化工裝置中液體儲罐區的工藝管道設計

黃實

武漢江漢化工設計有限公司，中國·湖北 武漢 430223

1 貯罐

貯罐因所貯存的介質性質不同而需要選用不同型式。貯罐的主要型式有固定頂罐、浮頂罐、內浮頂罐、球罐和臥罐等。

1.1 貯罐

貯罐因所貯存的介質性質不同而需要選用不同型式，首先應明確貯罐所貯存的介質的火災危險性類別，然后根據介質的火災危險性類別來確定貯罐型式。不同介質的火災危險性類別及常用貯罐型式見表1。

表1 不同介質的火災危險性類別及常用貯罐型式

1.2 貯罐容積和個數的確定

貯罐的形式確定后，則需要確定貯罐的容積和個數。每種介質貯罐的總容積應滿足裝置對介質貯存天數的要求。例如，山西蘭花20 萬t/年甲醇、10 萬t/年二甲醚項目甲醇罐區的介質貯存天數為10 天。

確定貯罐容積可根據每種介質進出罐區的流量和裝置對介質貯存天數的要求進行計算，計算公式為：

V=(w1-w2)·n·η

式中，V 為貯罐總容積，m3；w1為介質進入罐區的流量，m3/d；w2為介質流出罐區的流量，m3/d；n 為介質的存貯天數；η 為貯罐的存貯系數。

貯罐的貯存系數規定如下：貯罐容積≥1000 m3的固定頂罐取0.9；貯罐容積小于1000 m3的固定頂罐取0.85；浮頂罐或內浮頂罐取0.85；球罐或臥罐可取0.9。

貯罐的總容積除以貯罐的個數便是每個貯罐的容積。貯罐的個數應滿足不同生產操作的要求。一般貯罐的個數為2～3 臺，但有時生產需要貯罐個數較多。

1.3 貯罐的布置

在同一罐組內，宜布置火災危險性類別相同或相近的貯罐；沸溢性液體的貯罐不應與非沸溢性液體貯罐同組布置。液化烴的貯罐不應與可燃性液體貯罐同組布置。固定頂罐組的總容積不應大于12 萬m3；浮頂內浮頂罐組的總容積不應大于20 萬m3。罐組內貯罐的個數不應多于12 個，但單罐容積均小于1000 m3的貯罐以及丙B類液體貯罐的個數不受此限制。罐組內的貯罐不應超過2 排；但單罐容積小于或等于1000 m3的丙B 類液體貯罐不應超過4 排。兩排立式貯罐的間距應符合上表的規定，且不應小于5m；兩排臥式貯罐的間距不應小于3m[1]。

罐組應設防火堤。固定頂罐組防火堤內的有效容積不應小于罐組內1 個最大貯罐的容積。浮頂罐和內浮頂罐組防火堤內的有效容積不應小于1 個最大貯罐容積的一半。防火堤及隔堤應符合下列規定：防火堤及隔堤應能承受所容納液體的靜壓力且不應滲漏。立式貯罐防火堤的高度為計算高度加0.2m 且不宜低于1m；臥式貯罐防火堤高度不應低于0.5m；隔堤應比防火堤低0.2～0.3m。管道穿堤處應采用非燃燒材料嚴密封閉，在防火堤內雨水溝穿堤處應設防止可燃液體流出堤外的設施。應在防火堤不同防方位上設置兩個以上人行臺階或坡道。隔堤均應設人行臺階。

液化烴貯罐不應超過兩排。若罐組周圍無環形消防車道時應單排布置。每個貯罐總容積不限，但個數不應多于12 個。貯罐總容積大于6000m3時應設隔堤。隔堤內各貯罐總容積之和不宜大于6000m3。單罐容積等于或大于5000m3時應每個一隔。相鄰液化烴罐組貯罐之間的距離不應小于16m。液化烴壓力貯罐宜設不高于0.6m 的防火堤，防火堤距貯罐不應小于3m，堤內應采用現澆混凝土地面并宜坡向四周。防火堤的隔堤不宜高于0.3m。防火堤內的有效容積應為一個最大貯罐容積的60%。

