液氨立式儲罐保冷設計與管理安全探討

趙海濤(河南心連心化肥有限公司 453700)

一、保冷結構材料的選擇

保冷結構由內至外，按功能和層次由防銹層、保冷層、防潮層、保護層、防腐蝕及識別層組成。

1.絕熱材料

絕熱材料是一種輕質的絕熱性能優良的材料，常溫下導熱系數低于0.2W/(m·K)。

常用的絕熱材料及制品主要有：礦棉制品、玻璃棉制品、泡沫玻璃制品、硬質聚氨酯泡沫塑料、聚苯乙烯泡沫塑料等。

選擇保冷材料時，應滿足以下要求：①導熱系數不大于0.064W/(m·K)；②密度不大于200kg/m3；③抗壓強度不小于0.15MPa；④質量含水率不大于1%；⑤化學性能要穩定，對金屬不含有腐蝕作用。

在投資費用最少、施工難度最低的原則下，采用單殼體外保冷的結構形式，罐體保冷材料選用泡沫玻璃。泡沫玻璃是一種以磨細玻璃粉為主要原料，通過添加發泡劑，經燒熔、發泡、退火冷卻、加工處理而成。

它具有均勻、獨立密閉的氣隙結構，具有絕熱、防潮、防火、防腐、抗老化等性能。

2.防水材料

為了防止外部水分或水蒸氣侵入影響絕熱層的工作，保冷結構需要敷設防潮層。防水材料應選擇具有抗蒸汽滲透功能、防水性能和防潮性能，且吸水率不大于1%的材料。

并且化學性能穩定，無毒、耐腐蝕，在低溫使用時不脆化、不開裂、不脫落。綜合考慮選擇聚氨酯密封膏作為防潮層材料。聚氨酯密封膏是以聚氨基甲酸酯聚合物為主要成分的單組份或雙組分的密封材料，其收縮率小、耐磨性好，接縫允許有較大幅度運動。

3.保護層材料與輔助材料

保護層材料應選擇強度高，防水防潮、化學穩定性好，不燃或難燃性材料。金屬保護層材料主要包括鍍鋅薄鋼板和鋁及鋁合金板，其中鍍鋅薄鋼板在作為保護層材料時得到廣泛的應用。

二、保冷層經濟厚度計算

保冷計算的目的是確定絕熱層的選定類別品種及其所需要的厚度。通常為了減少冷損失而需要的保冷絕熱層厚度，應按經濟厚度的計算方法確定。

所謂經濟厚度，即絕熱工程絕熱后的冷損失費用和投資的年分攤費用之和為最小值時絕熱層的計算厚度。圓筒面保冷層厚度可按下式計算：

式中δ：保冷層厚度，m；fn：冷價，元/106KJ；λ：保冷材料在使用溫度下的導熱系數，λ=0.06W/(m·K)；τ：年運行時間，τ=8000h；ta：環境溫度，ta=5℃；t：設備的外表面溫度，t=-33.3℃；an：保冷層外表面對周圍空氣的換熱系數，W/(m2·K)；Pi：保冷結構的單位價格，Pi=500元/m3；D0：設備外徑，D0=19.5m；D1：保冷層外徑，m；S—投資償還年分攤率，S=0.264。

1.熱價計算

式中：PF：煤價，PF=220元/噸=0.22元/kg；qF：熱值，qF=0.0186×106KJ/kg；ηB：熱效率，ηB=0.75；C1：工況系數，C1=1.4；C2：熵值系數，C2=1.0。計算得到熱價為22.1元/106KJ。

2.保冷層外表面對周圍空氣的換熱系數

式中Vw：歷年平均風速，地區年平均風速為3～4m/s，取Vw=3.5=m/s。計算得到換熱系數為13.55W/(m2·K)。

3.保冷層經濟厚度

三、液氨儲罐管理安全方面

1.為防止高溫超壓，液氨儲罐區應建有擋棚，每個儲罐應該安裝自動噴淋水裝置，使儲罐的溫度與壓力保持穩定。

2.液氨儲罐區四周應裝上防護欄，防止閑雜人等隨意出人。液氨儲罐區的出人口處及四周要懸掛醒目的安全警示牌、液氨安全周知牌，提高公眾認知應急能力。液氨儲罐區臨界量為10t，而通常電解金屬錳企業任何一個液氨儲罐的儲量都大于10t，屬于重大危險源，如果讓閑雜人員隨便出人，會存在諸多的安全隱患。

