易燃可燃液態(tài)化學品內(nèi)河陸基灌裝接卸工藝設計探討

文/李少春 劉 佩 王 勇 甘文瀟 傅學岐

化學品運輸船舶到岸靠泊后，依靠船載泵、躉船和斜堤及岸上管系，將大宗易燃可燃液態(tài)化學品輸送至陸域儲罐區(qū)儲存，爾后再經(jīng)管輸或汽車轉(zhuǎn)運的方式運輸?shù)较掠斡脩簟５牵瑢τ谟卸嗥贩N小批量易燃可燃液態(tài)化學品接卸作業(yè)要求的化工碼頭，出于土地及設備利用率、工程投資等諸多因素考慮，很難做到每一品種均設置接卸罐。簡單的對駁直卸，作業(yè)安全無法保障，類似引發(fā)的事故屢見不鮮。因此，探尋一套安全可靠、經(jīng)濟合理、操作方便的工藝系統(tǒng)，解決小批量易燃可燃液態(tài)化學品接卸作業(yè)問題，是十分必要的。

一、系統(tǒng)工況特點及設計條件

在通常情況下，小批量液態(tài)化工品幾乎不在碼頭停留，直接由運輸船管輸卸入汽車槽罐轉(zhuǎn)運。碼頭陸域作業(yè)場按功能設置獨立的接卸區(qū)，采用一組或多組基地式固定鶴位單車或多車同時灌裝，每個鶴位灌裝流量一般按100m3/h左右考慮。

前端船載泵所采用的泵型、技術(shù)參數(shù)及工藝流程等差異較大，泵型主要以螺桿泵為主，有的采用離心泵；流量為200、250、300m3/h，揚程0.8～1.2MPa不等；有的船載泵機組采用了變頻技術(shù)，依據(jù)負荷變化自動調(diào)節(jié)泵轉(zhuǎn)速以改變泵性、修正系統(tǒng)工作點，自適應能力強，節(jié)能降耗；有的泵機組采用三相異步交流電機作為動力源，泵出口設有旁通回流工藝，人工調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸出流量，完全依賴作業(yè)人員操作經(jīng)驗，自適應調(diào)控水平低，功耗大。

設計必須充分考慮介質(zhì)密度、溫度、不同水位對管路特性的影響，依據(jù)典型工況繪制出管路特性曲線圖譜，每一次作業(yè)前與船載泵性能曲線復核，確定系統(tǒng)工作點，結(jié)合船上工藝流程編制出接卸作業(yè)實施方案，如圖1所示。

△H——最高、最低水位之差；

△Z——最高水位至鶴位相對高差；

H1——最低水位管路特性曲線；

圖1 系統(tǒng)工作點校核示意圖

H2——最高水位管路特性曲線；

H泵——船載泵性能曲線；

A1——最低水位系統(tǒng)工作點；

A2——最高水位系統(tǒng)工作點。

二、工藝系統(tǒng)安全技術(shù)措施

化工碼頭的主要事故類型為火災爆炸，在這類事故中由靜電引發(fā)的約占13%，對駁直卸工藝過程靜電直接進入汽車槽罐，稍有不慎極易產(chǎn)生靜電火花引發(fā)火災爆炸事故，因此，控制與消除工藝過程靜電影響是非常重要的。從構(gòu)成靜電事故的四個條件著手，采取抑制靜電產(chǎn)生、加速靜電釋放、避免靜電放電、消除或降低火災爆炸環(huán)境危險等措施，能夠有效防止靜電事故發(fā)生。

圖2 靜電緩和器結(jié)構(gòu)示意圖

控制流速是減少靜電產(chǎn)生的有效方法，易燃可燃液體的電阻率各不相同，其允許流速與電阻率密切相關(guān)，電阻率越高，允許流速越低。以成品油為例，一般初裝流速小于1m/s，灌裝流速不大于4.5m/s。灌裝方式盡可能采用槽罐底部下裝，在只能采取頂部灌裝時，應將鶴管伸至槽罐底部，控制初裝流速，當達到液下浸沒后再調(diào)高流量。

工藝設備與管道按規(guī)范要求做好跨接與接地之外，在系統(tǒng)終端靠近灌裝鶴管根部處安裝靜電緩和器或靜電消除器，使介質(zhì)工藝靜電在進入汽車槽罐之前得以緩和、消解與逸出，將剩余靜電荷輻值控制在安全可接受范圍，如圖2所示。

汽車槽罐內(nèi)應保持清潔干凈，不得有落入罐內(nèi)的浮游導體和其它雜物，如液面計浮子、量油筒、墊片等金屬物；罐內(nèi)壁、人孔、鶴管等基面光滑平整不得有尖突物，以免形成電荷收集器出現(xiàn)放電。

盡可能實現(xiàn)密閉灌裝，將罐內(nèi)可燃氣體集中引入回收裝置或安全放散。

高液位自動報警與防溢流緊急切斷、可燃氣體檢測與報警、靜電接地報警與人體靜電消除扶手、接卸作業(yè)區(qū)廢液收集與安全水封等，是事故預防、事故控制、減少與消除事故影響的重要手段，也是化工碼頭接卸作業(yè)必不可少的安全技術(shù)措施。

三、陸域汽車灌裝工藝流程

船載泵配置及工藝形式的不確定性，要求碼頭岸上接卸系統(tǒng)工藝流程應具有較強的適應性與兼容性。對于僅設一組接卸鶴位的，船載泵的額定流量往往大于后端的灌裝允許流量，前后端不匹配，人工調(diào)控難以做到準確、及時，作業(yè)時間長，勞動強度大，功耗高，系統(tǒng)工作可靠性受人為因素制約。在灌裝單元加入自力式穩(wěn)流裝置，有利于提高系統(tǒng)的本質(zhì)安全和穩(wěn)定性，見圖3。

圖3 恒流閥、靜電緩和器安裝示意圖

圖4 多鶴位基地灌裝式接卸工藝流程示意圖

對于多鶴位灌裝的工藝系統(tǒng)，應當考慮瞬變流影響，當同時灌裝系數(shù)變換或各灌裝單元流量調(diào)節(jié)時，系統(tǒng)內(nèi)流量、壓頭會產(chǎn)生波動形成不穩(wěn)定流，各單元前端安裝一組恒流閥，可有效防止單元間的相互影響，保證系統(tǒng)工作穩(wěn)定和防止水擊事故發(fā)生，如圖4所示。

工藝系統(tǒng)配置應能滿足排空作業(yè)需要，所有工藝管線及設備在作業(yè)完成后，均能夠放空排盡吹掃干凈，以實現(xiàn)理化性質(zhì)相近的小批量液態(tài)化學品接卸系統(tǒng)共用。

內(nèi)河化工碼頭作業(yè)場設置專門的接卸區(qū)，工藝設備固定安裝，系統(tǒng)強化靜電預防措施以及調(diào)控自適應能力，所構(gòu)成的陸域基地灌裝式接卸工藝，能夠滿足多品種小批量易燃可燃化學品的接卸作業(yè)安全要求，對于提升內(nèi)河化工碼頭的技術(shù)水平具有積極促進作用。

1.《石油庫設計規(guī)范》GB50074—2002

2.《裝卸油品碼頭設計防火設計規(guī)范》JTJ237—99

3.《油庫技術(shù)管理》中國石油出版社 2007年5月