及罐頂增加冷凝器，設置外循環等方式實現，并在儲罐外部增加保溫隔熱層，附屬設施的重量及載荷應在儲罐的壓力設計中一并考慮。

3氮封系統設計

3.1氮封系統的應用現狀

基于安全環保考慮，氮封系統在精細化工常壓儲罐得到廣泛應用，固定頂罐氮封系統主要結構型式和配件，在實際的使用過程中，系統不正常工作的現象較為普遍，究其原因，主要有以下幾個方面。

3.1.1工藝設計不合理

設計時未能充分考慮供氮方式、泄氮方式、背壓、物料性質和壓力分程設定等因素，千篇一律照搬，氮封壓力控制范圍狹窄，相互之間易產生交集，各組件工作互相干擾，無法正常運行。

3.1.2閥門選型不正確

氮封閥、呼吸閥、緊急泄放人孔等設施選型不正確，密封材質不當，無法滿足設計要求。

3.1.3安裝調試存在瑕疵

氮封閥取壓點不具代表性、閥后管道過細過長、氮封閥通氣量調節過大、呼吸閥盤不密封、調試不當等問題，都將導致系統不正常。

3.1.4儲罐密封不嚴

由于儲罐老化、腐蝕等因素，導致消防泡沫發生器、人孔口、接管口等部位密封不嚴，氮封閥始終處于工作狀態。

3.1.5維護不當

氮封閥、呼吸閥、緊急泄放人孔等設施缺乏維護，存在腐蝕、卡死、彈簧失穩等情況。

3.2正常通風量的計算

常壓儲罐通氣量應包括液體進出儲罐引起的液體傳輸效應，以及環境溫度升降引起的熱效應。精細化工儲罐液體進出流量較小，一般不超過50m3/h。熱效應形成的通風量可根據SH/T3007-2014《石油化工儲運系統罐區設計規范》和《API2000-2009通風大氣和低壓儲罐》計算確定，根據計算結果來看，兩者相差不大，規范基于安全考慮，實際數值都偏于保守，詳細計算過程可參考相關文獻。

3.3分程壓力控制

根據氮封系統原理結合SH/T3007-2014等國內標準和API2000三種氮封等級的要求，一個典型的精細化工常壓儲罐氮封系統可以包含以下幾個部分。

3.3.1供氮閥當儲罐出料或環境溫度降低時，儲罐內部壓力降低至供氮閥設定開啟壓力，供氮閥自動打開補充氮氣，儲罐內壓力升高至供氮閥設定關閉壓力時，供氮閥自動關閉。

3.3.2泄氮閥當儲罐進料或環境溫度升高時，儲罐內部壓力超過泄氮閥設定壓力時，泄氮閥自動打開排氣，儲罐壓力恢復后泄氮閥自動關閉。

3.3.3緊急呼吸閥當儲罐出料或環境溫度降低，且供氮閥故障無法打開時，儲罐內部壓力降低至緊急呼吸閥吸氣壓力時，緊急呼吸閥自動打開吸入空氣，防止儲罐發生吸癟事故;當儲罐進料或環境溫度升高，且卸氮閥故障無法打開時，儲罐內部壓力升高至緊急呼吸閥排氣壓力時，緊急呼吸閥自動打開排氣，防止儲罐發生起升事故。由于緊急呼吸閥工作時儲罐直通大氣，所以緊急呼吸閥必須配套阻火器一同使用。

4結語

精細化工常壓儲罐的工藝設計應從實際和運行的角度考慮，合理設置安全設施，努力做到本質安全。同時應該看到，精細化工行業與石油化工行業相比，具有自身的特點，在設計過程中不能照搬石油化工相關標準，行業也應該不斷總結，有針對性地建立相應的標準，以提升本行業的安全水平。

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