原料水儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)要點(diǎn)

王金花

（中海油石化工程有限公司，山東 青島 266101）

0 引言

隨著我國煉油行業(yè)的迅速發(fā)展及經(jīng)濟(jì)技術(shù)的進(jìn)步，立式圓筒形儲(chǔ)罐得到越來越廣泛的應(yīng)用，并日趨大型化[1]。由于儲(chǔ)罐內(nèi)介質(zhì)大多易燃易爆或有毒，加之容積較大，一旦發(fā)生事故，將會(huì)造成火災(zāi)爆炸等嚴(yán)重后果，所以對(duì)于儲(chǔ)罐的安全性要求越來越高。為了提高儲(chǔ)罐安全性，必須嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)罐的本質(zhì)安全[2]。原料水儲(chǔ)罐主要用來將含硫含氨污水進(jìn)行沉降，將污油和水分開，起到均質(zhì)和除油的作用。下面結(jié)合某石化公司一臺(tái)2000m3原料水儲(chǔ)罐，重點(diǎn)介紹設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題，為以后此種類型儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

1 設(shè)計(jì)說明

2000m3原料水儲(chǔ)罐主要設(shè)計(jì)條件如表1所示。

原料水儲(chǔ)罐工作壓力為常壓，但是在儲(chǔ)罐頂部安裝了一臺(tái)安全水封罐，安全水封罐的操作壓力為-0.45～1.5KPa，通過壓力變動(dòng)起到呼吸閥的作用，因此原料水儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)負(fù)壓取-0.5KPa，原料水儲(chǔ)罐主體選用GB 50341-2014[3]進(jìn)行設(shè)計(jì)。

表1 2000m3原料水儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)條件

2 安全措施

2.1 介質(zhì)特性及內(nèi)防腐

原料水儲(chǔ)罐用來儲(chǔ)存污油、酸性水，含有H2S和NH3，介質(zhì)對(duì)儲(chǔ)罐的腐蝕性較強(qiáng)。廖春利等[4]介紹了原料水罐投用后腐蝕情況，可以看出原料水罐腐蝕主要發(fā)生在環(huán)焊縫處。黃亮等[5]介紹了Q235B材質(zhì)原料水罐的腐蝕機(jī)理，主要是硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂，開裂機(jī)制為氫致開裂。結(jié)合文獻(xiàn)及腐蝕原理可以看出，原料水儲(chǔ)罐工作時(shí)，H2S氣體揮發(fā)及水分蒸發(fā)，在儲(chǔ)罐液面處形成濕硫化氫環(huán)境，防腐涂層一旦失效，Q235B在酸性環(huán)境下就會(huì)發(fā)生陽極溶解，同時(shí)介質(zhì)表面的浮垢、涂料剝離物等形成閉塞環(huán)境，使得陽極溶解加劇、溶液進(jìn)一步酸化，更加加劇陽極反應(yīng)形成FeS，同時(shí)陰極反應(yīng)生成的氫會(huì)向鋼中滲透擴(kuò)散，從而引起鋼的氫脆、氫鼓泡，在缺陷處形成氫分子造成氫致開裂，裂紋擴(kuò)展造成開裂破壞。結(jié)合上述分析可以看出涂層失效是應(yīng)力腐蝕發(fā)展的重要因素，這就要求儲(chǔ)罐內(nèi)防腐必須牢固可靠；氫致開裂雖然不需要外加應(yīng)力，但是罐體強(qiáng)力組裝產(chǎn)生的應(yīng)力和焊接殘余應(yīng)力也促進(jìn)應(yīng)力腐蝕開裂，為此儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)中應(yīng)保證焊接質(zhì)量。