另外，在布置貯罐時還應考慮配管和操作的需要，連接管線數量較多或管徑較大的貯罐宜布置在靠近罐區管廊的進出口處，貯罐底標高應滿足泵的吸入要求。一般為了克服國產泵凈吸入壓力大的問題，罐組可比泵房高1m 布置，同時將立式貯罐的基礎定為0.5～0.6m。如此布置有困難時，可在罐區內加設升壓器，貯罐底標高還應滿足罐前支管線與主管線連接的安裝尺寸要求。

1.4 貯罐的配管

罐區內管線宜地上敷設，采用管墩敷設時墩頂高出地面不宜小于300mm。主管帶上的固定點宜靠近罐前支管處設置。在管帶適當的位置應設跨橋，橋底面最低處距管頂（或保溫層頂面）不應小于80mm。

貯罐進出口管線靠近罐壁的第一道閥門必須用鋼閥，對于腐蝕性介質必須采用耐腐蝕的閥門。貯罐進口或出口管線等于或多于兩根時，宜設一個總的手動切斷閥。貯罐的進料管應從罐底下部接入，若必須從上部接入應延伸至距罐底200mm 處。確定罐前支管線上的管墩（架）頂標高時，應考慮基礎下沉的影響。貯罐在使用過程中基礎有可能繼續下沉時，其進出口管道應采用金屬軟管或其他柔性連接。

安全閥應垂直安裝。球罐或臥罐上的安全閥與罐之間應裝一個鋼閘閥，正常運行時該閥必須保持全開并加鉛封。閘閥的直徑不應小于安全閥的入口直徑。當氣體放空接合管管徑大于安全閥入口直徑時，異徑管應靠近安全閥入口處安裝。安全閥旁通線的直徑不宜小于安全閥的入口直徑。

當壓力貯罐的設計壓力相同、貯存介質性質相近時，貯罐之間宜設氣相平衡管。平衡管直徑不宜大于貯罐的氣體放空管直徑。亦不宜小于40mm。

液化石油氣貯罐的切水應有防凍防漏措施。浮頂罐的中央排水管出口應安裝閘閥。罐前支管線應有坡度并應從罐前坡向主管帶。

對于高溫管線或需要用蒸汽吹掃的管線應做好熱應力計算，如果需要可在適當位置設置補償器，并確定好固定支架的位置。

2 泵

2.1 泵型式的確定

化工裝置中大多選用離心泵，在某些情況下也選用旋渦泵和容積式泵。

離心泵要求介質粘度（輸送溫度下）不宜大于650cSt，否則泵效率降低許多。流量小揚程高的不宜選用一般離心泵，可以考慮選取用高速離心泵；介質中溶解或夾帶氣體的體積分數大于5%的不宜選用離心泵；要求流量變化大、揚程變化小的選取用平坦的Q-H 曲線離心泵；要求流量變化小、揚程變化大的宜選用陡降的Q-H 曲線離心泵；介質中含有固體顆粒在3%以下的選用一般離心泵；超過3%時要選用特殊結構離心泵[2]。

旋渦泵要求介質粘度（輸送溫度下）不大于20～35cSt，溫度不大于100℃。流量小、揚程不高、Q-H 曲線要求較陡的可選用旋渦泵。介質中夾帶氣體的體積分數大于5%的宜選用旋渦泵；要求自吸時可選用WZ 型旋渦泵。

容積式泵要求介質粘度（輸送溫度下）在10000cSt 以下。粘度在300～120000cP 的可選用3GN 型高粘度三螺桿泵；夾帶或溶解氣體的體積分數大于5%的選取用容積式泵；流量小、揚程高的宜選取用往復泵；介質潤滑性差的不應用轉子泵，可選取用往復泵。

2.2 泵的選擇方法及步驟

（1）列出基礎數據

①介質物性：包括介質名稱，輸送條件下的比重、粘度、蒸汽壓、腐蝕性及毒性等。

②介質中所含固體顆粒直徑和含量以及所含氣體的體積分數（%）。

③操作條件：包括溫度、壓力（進口側與排出側設備壓力、排出側管系壓力降等）、流量（正常、最小及最大）。

④泵所在位置情況：包括環境溫度、海撥高度、裝置平立面要求、進口和排出口設備液面至泵中心距離及管線當量長度。液面高于泵中心的應取最低液面；液面低于泵中心的也應取最低液面。

