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三種液化烴球罐注水系統設計方案優劣對比

2023年02月03日 12:29:31      來源：云南昌暉儀表制造有限公司 >> 進入該公司展臺      閱讀量：27

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液化烴球罐

關于液化烴球罐注水系統的問題，一直以來都是同行熱議的話題，為什么會爭議不斷呢？主要的原因有兩點，，液化烴球罐的注水系統是強制性規定，并且也被2017年的121號文《化工和危險化學品生產經營單位重大生產安全事故隱患判定標準》收錄，作為六的重大隱患而提出。所以，這就導致很多罐區企業不得不重視液化烴球罐的注水系統；第二，最讓人捉摸不透的是，既然被列入重大隱患而提出的強制性規定，竟然沒有細節上可供企業或者設計院進行設計改造的技術指南，無論是GB50160石化規還是《SH3136-2003液化烴球形儲罐安全設計規范》，涉及到注水規定時，都是簡短的一句話而已。這就導致很多企業陷入想改但不知道怎么改的困惑境地，故引起激烈的爭議或討論也在所難免了。



基于這個現實的問題，筆者想借這篇文章，詳細探討一下液化烴球罐注水系統的來龍去脈，然后再重點講解一下液化烴球罐的注水系統到底應該怎么設計才能滿足安全和實用的原則。

談到液化烴球罐的注水系統，就不得不提到1998年發生在陜西省西安市的液化烴球罐爆炸事故。其實很多標準里的那些強制性條款都不是拍腦袋拍出來的，基本上都是來自于血淋淋的經驗教訓，注水系統自然也不例外。

1998年3月5日，西安市煤氣公司液化石油氣管理所發生液化石油氣嚴重泄漏事故，一個貯量為400m3的球形儲罐突然閃爆,共造成11人死亡，31人受傷。事故的直接原因是球形儲罐下部排污閥上部法蘭密封局部失效，造成大量的液化石油氣泄漏，遇火花產生爆炸。

那么球罐的法蘭密封失效的原因又是什么呢，主要是當時的液化石油氣含有少量的水分，這些水分由于密封大，故沉積在球罐端，也就是排污閥附近。受天氣的影響，當冬季來臨時，這些水分會結冰，體積膨脹。夏季來臨時，又暖化為水，體積縮小。而當時法蘭采用的墊片是非金屬石棉類墊片，本身就吸水，所以墊片也會隨著季節的交替而發生膨脹或縮小，最終導致墊片失去彈性，發生泄漏。

由于該事故發生于1998年，所以到了次年，也就是1999年石化規GB 50160開始修訂，在1999版的石化規里，新增的第5.3.16條，就是為了這次事故而增加的經驗教訓，并且提出了全壓力式儲罐應設置注水系統。



此后，關于全壓力式儲罐應設置注水系統的強制規定，一直被標準延續到今天，甚至將其作為一個重大隱患而提出，可見其備受重視的程度。

那些重視是一回事，怎么去實現它是另外一回事。畢竟行政化的條令和運動式的檢查，終究解決不了技術問題。所以關于液化烴球罐的注水系統。從技術上應該怎么去實現它，在此我拋磚引玉，淺談一下自己的看法，供大家參考。

首先，注水系統的適用范圍，也就是什么樣的球罐才能適用注水系統呢，，球罐的介質不能和水互溶，因為一旦互溶，不僅球罐中的介質會被嚴重污染，而且泄露出來的也是介質和水的混合物了，泄露出來的介質還是會蒸發或者到處流淌，很容易引起二次事故，這也違背了注水系統的初衷。

其次，球罐的介質密度不能比水大，換句話說，注入球罐內的水必須要流入到球罐部，只有這樣才能將介質從泄漏處頂開，用水來代替介質從泄漏點泄漏出去，從而將介質牢牢限制在容器內。

第三，球罐注水系統只適用于球罐底部的接管發生泄漏的情況，至于罐體中上部位或罐頂發生泄漏，注水系統也只能愛莫能助，望洋興嘆。



我們只有理解了以上三點關于注水系統的原則性要求之后，就能明白不是所有的球罐都適合采用注水系統的，比如液氨球罐就不適用注水系統。

那么了解了注水系統的原則之后，我們才能進入下一步，也就是更為關鍵且重要的環節，就是液化烴球罐的注水系統到底應該怎么去實現，也就是如何去設計呢？這里我為了更好地方便大家在工程實踐中參考，我把設計分為兩個不同的場景，一個是新建項目的球罐，另一個就是在役裝置的球罐。

