液化烴球罐區注水措施設計

張 健

(南京揚子石油化工設計工程有限責任公司，江蘇 南京 210000)

1 項目概況

液化烴是指在15℃時，蒸汽壓大于0.1MPa的烴類液體及其他類似的液體，不包括液化天然氣，危險性為甲A類，是易燃易爆介質。液化烴氣相密度大于空氣，液相密度小于水，一旦泄漏，遇明火極易造成火災或爆炸事故。

《石油化工企業設計防火標準》(GB50160-2008)第6.3.16條指出：“全壓力式儲罐應采取防止液化烴泄漏的注水措施[1]。”

《石油化工儲運系統罐區設計規范》(SH/T3007-2014)第6.4.6條指出：“常溫液化烴儲罐應采取防止液化烴泄漏的注水措施[2]。”

某石化企業球罐區T1011/1012/1013/1014(丙烯球罐)不滿足規范要求，所以需要對其進行改造設計，增加防止液化烴泄漏的注水設施。

2 注水系統的安全設計

液化烴球罐根部法蘭連接處由于密封結構選擇不當或墊片老化，極易造成法蘭墊片密封失效。球罐罐底法蘭泄漏措施有三種(1)采用邊強行堵漏邊進行倒罐或打開緊急放空閥放空，由于液化烴汽化需要大量吸熱，發生著火、爆炸、凍傷的可能性很大。(2)采用向法蘭密封面處高壓緊急注膠的方法，但此方法較難實施。(3)設置注水措施方法，從穩高壓消防水管處敷設一條注水管線至球罐底，泄漏時，立即啟動注水泵，由于水的密度大于液化烴的密度，水會在球罐底部，起到水封的作用，為搶修爭取時間。比較幾種措施可知，設置注水措施是比較可行的方法[3]。

2.1 注水水源

該改造項目采用穩高壓消防水系統作為注水水源，操作壓力為1.1MPa(G)。在進行穩高壓消防水系統管網設計時需考慮球罐泄漏狀態下的注水用水量，一般為50～100t/h的水量[4]。

2.2 注水點的設置

液化烴球罐底部注水點，一般有三種流程：直接注水法、借用工藝泵注水法、設置專有泵注水法。

2.2．1 直接注水法

當穩高壓消防水系統壓力滿足注水壓力要求時，注水點設置在液化烴儲罐進泵線上，按照規范要求，水和液化烴這兩種不同介質的工藝管道相連需設置2個閥門，1個導淋，防止液化烴和水互串。當需要注水時，打開注水管道閥門，穩高壓消防水通過進泵線進入球罐，實現注水操作。

2.2．2 借用工藝泵注水法

當穩高壓消防水壓力不能保證穩定時，需借用物料泵提壓進行注水，注水點設置在液化烴儲罐進泵線上。當需要注水時，打開物料泵，穩高壓消防水通過倒罐線進入球罐，實現注水操作。

2.2．3 設置專有泵注水法

當穩高壓消防水壓力不能保證穩定，同時物料泵不能滿足注水要求時，需增設專有注水泵，專有注水泵的流量、揚程等參數需滿足注水要求，與專有注水泵相連的注水管線的等級需與注水的工藝物料的等級保持一致。當需要注水時，打開專有注水泵，穩高壓消防水通過倒罐線進入球罐，實現注水操作。

3 注水泵流量及壓力

3.1 設計原則

通過管道向液化烴球罐注入的水量應大于等于從法蘭處泄漏的物料量，以保證從泄漏處流出的是水而不是液化烴。當球罐的液位不再上升，從泄漏處流出的完全是水，此時的水量就是保證注水管道有效工作的最小水量[5]。

注水管道內的水必須具備足夠的壓力，此壓力應大于系統的沿程阻力、局部阻力、升高的位能(注水點到球罐最高液位的位能差)、破損處的壓力(為液化烴在操作溫度下的飽和蒸汽壓和該處的位能差引起的壓力)之和。如罐組內有多個液化烴品種，應按照最苛刻的原則進行考慮，比較各種液化烴球罐的計算壓力，取最高值為注水系統的設計壓力。

3.2 注水量的確定

由于液化烴球罐的泄漏部位通常是進出口管道閥門法蘭處，可以把法蘭密封處的破損而引起的泄漏看作容器壁上開一個口，這種泄漏看作孔口出流，泄漏量按公式(1)計算。

(1)

式中：P——氣相飽和蒸汽壓， Pa(a)；

P0——大氣壓， Pa；

ρ——密度，kg/m3；

Q——泄漏量，m3/h；

g——重力加速度，9.8m/s2；

μ——流量系數，0.62；

h——球罐的最高液位到泄漏點的高差， m；

A——破損處泄漏面積， m2。(按纏繞式墊片的破損裂縫一般不超過周圍的1/7進行計算。在近似計算的情況下，可取A等于墊片周長的1/7乘以墊片的厚度。)

丙烯40℃時的飽和蒸汽壓為1639000 Pa(a)，大氣壓力取101300 Pa(a)，ρ為478 kg/m3，高液位h為13.69m，丙烯管徑為14寸，計算出墊片內徑為371.6mm。計算出T1011/1012/1013/1014球罐所需的注水量為137m3/h。

3.3 注水壓力的確定

對于操作壓力較低的液化烴球罐，由于環罐組四周的高壓消防水系統壓力基本穩定在0.8MPa(G)左右，穩高壓消防水管網的壓力完全可以滿足操作壓力低于0.4MPa(G)的球罐的注水壓力要求。當高壓消防水系統壓力不能保證穩定時，需要考慮借用物料泵或設置專有注水泵進行注水。

以T1011計算，90%容積時液位為13.69m，40℃丙烯密度478kg/m3，液位產生的壓力為0.066MPa(G)，40℃時注水量為137m3/h,取1.1倍安全系數，為150m3/h，球罐最高操作壓力1.54 MPa(G)，消防水壓力1.1MPa(G)，克服高差及沿程阻力降，注水泵出口壓力為1.665 MPa(G) ，進出口壓差為0.565 MPa(G)，取1.2倍安全系數，進出口壓差為0.678 MPa(G)，揚程為70m。

3.4 注水流速

為防止靜電的產生和積聚，并考慮液化烴和水的分層速度，向球罐內注水的流速不宜過大，建議設計注水流速為1.5～2.5m/s。

4 結語

液化烴球罐設置注水系統是防止球罐泄漏事故的一項重要措施，通過分析、計算，確定注水水源、注水量、注水壓力等問題，液化烴球罐的設計時，必須嚴格執行國家、行業標準規范相關注水系統的設計要求，運行單位應做好可行的應急預案，及時消除安全隱患，確保液化烴球罐的安全運行。