連續(xù)重整裝置中間罐區(qū)設備布置與管道設計

劉 釗

(中石化廣州工程有限公司配管室，廣東 廣州 510000)

連續(xù)重整裝置中間罐區(qū)設備布置與管道設計

劉 釗

(中石化廣州工程有限公司配管室，廣東 廣州 510000)

中間罐區(qū)在石化裝置中起到了承上啟下的重要作用。中間罐區(qū)的設計主要包括設備布置和管道設計兩部分。本文以某連續(xù)重整裝置為例，對中間罐區(qū)的設備布置和管道設計進行了分析和探討。

中間罐區(qū)；防火堤；設備布置；管道設計

罐區(qū)在石化裝置中起到了承上啟下的重要作用。按用途區(qū)分，罐區(qū)可分為原料罐區(qū)、中間罐區(qū)和成品罐區(qū)三類。一個典型罐區(qū)主要由儲罐(組)、防火堤和配套泵區(qū)及管橋組成。本文以某連續(xù)重整裝置的中間罐區(qū)為例，介紹如何進行罐區(qū)的設備布置和管道設計。

此裝置包括連續(xù)重整和苯抽提兩個獨立的單元，主要生產脫戊烷重整汽油、苯和混合二甲苯。裝置中間罐區(qū)存儲物料包括苯、C6餾分油(含苯及同族芳香烴<30%的汽油)、濕溶劑(含水、含油的環(huán)丁砜溶劑)三種，性質各異，設計時需要考慮較多的因素，是罐區(qū)布置和設計工作中比較典型的例子。

1 存儲物料的火災危險性分類

進行罐區(qū)的設備布置之前需要了解所存儲物料的相關物理性質、火災危險性、職業(yè)性接觸毒物危害程度等參數(shù)。該項目罐區(qū)存儲物料性質見表1。

表1 裝置存儲可燃液體性質[1]Tab.1 Properties of Flammable Liquid

火災危險性依照GB 50160-2008《石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范》[2]進行分類，危害程度依照GB 5044-85《職業(yè)性接觸毒物危害程度分級》分類。

C6餾分油(重整液)在常溫、常壓下為無色透明或淺黃色混合液體，有特殊氣味，不溶于水。閃點<28℃，火災危險級別屬甲B類。危害程度屬中度危害。

2 儲罐的布置

罐區(qū)內四座儲罐全部采用Q235C材質的內浮頂常壓鋼罐，浮盤材質為鋁合金。濕溶劑罐的罐體直徑7m，罐壁高度9302mm；C6餾分油罐的罐體直徑6m，罐壁高度8702mm；兩座苯罐的罐體直徑均為5m，罐壁高度6342mm。四座罐容積分別為300 m3、200 m3、100 m3和100 m3。

苯和C6餾分油的火災危險性同屬甲B級，濕溶劑(環(huán)丁砜)的火災危險性為丙B級。儲罐應成組布置，并留有一定的防火間距(表2)。在同一罐組內應當集中布置火災危險性相同的儲罐，這樣有利于油罐之間相互調配和統(tǒng)一考慮消防設施，但因為四座單罐的體積均小于1000 m3，不會造成大的危害，也可布置在同一罐組內。考慮到罐組平面的合理布置和火災安全，固定頂罐組的總容積不應大于120000 m3。而浮頂和內浮頂罐的安全性較固定頂罐高，事故頻率很低，故浮頂、內浮頂罐組的總容積不應大于600000 m3。本裝置罐組總容積為700 m3，符合規(guī)范要求。

考慮到萬一發(fā)生火災時，為了便于撲救，不出現(xiàn)起火儲罐四周其他儲罐妨礙消防的現(xiàn)象并考慮整個裝置布局，將罐組布置成2排，兩座較小的苯罐在前排，C6餾分油罐和濕溶劑罐布置在后排。兩排立式儲罐的間距不應小于5m。同一排內儲罐間距以直徑最大的濕溶劑罐考慮，間距大于0.4×7m=2.8m。

因為四座儲罐容積均較小，罐組內沒有設置隔堤。但若儲罐容積之和大于20000 m3時，為了在溢漏事故發(fā)生時控制污染范圍，減小事故影響，則必須設置隔堤，將罐組內分割成若干小分區(qū)，便于收集、清潔和處理。