3.液氨儲罐的檢驗、安裝、使用等應符合《特種設備安全監察條例》和有關規定的要求，同時要保證質量，加強管理。各種安全附件如安全閥、壓力表、液位計、溫度計必須做好維護保養，保證設備安全運行。此外，應實行定期檢驗制度，安全閥一般每年至少檢驗一次，壓力表和溫度表應按計量部門規定的期限校驗，保證其有效性。

4.電解金屬錳企業生產過程中產生的廢液因為含有大量的酸性成分，揮發出來的廢氣具有強烈的腐蝕性，所以在工藝流程設計上，液氨儲罐區不要靠近廢液溝，更不要靠近廢液池，以免加速設備管路及各種閥門開關的腐蝕。液氨儲罐區內的管道、閘閥必須定期或不定期地進行巡查、點檢，定期上漆防腐，發現問題及時處理。

5.氨是一種有毒氣體，排放到空氣中，容易污染環境，造成人體傷害。因為氨易溶于水，所以液氨儲罐的排氣管應該接人水中，這樣做既可以避免污染環境、傷害人體，生成的氨水還可以回收利用。

6.液氨儲罐區要嚴格執行動火審批制度。必須要動火的液氨儲罐，要確保管道或罐體內無殘留氨氣，通常可向管道或罐體注人清水沖洗，再放空，直到用氨氣濃度檢測儀檢測合格后方可動火。

7.液氨儲罐裝載量不得超過罐體容積的90%。為防止液氨儲罐內氣體受熱膨脹爆炸，液氨儲罐不應充裝滿罐。

8.成立應急指揮領導機構，配備專職或兼職的應急救援隊伍，分工職責明確，保證通信暢通。配備足夠的應急設備器材，并定時檢查和維護保養，以保證應急設備器材的有效性。

制定詳細的液氨泄漏事故應急預案并定期進行演練。應急預案制定后，應對相關員工和周邊的人群進行教育培訓，使他們了解液氨潛在的危險性和對人體健康的危害性，掌握必要的自救知識，了解預先指定的主要及備用疏散路線和集合地點，了解各種警報的含義及應急處置辦法。

9.應急處置。發生少量液氨泄漏。撤退區域內所有人員，并立即隔離150m，嚴格限制人員出人，切斷火源，作好事故現場緊急警戒。處置人員要防止吸人蒸氣，防止接觸液體或氣體。處置人員應使用呼吸器，開霧狀水對漏點噴淋，防止氨氣外漏。禁止進人氨氣可能匯集的局限空間，并加強通風。

在保證安全的情況下堵漏，可用砂土、蛙石等惰性吸收材料收集和吸附泄漏物。收集的泄漏物應放在貼有相應標簽的密閉容器中，以便廢棄處理。大量液氨泄漏。疏散場所內所有人員，并向上風向(逆風向)轉移。泄漏處置人員應身穿防護服，戴呼吸設備，同時盡可能切斷泄漏源并及時控制危險源，應用噴淋系統及消防栓對泄漏部位進行噴淋，使液氨及時溶于水，避免事態進一步擴大。

四、結論

液氨的儲存方式一般選擇低溫常壓工藝，因此在設計過程中首先根據儲罐的容量確定儲罐的高度和內徑，然后選定保冷結構各層的材料，并計算保冷層的經濟厚度。

1.保冷層材料

(1)因為具有絕熱、防潮、防火、抗老化等性能，因此選擇泡沫玻璃作為絕熱材料。

(2)化學性能穩定，無毒、耐腐蝕，在低溫工況下使用時不脆化、不開裂、不脫落，因此選擇聚氨酯密封膏作為防潮層材料。

(3)鍍鋅薄鋼板強度高，防水防潮、化學穩定性好、不易燃，可作為保護層材料。復合保護層材料較為常用的是玻璃纖維布。

2.保冷層經濟厚度

熱價計算結果為22.1元/106KJ，冷價計算結果為57.15元/106KJ，保冷層外表面對周圍空氣的換熱系數13.55W/(m2·K)，保冷層經濟厚度最后計算結果為100毫米，儲罐外徑達到20.7米。進行保冷后的液氨儲罐，能夠滿足液氨在零下33.3℃的低溫環境中常壓儲存的要求。

[1]GB50264.工業設備及管道絕熱工程設計規范[S].1997：6-8.

[2]秦景娜，佟富維.低溫液氨儲罐的保冷設計[J].化工設備及管道，2001(4)19-20.