柴油儲罐改造為汽油儲罐設(shè)計要點探討

劉瓊，王偉

（1.廣東中化石油化工設(shè)計有限公司，廣東 廣州 510700；2.深圳市城市公共安全技術(shù)研究院有限公司，廣東 深圳 518000）

儲罐是石油化工裝置和儲運(yùn)系統(tǒng)設(shè)施的重要組成部分，儲運(yùn)罐區(qū)中涉及的化學(xué)品多為易燃易爆、有毒有害介質(zhì)，不僅儲存數(shù)量大而且種類多，一旦發(fā)生泄漏、火災(zāi)或爆炸事故，將給人民生命和財產(chǎn)安全造成嚴(yán)重危害。隨著石油石化儲運(yùn)罐區(qū)的整治升級，現(xiàn)有儲罐的利舊改造的安全設(shè)計極其重要。本文以固定頂柴油儲罐改造為內(nèi)浮頂汽油儲罐為例，從罐體改造設(shè)計、儲罐附件設(shè)計和儲罐工藝安全設(shè)計等方面進(jìn)行闡述。

1 罐體改造設(shè)計

本儲罐原本為固定頂儲罐，儲罐容量為10000m3，原儲存介質(zhì)為柴油（丙A類液體），現(xiàn)由于罐區(qū)升級改造，儲存介質(zhì)由柴油變?yōu)槠停譈 類液體），柴油儲罐需改造為汽油儲罐。10000m3儲罐主要設(shè)計條件見表1。

表1 10000m3 儲罐主要設(shè)計條件

1.1 儲罐選型

由于改造后儲存介質(zhì)汽油為甲B 類液體，根據(jù)《石油化工企業(yè)設(shè)計防火標(biāo)準(zhǔn)(2018 年版)》標(biāo)準(zhǔn)要求，儲存甲B、乙A 類液體應(yīng)選用金屬浮艙式的浮頂或內(nèi)浮頂罐。當(dāng)單罐容積大于5000m3時，內(nèi)浮頂儲罐應(yīng)采用鋼制單盤或雙盤式浮頂。因此，本儲罐將改造為鋼制浮盤內(nèi)浮頂儲罐。

1.2 罐體核算

儲罐利舊的首要條件是需滿足《油罐的檢驗、修理、改建及翻建》標(biāo)準(zhǔn)要求，利舊儲罐的罐壁及罐底板經(jīng)檢測合格后，方可進(jìn)行后續(xù)利舊設(shè)計。當(dāng)儲罐檢測合格后，應(yīng)依據(jù)《立式圓筒形鋼制焊接油罐設(shè)計規(guī)范》要求，對儲罐頂板、壁板及底板進(jìn)行核算，頂板、壁板及底板厚度滿足強(qiáng)度計算后方可利舊。經(jīng)核算，本儲罐的頂板、壁板及底板厚度滿足強(qiáng)度要求。同時，應(yīng)對儲罐抗風(fēng)穩(wěn)定進(jìn)行計算，為確保儲罐不發(fā)生傾倒，應(yīng)滿足

1.3 開口設(shè)計

改造后，儲罐新增呼吸閥、緊急放空人孔和氮封系統(tǒng)等開口。由于增加鋼制浮盤，儲罐設(shè)計液位的降低，高高液位報警開口需適當(dāng)下降，罐壁需重新開設(shè)高高液位報警口。高高液位報警口的標(biāo)高需保證開口接管的焊縫及補(bǔ)強(qiáng)圈的焊縫與原罐壁縱向、環(huán)向焊縫滿足最小間距的要求。為了方便操作人員從浮盤上部進(jìn)入罐內(nèi)檢修，在浮盤以上合適位置處開設(shè)了帶芯人孔。同時，為了滿足成品油出廠油品要求，在儲罐罐壁增加調(diào)和管線開口，在儲罐中心線附近安裝調(diào)和噴嘴，使汽油調(diào)和均勻。

2 儲罐附件設(shè)計

由于汽油為甲B 類液體，固定頂儲罐改為內(nèi)浮頂儲罐時，將增加鋼制浮盤，設(shè)置氮氣密封保護(hù)系統(tǒng)。改造后，儲罐量油孔、透光孔、入孔、排污孔（或清掃孔）等附件利舊，新增呼吸閥、緊急放空人孔和氮封閥等附件。

2.1 鋼制浮盤

根據(jù)《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》要求，當(dāng)儲存揮發(fā)性有機(jī)液體的真實蒸氣壓P 符合27.6kPa ≤P ＜76.6kPa，且儲罐設(shè)計容積≥75m3時，內(nèi)浮頂儲罐的浮盤與罐壁之間應(yīng)采用液體鑲嵌式、機(jī)械式鞋形、雙封式等高效密封方式。浮盤密封包帶材質(zhì)一般選用氟橡膠或丁腈橡膠。

2.2 呼吸閥

呼吸閥是一種防止罐內(nèi)超壓的儲罐保護(hù)設(shè)備，通常在罐頂中央的頂板范圍內(nèi)設(shè)置帶阻火功能的呼吸閥。呼吸閥的數(shù)量和規(guī)格應(yīng)根據(jù)所需呼吸閥的通氣量和呼吸閥的通氣量曲線來確定。呼吸閥的呼出量不得小于儲罐介質(zhì)的最大進(jìn)料量和因大氣最大升溫導(dǎo)致儲罐內(nèi)氣體膨脹所需要排出的氣體量兩者之和；呼吸閥的吸入量不得小于儲罐介質(zhì)的最大出料量和因大氣最大降溫導(dǎo)致儲罐內(nèi)氣體收縮時所需要吸入的空氣量兩者之和。