表2 罐組內相鄰可燃液體地上儲罐的防火間距Tab.2 Distance of Fireproof in Flammable Liquid Storage Tanks

3 防火堤的布置

防火堤是用于常壓液體儲罐組，在油罐和其他液態(tài)危險品儲罐發(fā)生泄露事故時，防止液體外流和火災蔓延的構筑物[3]。

當儲罐區(qū)發(fā)生火災時，火場溫度極高，因此防火堤必須采用不燃燒材料制造。且為了防止火焰外泄危及其他設施，防火堤必須具備良好的密封性，進出防火堤的管道宜從防火堤頂部跨越或從地面以下穿過，當必須穿過防火堤時，則應設置長度不小于防火堤厚度的鋼制套管，套管兩端應做防滲漏的密封處理。常用的防火堤有土堤和鋼筋混凝土防火堤兩種。

土堤具有良好的耐燃燒性能，也沒有管道穿堤時密封不嚴的問題。但土堤的缺點是寬度大(堤頂寬度不應小于500mm，基礎寬度更大)、占地面積多且維護工作量大。鋼筋混凝土堤占地少(堤頂和基礎寬度不應小于200mm)、強度高，但耐燃燒性能不如土堤，需要在堤內側培土或者噴涂隔熱防火涂料來保護。且需要考慮熱脹冷縮而設伸縮縫，密封性能不如土堤。

同一罐組內布置的油罐數(shù)量越多，發(fā)生火災的概率也相應越大。因此當單罐容量大于或等于1000 m3時，罐數(shù)量不應多于12座，當單罐容量小于1000 m3或僅儲存丙B類油品時，則不受數(shù)量限制。并且防火堤內有效容積不應小于罐組內最大一個內浮頂油罐容量的一半，有效容積的核算見公式1。

規(guī)范還指出，立式油罐組的防火堤內側高度不應小于1.0m，且外側高度不應大于2.2m。罐壁至防火堤內堤腳線的距離不應小于該罐罐壁高度的一半。考慮體積最大的濕溶劑罐罐壁高為9302mm，依照規(guī)范要求，罐壁距防火堤內堤腳線的距離應大于9302/2=4651mm。

綜合考慮儲罐組和防火堤的布置要求后，最終的布置如圖1，圖中儲罐的直徑為罐底螺栓孔的直徑。采用外輪廓41.1m×27.6m的鋼筋混凝土防火堤，頂高1.0m，壁厚0.3m，防火堤強度經結構專業(yè)核算合格。防火堤內地面以0.5%坡度坡向排水溝，為防止防火堤基礎受到溝內雨水的侵蝕，溝壁的外側與防火堤內堤腳線的距離為0.5m。

圖1 防火堤和罐組布置

Fig.1 Layout of fire dike and tanks

計算防火堤有效容積的公式為：

V=AHj-(V1+V2+V3+V4)

(1)

式中:——防火堤有效容積(m3)；

Hj——由防火堤中心線圍成的水平投影面積，m2；

A——設計液面高度，m；

V1——防火堤內設計液面高度內的一個最大油罐的基礎體積，m3；

V2——防火堤內除一個最大油罐以外的其他油罐在防火堤設計液面高度內的液體體積和油罐基礎體積之和，m3；

——防火堤中心線以內設計液面高度內的防火堤體積和內培土體積之和(m3)

——防火堤內設計液面高度內的隔堤、配管、設備及其他構筑物體積之和(m3)。

設計液面高度 比防火堤頂高低0.2m為0.8m。防火堤中心線面積 為31.8m×27.3m=868m3，儲罐基礎高度按0.9m計算，由此計算出的有效容積為550 m3>150 m3，滿足規(guī)范要求。

4 泵區(qū)和管橋的布置

罐組配有專用泵區(qū)，露天布置在罐區(qū)管橋南側，為方便布置管道，電機端朝向管橋外。泵上方不布置工藝設備。泵基礎前端距兩座100 m3甲B類苯罐的直線距離為9.9m，滿足規(guī)范中距小于或等于500 m3的內浮頂儲罐、丙A類固定頂儲罐不應小于8m的要求(圖2)。接C6餾分油罐的兩臺抽提蒸餾塔進料泵布置在管橋東側；接苯罐的兩臺苯產品泵布置在管橋中間，距兩座罐基本等距；接濕溶劑罐的濕溶劑泵和新鮮溶劑泵布置在管橋西側。