張仲明等[6]介紹了原料水罐內(nèi)防腐涂刷環(huán)氧玻璃鱗片材料，使用兩年后沒有出現(xiàn)腐蝕嚴(yán)重事故。鐘書明[7]介紹了大慶煉化一臺(tái)原料水罐罐壁采用H88導(dǎo)靜電涂料，分析表明防腐材料選用直接影響儲(chǔ)罐是否會(huì)發(fā)生硫化氫腐蝕開裂。通過參考文獻(xiàn)以及查閱資料，本次原料水儲(chǔ)罐內(nèi)防腐方案如下：儲(chǔ)罐充水試驗(yàn)合格后，罐內(nèi)壁噴涂環(huán)氧改性酚醛內(nèi)壁底涂料2層，干膜厚度不得低于150μm；再噴涂環(huán)氧改性酚醛內(nèi)壁面涂料2層，干膜厚度不得低于150μm；最終鋼材表面涂層的干膜總厚度不小于300μm。

2.2 罐頂安全設(shè)施

原料水儲(chǔ)罐介質(zhì)為污油、酸性水，罐頂氣相空間含有H2S和NH3，液體為污油、酸性水，如果罐頂氣相空間與大氣直接接觸，罐頂氣體中的H2S與氧氣反應(yīng)生成單質(zhì)硫，生成的硫和粉塵會(huì)積聚在呼吸閥閥盤上，使得呼吸閥通氣量減少，不能起到保護(hù)作用。因此原料水儲(chǔ)罐設(shè)置了安全水封罐，操作壓力為-0.45～1.5kPa，起到呼吸閥的作用；其次為了防止儲(chǔ)罐內(nèi)部爆炸性混合物形成和FeS自燃[8]，設(shè)置了氮封，氮封壓力為1.0KPa，這樣就隔絕空氣，同時(shí)氮封壓力小于安全水封罐最大操作壓力，這樣氮?dú)饩筒粫?huì)通過安全水封罐進(jìn)入大氣，造成氮?dú)獾睦速M(fèi)。再次為了防止罐內(nèi)超壓，在罐頂設(shè)置了緊急泄壓人孔。安全水封罐、氮封系統(tǒng)以及緊急泄壓人孔同時(shí)作用，保證罐頂氣相空間壓力穩(wěn)定。

3 罐底設(shè)計(jì)

按照GB50341-2014的規(guī)定，原料水儲(chǔ)罐罐底應(yīng)設(shè)罐底邊緣板和中幅板，相對(duì)于中幅板，罐底邊緣板與底圈罐壁直接焊接，受力復(fù)雜，因此罐底邊緣板厚度一般大于中幅板厚度[9]。為了減少組焊工作量以及減少變形，減少焊縫長度，進(jìn)而減少泄漏機(jī)會(huì)，中幅板板寬不宜過小，罐底邊緣板徑向長度也不宜過小，此次罐底邊緣板和中幅板均采用1800mm板寬鋼板，罐底板焊接無損檢測要求嚴(yán)格按照GB50128-2014[10]執(zhí)行。

一般情況下，罐底需要設(shè)置排污孔[11]，原料水儲(chǔ)罐介質(zhì)中含有大量H2S和NH3，危險(xiǎn)性高，發(fā)生泄漏后不僅對(duì)裝置的正常運(yùn)行帶來安全隱患，同時(shí)也會(huì)造成環(huán)境污染、危及職工人身安全。實(shí)踐證明罐底發(fā)生泄漏主要是因?yàn)榕盼劭自O(shè)置不合理。對(duì)于罐底設(shè)有邊緣板的儲(chǔ)罐，建議把排污孔設(shè)在一塊邊緣板上，否則設(shè)在兩塊罐底板交界處將會(huì)對(duì)底板焊縫產(chǎn)生影響，使得罐底嚴(yán)密性變差從而引發(fā)泄漏。

4 結(jié)論

通過以上分析，原料水儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)過程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）介質(zhì)腐蝕性較強(qiáng)，應(yīng)確定合理的儲(chǔ)罐內(nèi)防腐方案，盡量減少介質(zhì)對(duì)罐體的腐蝕；

（2）罐頂應(yīng)設(shè)置合理的安全措施，如氮封系統(tǒng)、起呼吸閥作用的安全水封罐和緊急泄壓人孔，從而減少罐頂介質(zhì)的腐蝕，保證罐頂氣相空間壓力穩(wěn)定，保證儲(chǔ)罐安全運(yùn)行；

（3）罐底排污孔宜設(shè)在一塊罐底邊緣板上。