我們先來探討個，也就是新建項目的液化烴球罐，該怎么去設計注水系統呢？新建項目的一個就是我們可以隨心所欲地去設計，不像在役裝置那樣，改造就會受到種種制約和束縛。既然是新建項目，那么我們就可以地去保證注水系統的安全性和可執行性。為了方便大家參考，我直接采用示意圖說明，形象化的圖示比繁瑣的語言更容易讓人理解。

對于新建的球罐來說，我把注水系統設計分成兩種方案A、B和C，分別如下圖：



方案A：注水管線采用獨立的一根管線，直接和儲罐連接，管線上設置罐根閥+單向閥+注水操作閥(可遠程操作)，其中罐根閥常開，注水操作閥常關。方案A的優勢在于注水線不受工藝介質管線的影響，注的消防水能直接通到罐內，并且注水線的管道尺寸和壓力等級可以單獨設計，注水量能得到保證。方案A的劣勢在于，在球罐上多了一個開孔，并且相連接的管線閥門法蘭都成了潛在的泄漏源。



方案B：注水管線不直接和儲罐相連，而是通過接入儲罐的工藝介質管線來實現消防水的注入，管線在接入工藝管道之前設置一道單向閥和注水操作閥。方案B的優勢在于，減少了儲罐罐壁的開孔，減少了潛在的泄漏源。方案B的劣勢在于注水系統會受到工藝介質管線狀態的干擾，比如工藝介質管線上的緊急切斷閥內漏或者失效，造成緊急切斷閥關不嚴，此時消防水就會串入管道下游，污染整個物料。還有一個容易忽略的是，球罐的緊急切斷閥一般是和罐液位聯鎖，而不是和罐底法蘭的泄露聯鎖，所以只要罐液位不報警，緊急切斷閥是不會自動切斷的。如果罐底大法蘭發生泄漏，除非氣體檢測報警或者人員巡檢發現，然后再人工關閉該緊急切斷閥，然后打開注水操作閥，才能實現有效的注水。這種一連串的操作，很容易導致疏忽大意，節外生枝，存在很大的現實風險。而方案A則不用考慮工藝管道的緊急切斷閥狀態，哪怕緊急切斷閥忘了關或者失效，也不影響消防水注水球罐。最后方案B還有一個細節需要注意，那就是注水線的接入點一定要選擇在緊急切斷閥和罐根之間，不能接入到緊急切斷閥的下游，那樣一旦緊急切斷閥關閉，注水系統就失效了，形同虛設。



方案C：注水管線通過接入罐底部人孔蓋上的排污管線實現注水。該方案在很多企業里確實存在，方案C的優勢在于，既避免了罐壁上開孔，也不受工藝介質管線狀態的干擾?？雌饋硐鄬Ρ容^，但是這種方案的劣勢在于人孔蓋上的排污管線，一般和切水管線都是同一根管線，所以管道的尺寸一般不會太大，常見的DN50-DN80之間，注水量很可能是不滿足的，所以采用方案C，前提是必須注水量計算通過，否則無法適用。

以上A、B和C三種方案都各有各自的優缺點，在此我列出來僅供大家參考，經驗豐富的工程公司可能會有更的D方案。但是不管采用哪種方案，注水系統的設置原則一定是簡單、實用，副作用的原則。

說完了新建項目球罐的注水系統設置，我們接下來就重點談談在役球罐的注水系統設置問題，這也是目前大家關注的一個問題，因為目前還有很多球罐并未設計注水系統，或者現有的注水系統有這樣或那樣的問題，導致不能實現應有的注水功能，且每個專家對此也有不同的觀點和解讀，所以造成了大部分企業不知道該怎么去改造球罐的注水系統。在役裝置的改造的困難，就是現場受到了太多的制約因素，包括管線位置，動火作業，倒罐清理等等，太多的因素讓企業在改造的過程中困難重重，畏首畏尾。我們就來逐個分析一下。

首先，注水口的選擇。在役儲罐的注水口不可能選擇在罐體上新開一個孔了，因為但凡球罐，基本上屬于第三類壓力容器，對罐體的任何變更，都牽涉到壓力容器的重大變更，整個流程跑下來繁瑣不說，關鍵是后期的壓力試驗，包括氣壓試驗，都是非常危險的，所以如果只是為了增加一個注水系統而對球罐本體大動干戈的話，在我看來是得不償失的，所以不建議直接在罐體上開孔。另外球罐的鋼板壁厚都非常厚，一般40mm-50mm左右，焊接的話，為了焊縫的均勻，勢必要做熱處理，稍微不慎的話，焊縫缺陷就很難消除，這對于高壓容器是非常危險的。