在缺乏呼吸閥的通氣量曲線的情況下，呼吸閥的數(shù)量和規(guī)格可參照《石油化工儲運(yùn)系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計規(guī)范》，根據(jù)儲罐的容量和進(jìn)（出）儲罐的最大介質(zhì)流量來確定的。如本文改造的10000m3儲罐應(yīng)設(shè)置2 個直徑為300mm 的呼吸閥，同時，應(yīng)確保進(jìn)出儲罐的最大介質(zhì)流量不大于2600m/h3。

2.3 緊急放空人孔

緊急放空人孔也稱泄壓人孔，直徑不宜小于500mm，直接通向大氣，通常在罐頂范圍內(nèi)設(shè)置。在氮氣密封保護(hù)系統(tǒng)或呼吸閥出現(xiàn)故障的情況下，當(dāng)儲罐內(nèi)部壓力急劇上升，罐內(nèi)超壓嚴(yán)重，僅僅依靠呼吸閥無法滿足介質(zhì)泄放要求時，泄壓人孔將開啟，進(jìn)行緊急泄放，以保護(hù)罐體不被超壓破壞。

2.4 氮封閥

氮封閥是用來控制儲罐內(nèi)氮氣密封壓力的一種自力式調(diào)節(jié)閥門，主要用于隔離儲罐介質(zhì)與外界空氣的接觸，降低儲罐內(nèi)氣相空間形成混合性爆炸氣體的可能，維持罐內(nèi)微正壓，避免出現(xiàn)罐體承受外壓的情況，保護(hù)儲罐安全。

3 儲罐工藝安全設(shè)計

通過設(shè)計手段保障儲罐本質(zhì)安全是儲罐安全設(shè)計的最終目標(biāo)和追求，本小節(jié)從儲罐的液位聯(lián)鎖、氮封及安全泄放系統(tǒng)壓力設(shè)計方面介紹了儲罐的工藝安全設(shè)計。

3.1 液位聯(lián)鎖設(shè)計

固定頂儲罐改造為內(nèi)浮頂儲罐后，由于改造后新增浮盤，改造后內(nèi)浮頂儲罐的設(shè)計儲存液位，要根據(jù)浮盤的設(shè)計最大高度重新進(jìn)行調(diào)整，其設(shè)計儲存的高液位按照下列公式進(jìn)行計算：

其中，h1為浮盤設(shè)計的最大高度（浮盤底面），如果采用鋼制浮盤，其取值宜為罐壁頂以下0.9 ～1.0m；h2為考慮響應(yīng)時間而按照儲罐最大進(jìn)液量所折算成的高度，一般取10 ～15min 儲罐最大進(jìn)液量；h3為液位高度設(shè)計安全裕量，根據(jù)儲存介質(zhì)的膨脹高度和保護(hù)浮盤所需要的裕量來確定，一般取值為0.3m。改造后內(nèi)浮頂儲罐設(shè)計的高高液位報警時應(yīng)聯(lián)鎖關(guān)閉儲罐進(jìn)口閥門，其設(shè)計儲存的高高液位按照下列公式進(jìn)行計算：

由于浮盤一旦落底，就會在液面和浮盤之間存在氣相空間，為有效抑制油氣的揮發(fā)，消除氣相空間，要保持浮盤始終漂浮在液面上。改造后內(nèi)浮頂儲罐設(shè)計儲存的低低液位報警時應(yīng)聯(lián)鎖關(guān)閉儲罐出料泵，一般低低液位設(shè)計應(yīng)考慮浮盤支腿的高度、浮倉的高度及安全裕量（一般可取0.2m）。低液位設(shè)計宜高出浮盤落底高度，同時，還應(yīng)滿足從低液位報警開始10 ～15min 時間內(nèi)，出料泵不會發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。

3.2 氮封及泄放系統(tǒng)壓力設(shè)計

氮封及泄放系統(tǒng)壓力設(shè)定，是儲罐安全保護(hù)設(shè)計的重點。設(shè)計時，應(yīng)綜合考慮儲罐設(shè)計壓力、氮氣壓力和泄放系統(tǒng)各設(shè)備的聯(lián)動關(guān)系。本儲罐設(shè)計正壓為1.96kPa，設(shè)計負(fù)壓為-0.49kPa，儲罐氮氣管道進(jìn)氣壓力為0.5kPa。呼吸閥的進(jìn)氣壓力應(yīng)高于儲罐的設(shè)計負(fù)壓力，呼吸閥的排氣壓力應(yīng)大于氮氣壓力并小于泄壓人孔的開啟壓力；泄壓人孔的開啟壓力應(yīng)高于呼吸閥的排氣壓力，并且不應(yīng)大于儲罐的設(shè)計正壓力。氮封及泄放系統(tǒng)壓力設(shè)計如圖1 所示。

圖1 氮封及泄放系統(tǒng)壓力設(shè)計

4 結(jié)語

柴油儲罐改造為汽油儲罐設(shè)計時，需注意以下幾點，以保證儲罐改造后的安全使用。

（1）儲存介質(zhì)改變及介質(zhì)密度發(fā)生變化后，需根據(jù)改造后的介質(zhì)性質(zhì)重新進(jìn)行儲罐強(qiáng)度校核及穩(wěn)定性校核；（2）儲罐安全附件、液位控制等需重新考慮。