長江中上游浮動碼頭液態(tài)危化品管線排空工藝技術探討

文/甘文瀟 江崇林 劉 佩 王 勇 傅學岐

內(nèi)河浮動碼頭也稱躉船，岸上儲存區(qū)與躉船之間依靠管道連接，實現(xiàn)液態(tài)危險化學品的接卸與灌裝，每次作業(yè)完成后通常需要將管線及時清空。由于相關規(guī)范和管理規(guī)程對管線排空無具體規(guī)定與要求，因此，各躉船的排空做法多有不同，其中不乏落后淘汰工藝。本文通過不同排空工藝特點比較，推介一種安全、實用、簡捷的排空工藝——轉輸排空法。

1.工藝條件及特點

長江中上游及三峽庫區(qū)躉船靠泊能力一般在1000t～3000t，有的可達到5000t，每次接卸作業(yè)需時十幾個小時至二、三十個小時不等，配管通常為DN150至DN250之間，輸量較大；受季性與三峽庫區(qū)水位調(diào)控影響，躉船由最低水位升至最高水位的位差約40m～60m，從最低水位至岸上儲存區(qū)的相對高差通常在100m～200m之間，高差較大；受岸坡、水深水流水勢及周邊控制性間距限制，尋求一處理想泊位十分困難，同樣岸上儲存區(qū)選址也受到地形地質(zhì)條件、周邊環(huán)境及交通體系制約，要使兩者均達到規(guī)范要求，往往距離拉得較遠，至少要幾百米甚至幾千米。由于上述原因，液態(tài)危化品管線一次排空量較大，以1000m長DN150管線為例，管線內(nèi)容積為18m3；DN250的約為49 m3。

2.排空工藝分析比較

2.1 自流放空

有的躉船不執(zhí)行接卸任務，只要求具備灌裝功能，對于這種工藝系統(tǒng)利用高差自流放空就能滿足管線排空需要，在管道排空段的上端干線上加裝一個閘閥，閥后旁接一個小閥及進氣管，如圖2-1所示，灌裝作業(yè)接近終了時關閉干線閥，打開進氣閥，管內(nèi)存液經(jīng)躉船自流進入運輸船艙。

自流放空工藝簡單，不耗能，操作容易，排空徹底，一般僅限于自流灌裝作業(yè)工藝系統(tǒng)。

圖2-1 自流排空示意圖

2.2 水頂排空

沿江有的成品油油庫采用水頂油的排空作業(yè)方式，預先計算出排空段管線內(nèi)容積，接卸作業(yè)完成后直接用泵將同樣數(shù)量（稍有放大余量）的江水打入管線，用水將油頂入油罐，下一次作業(yè)前再將管內(nèi)存水自流放空。為了減少油水混合量，有的工藝系統(tǒng)在油水界面處切入一、二個隔離器（球），或稱清管器。

水頂油排空作業(yè)用水置換出管內(nèi)油品，其過程如同順序輸送，油水之間不是一個平整的理想界面，而是相互摻混的油水混合液段，前半段油含量大，后半段水含量大，如圖2-2所示。由于兩者比重不同，水形成一個楔狀在管子底部流動，遇有起伏、閘閥、三通、彎頭等，在局部湍流作用下加劇摻混增大混合量，混合段長度也與輸送距離成正比。加入隔離器（球）后可有效減少混合量，但是隔離器（球）在管內(nèi)運行不是勻速的，在局部阻力段處會慢下來，通過瞬間又會加速，產(chǎn)生壓力波動，這種瞬變工況以及隔離器（球）切換時機和隔離效果，都會對油水混合量造成影響。有的油庫在排空終點加裝了一組油水混合液收集罐和油水濃度在線檢測裝置，根據(jù)動態(tài)檢測數(shù)據(jù)，將純油品輸入油罐，把油水混合段切入收集罐。

水頂法排空工藝流程操作復雜，污水排放量大，達標處理困難，尤其是排空后管內(nèi)存水富含石油類污染物，直排入江污染水體，加重了環(huán)境負荷。因此，水頂排空方法是一種應當淘汰的落后工藝。

圖2-2 油水混合液段及濃度分布示意圖

2.3 氣頂法排空

用含氧量低于5%的富氮壓縮氣體充入管線，實現(xiàn)氣頂液排空，氣液之間加入隔離器（球）能顯著提高排空效果和降低惰性氣體消耗。在排空終端設置一組氣液分離裝置和窺測管，把管內(nèi)實柱液體頂入儲罐，氣液混合段切入氣液分離裝置，分離出的液體轉輸入罐，氣體通過排氣管、阻火器放空。

隔離器（球）在管道內(nèi)不是勻速運行，在通過閘閥、彎頭等阻力段時，會稍有停頓，待球后壓力達到足以克服局阻后突然加速，造成管線劇烈振動；在排空出口處氣液混合物如同浪涌交替噴濺而出，也會使管路發(fā)生激烈抖動。這些振動累加效應會引發(fā)系統(tǒng)機械疲勞，造成管線機械損傷，為跑、冒、滴、漏事故埋下隱患。非導體液態(tài)危化品氣液混合物高速噴出瞬間，會產(chǎn)生大量靜電荷，若措施不當極易引發(fā)靜電事故。在氣液流激烈擾動下液體會加速揮發(fā)，加大了大呼吸損耗和污染物排放。氣頂液排空大量使用惰性工業(yè)氣體，運行成本較高。

氣頂法排空較適宜于地形平緩、高差不大的平原、丘陵地帶，長江中上游地區(qū)地理環(huán)境特殊，有較大的自然高差可供利用，應當慎用氣頂法排空工藝。目前有的油囤直接采用壓縮空氣排空和吹掃成品油管線，又沒有任何防護措施，是十分危險的，應當明令禁止。

3.轉輸排空法

一般在躉船上均配置有幾個不同介質(zhì)的掃倉氣液分離罐（或真空罐），單罐容積較小，約5m2左右，若直接作為干線自流放空罐使用，其容量無法滿足需要。在躉船主泵旁并裝一臺小泵并敷設一條小口徑管線，與岸上庫內(nèi)干線連通，用小泵和小口徑管線將排空段主管線倒空，爾后再將小口徑管線內(nèi)的存液自流放空至躉船掃艙氣液分離罐內(nèi)，下次作業(yè)再將罐內(nèi)存液倒出。這種排空方法雖然增設了一組泵和管路系統(tǒng)，但是由于排空徹底，品種相近的岸坡斜堤主管線可共用，以減少管線敷設數(shù)量。同時掃倉罐（或真空罐）兼做放空罐使用，提高了設備的利用率。

轉輸排空法工藝流程簡捷、操作方便、排空徹底，耗能小、不使用惰性工業(yè)氣體、運行成本低，呼吸損耗小，幾乎沒有污染物排放，節(jié)約資源，安全環(huán)保。

綜上所述，長江中上游浮動碼頭液態(tài)危化品管線排空，應當限制使用水頂法排空工藝；慎用氣頂法排空方法；總結、完善、推廣轉輸排空工藝技術，消除排空作業(yè)中的安全隱患，節(jié)能降耗，保護環(huán)境，使長江中上游地區(qū)的危化品碼頭建設和工藝技術提高到一個新的水平。

1.《石油庫設計規(guī)范》GB50074-2002

2.《裝卸油品碼頭防火設計規(guī)范》JTJ237-99