其次，既然在儲罐本體上新開注水口不太現實，那么采用已有的管線也就成了在役球罐注水改造的現實選擇。這個現實選擇很多企業是不盡相同的，因為每家企業的球罐工藝進出口管道是不太一樣的，這里面影響的一個區別就是球罐進出口管道上罐根閥和緊急切斷閥的布置問題。根據布置狀況的不同，我把在役裝置的球罐按照工藝管道進出口閥門的不同配置，按圖分為A、B、C三種類型，如下圖：



對于類型A：由于帶聯鎖的緊急切斷閥就安裝在罐根，所以這種情況下注水管線是無法接到工藝介質管線上的，因為一旦緊急切斷閥由于其他原因而聯鎖關閉，同時也就切斷了注水的通道，所以這個是行不通的，可行的方案就是將該緊急切斷閥變更為非聯鎖的切斷閥，然后再在遠端重新切割管道后安裝一個新的緊急切斷閥，然后將注水接入點選擇在緊急切斷閥和罐根閥之間，如下圖。

方案B和方案C：基本上差別不大，只要將注水點接入到緊急切斷閥和罐根之間就可以了，但是的不同就是施工方案，方案B由于有罐根閥，可以在閥門處加盲板，不需要清罐。方案C無法安裝盲板，故需要清罐，施工周期較長。但是我的建議，企業盡量在清罐檢修的時候，進行施工焊接作業。液化烴球罐帶料動火的作業風險太大了，不到萬不得已，一定不要這樣干。

上述兩張圖中的A、B、C方案，不管采用哪一種，有一個控制方面的細節，我要強調一下，就是遠程操作注水操作閥的時候，一定要同時確保工藝管線上的緊急切斷閥保持關閉狀態，這個方法，是在控制系統中增加一個二者之間的狀態聯鎖，即當系統監測到注水操作閥打開動作時，聯鎖關閉緊急切斷閥，且此聯鎖具有優先權。因為注水過程中，一旦緊急切斷閥打開的話，消防水就串入工藝管道下游了，壓力分流之后，就不能保證球罐泄露處的注水壓力了。

以上內容講解了在役球罐注水改造中關于注水接入點的選擇，由于注水系統實際上是一個體系，而注水接入點只是末端的一個節點而已，出了這個節點，還有一個普遍且重要的現實問題，那就是消防水的動力源，我們知道，化工企業廠區的消防水系統一般壓力為8kg/cm2~10kg/cm2，而作為注水用的消防水，必須操作壓力要達到15kg/cm2~20kg/cm2，才能成功注入到液化烴球罐內，所以怎么給消防水提壓，也是一個關鍵的問題。

目前大多數企業的普遍做法，無外乎兩種。種，就是設置單獨的注水增壓泵，將來自消防水管網或其他渠道的消防水進一步增壓后進入注水管道，第二種，就是采用該液化烴球罐的工藝泵，將消防水管網作為其中一個支管接入到工藝泵的入口，然后通過工藝泵實現消防水的增壓，增壓后進入注水管道，如下圖。

采用專用泵注水的話，優勢在于，可以更好地單獨進行操作控制，不用考慮工藝泵狀態的影響。并且消防水源管線可以采用固定管線，直接從消防水源處接入，比半固定式接頭效率更快。半固定式接頭，前期是需要花費一定的時間，將消防水帶接到半固定式消防接頭上的。其劣勢在于，改造費用較高，施工周期較長，但這很難說是一個劣勢。

采用工藝泵實現增壓的話，是否可行是需要進行核算的，包括泵的工藝參數，額定流量，壓頭等都必須滿足注水系統的要求。更為關鍵的是，如果采用工藝泵的話，消防水管線只能采用半固定消防接頭，當然如果采用固定管線連接至消防水源的話，一旦閥門內漏的話，工藝介質會串入消防水源，這些易燃易爆的介質一旦串入到消防水系統的話，后果是相當嚴重的。此前曾經發生過換熱器內漏，造成易燃易爆介質串入到冷卻水系統，最終造成冷卻水塔爆炸的事故。

以上全部內容就是筆者關于目前液化烴球罐注水系統的一個觀點和建議，也是參考了中石化和中石油的企業標準之后，總結出來的一點淺見。最后筆者要說的是，球罐的注水系統只是！只是！只是解決球罐罐底部法蘭泄露的一個臨時應急措施，它只是確保泄露出來的是無害的消防水，而不是易燃易爆的介質。但是！但是！但是它解決不了泄露本身的問題。所以！所以！所以，怎么去解決泄露這個根本問題，才是接下來關鍵的。那么目前在工程實踐中又有哪些可行的解決方案呢？敬請大家持續關注昌暉儀表網，筆者會在后續文章中繼續分享探討。
作者：閆長嶺
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