管橋下還布置了蒸汽伴熱、疏水閥組和熱水伴熱、回水閥組，并布置了吹掃、消防用的軟管站。管橋上層布置有罐組的工藝管道和公用工程管道，低壓蒸汽、氮氣引出線在靠近上層平臺處設置了根閥。

圖2 泵區(qū)的布置

Fig.2 Layout of pump area

5 儲罐和泵基礎高度的確定

儲罐基礎和泵基礎高度應當聯(lián)合考慮。泵基礎高度需要考慮泵附屬管道操作的要求，例如泵入口過濾器的抽芯檢修空間、導淋閥的地面凈空高度等。由此得出泵基礎的基本高度后，根據(jù)泵基礎高度便可反推出儲罐的基礎高度。但這一高度還必須滿足泵進口側有效汽蝕余量的要求，否則若被輸送液體在泵入口葉片處發(fā)生氣蝕，會極大影響泵的輸出效率，甚至導致葉輪損壞。

泵的必需汽蝕余量 由廠家提供，泵進口管路有效汽蝕余量 的計算公式為：

(2)

式中:p0——進口容器液面壓力(Pa)，若液面與大氣相連通，則液面壓力取當?shù)卮髿鈮海?/p>

ps——輸送溫度下的液體飽和蒸汽壓，Pa；

p——輸送溫度下液體密度，kg/m3；

g——重力加速度(m/s2)，一般取9.81；

z——泵入口與進口容器液面的高度差，m；

∑hf——從進口容器至泵入口法蘭之間所有管道、閥門、管件和設備在設計流量下的總壓力降，m。

為了確保泵正常工作不發(fā)生氣蝕，泵的有效汽蝕余量必須有一個安全裕量S，滿足NPSHa-NPSHr≥S。對于一般的離心泵，S取0.6～1.0m。

以必需汽蝕余量最大的抽提蒸餾塔進料泵為例，廠家給出NPSHr為9.16m。C6餾分油罐操作壓力P0為0.001MPa(G)，輸送溫度40℃，正常流量27 m3/h。該溫度下物料的飽和蒸汽壓為0.03MPa(A)，密度ρ為703 kg/m3，管路總壓力降∑hf計算為0.73m。考慮極端情況，即罐體低液位報警時的液面(滿足報警開始15min內泵不會抽空)，設z=-0.25m。代入上式計算可得，有效汽蝕余量NPSHa=9.68m，大于必需汽蝕余量9.16m。裝置正常運轉時的液位遠高于報警液位，因此滿足設計要求。

當儲罐和泵的基礎高度確定，罐的最低液面高度與泵入口中心線的高差確定后，為提高有效汽蝕余量，應減少入口管道系統(tǒng)的阻力，盡可能縮短管道長度，減少彎頭數(shù)[5],或盡量用45°彎頭代替90°彎頭。

6 罐區(qū)管道設計

與儲罐連接的工藝物料管道上的切斷閥盡量布置在靠近儲罐嘴子處。考慮到儲罐基礎沉降的影響和抗震要求，工藝物料管道切斷閥后需要連接一段金屬軟管。管道在防火堤內集中布置，走向力求簡潔整齊，在適當?shù)奈恢迷O置管墩供鄰近多根管道共同使用，墩頂高出設計地面不宜小于300mm[6]，并盡量減少管道的交叉。不得不交叉時，上下層管道應保持合理間距。考慮到一旦罐組發(fā)生泄漏和火災事故時的安全，所有管道均從防火堤頂部跨越后與管橋連接。

當儲罐需要蒸汽清洗時，可利用軟管站中的低壓蒸汽快速接頭接管沖洗。罐組中兩座苯罐采用熱水加熱，濕溶劑罐采用低壓蒸汽加熱，故增設了相應循環(huán)水線和蒸汽、冷凝水線。

防火堤內配管還需要考慮操作和檢修的因素。閥門是否容易操作，現(xiàn)場觀測儀表是否在觀察范圍內，地面管道高度是否利于人員通行等，在無法直接到達的區(qū)域設置了跨橋、梯凳或平臺，跨橋底面最低處距管底(保溫層頂面)的距離不小于80mm。

7 消防設施的布置

事故一旦發(fā)生，為了快速、安全地處理險情，減少生命和財產損失，將影響控制到最低限度，消防設施的合理配置必不可少。內浮頂罐相對固定頂罐的優(yōu)點在于罐內幾乎不存在油氣空間，散發(fā)出的可燃氣體很少，火災幾率小。即使起火，也只在浮頂與罐壁間的密封處燃燒，火勢不大且易于撲救，并能夠大大降低油氣損耗和對大氣的污染。

四座儲罐均設置了泄壓人孔、呼吸閥和氮氣氣封系統(tǒng)，減少了蒸發(fā)損失并可阻止外界氣體進入罐內污染物料。除了固定水炮和移動滅火器外，容積較小的兩座苯罐和C6餾分油罐各設置了一個泡沫發(fā)生器，容積較大的濕溶劑罐設置了兩個，起火時由消防車在防火堤外通入泡沫發(fā)生液，起到滅火作用。罐區(qū)四面皆為行車道，方便了消防車的通行，火災時也可靈活選擇滅火位置。為了在緊急狀態(tài)下便于區(qū)分，后排濕溶劑罐和C6餾分油罐的消防水管接口布置在罐后北側的防火堤上，前排兩座苯罐的消防水管接口則分別布置在防火堤的西側和東側。

即便發(fā)生罐底炸裂的重大事故，泄露的可燃液體仍然能夠限制在防火堤的有效容積內，減小了事故面積。并且在防火堤四個方位上還分別設置了多處人行踏步和跨橋以便及時逃生。

8 總結

合理的規(guī)劃是設計的基礎，滿足要求的“能用”和高效簡潔的“好用”之間還有很大的距離。從現(xiàn)場施工的經驗來看，罐區(qū)的設計仍然存在一些雖不致命但需要避免的問題。例如罐體盤梯和消防水管位置的沖突，罐體上一些儀表開口位置設置不合理，部分閥門無法檢修操作需要增加跨梯等，這些都需要在設計中多加留心來避免，不斷檢討和反思舊有設計是我們進步的根源所在。

[1] 衛(wèi)生部.GB 5044-1985 職業(yè)性接觸毒物危害程度分級[S].北京：中國標準出版社，2004.

[2] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部.GB 50160-2008 石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2009.

[3] 中國石油天然氣集團公司.GB 50351-2005 儲罐區(qū)防火堤設計規(guī)范[S]. 北京：中國計劃出版社，2005.

[4] 大連理工大學.化工原理,上冊[M].北京:高等教育出版社,2002:112-113.

[5] 張德姜,王懷義,劉紹葉.石油化工裝置工藝管道安裝設計手冊.第一篇,設計與計算[M].北京:中國石化出版社,2005:185.

[6] 中國石化集團公司儲運設計中心站.SH/T 3007-2007.石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)設計規(guī)范[S]. 北京:中國石化出版社,2008.

(本文文獻格式：劉 釗.連續(xù)重整裝置中間罐區(qū)設備布置與管道設計[J].山東化工，2017，46(12)：147-150.)

Probe on Equipment Layout and PipingDesign of Intermediate Tank Area in Continuous Catalytic Reforming Unit

LiuZhao

(Piping Department，Guangzhou Petrochemical Engineering Corporation/ SINOPEC，Guangzhou 510000，China)

Intermediate tank area plays an important role in petrochemical plant. The design of tank area mainly consists of two parts. The first part is equipment layout, and the other is piping design. According to the Continuous Catalytic Reforming unit, this paper analyzes and discusses both of the two parts and also proposes suggestions and content.

intermediate tank area; fire dike; equipment layout; piping design

2017-04-24

劉 釗(1984—)，甘肅天水人，工程師，碩士研究生，2010年畢業(yè)于大連理工大學，一直從事石化裝置的管道設計工作。

TQ055.8

A

1008-021X(2017)12-0147-04