（2）確定流量及揚程

①流量：已給出正常、最小及最大流量，選泵時應按最大流量考慮；只給出正常流量，則應按裝置及工藝過程的具體情況采用適當的安全系數；如果給出的是質量流量G，須換算為體積流量。

②揚程（或壓差）：按泵的不同布置情況利用柏努力方程求出泵的揚程，再根據工藝過程情況考慮采用1.05～1.1 的安全系數。

（3）確定泵的幾何安裝高度

泵的安裝高度指泵軸中心線與泵吸入液面間垂直距離。如泵安裝在吸入液面之上，屬抽吸液體入泵；如泵安裝在吸入液面之下，屬液體灌注入泵。泵安裝高度是泵布置設計的重要指標。其原則是使泵在指定的操作條件下能正常運行，即不發生汽蝕。決定泵安裝高度的參數是泵體的吸入因素，即泵的允許汽蝕余量或泵的允許的吸上真空高度；泵輸入液體的性質如液體重度、液體溫度（它直接關系到液體的汽化壓力）；泵安裝地區的氣壓條件（對吸入液面處于自由大氣壓下）或吸入液面上的壓力（對吸入液面處于受壓的封閉容器內）；泵吸入管道的阻力。與此有關的因素為管道直徑、材質、閥門管件的型錄式和數量、液體選用的流速和液體粘度等。

（4）選擇泵型及泵的具體型號

根據介質物性及上述選用原則選出適當型式的泵，再根據流量和揚程從有關泵制造廠的樣本和說明書選擇泵的具體型號，并列出該型號以機械油為基準的性能參數（流量、揚程或壓差、效率、允許吸入高度或允許汽蝕余量）。

（5）核算泵的性能

按實際情況對泵進行性能核算。列出核算后的性能參數，如符合工藝要求，則所選取用的泵是可用的。必要時可繪制核算后的性能曲線及管路系統的性能曲線，以確定泵的工作點。選用離心泵時，當介質運動粘度大于20×10-6m2/s 時應對離心泵性能參數進行換算，必要時應調整泵的規格。

（6）計算泵的軸功率

泵軸功率的計算公式為：

N軸=Q·H·ρ/（102η）

式中，N軸為泵軸功率、Kw；Q 為泵流量、m3/s；H 為泵全揚程、m；液柱ρ 為泵輸送介質密度、kg/m3；η 為泵效率，可查泵產品樣本。

（7）選定泵的材質及軸封

泵體和葉輪的材質應根據介質的性質、操作溫度、壓力及環境溫度選擇。旋轉泵的軸封宜選用機械密封；往復泵的軸封應選用軟填料密封。

（8）確定冷卻水（或加熱蒸汽）耗量

（9）選電動機

用于爆炸危險場所的電動機的選型應符合現行爆炸危險場所電力裝置設計規范的規定。電動機功率可用下式計算：

N機=K·N軸/η傳

式中，N機為電動機功率、kW；η 為原動機傳動效率，當用彈性聯軸器與泵軸直接傳動時，η傳=1，當用皮帶輪傳動時，η傳=0.95；K 為選用電動機的富裕系數，與泵軸功率大小有關。

（10）確定泵的備用率和臺

輸送同種介質時除因操作需要外，應力求減少泵的臺數選用排量較大的泵。備用泵的設置應符合下列規定：在運轉中不允許因故中斷操作的泵應設備；用泵輸送劇毒介質、腐蝕性介質（酸、堿等）的泵應設備用泵；經常操作但非長時間連續運轉的泵不宜設備用泵，但可與輸送介質相近且性能符合要求的泵互為備用或共設一臺備用泵；不經常操作或因故中斷不影響生產的泵不應設備用泵；輸送同一種介質的備用泵不得超過1 臺。

2.3 泵的布置

液化烴泵、可燃液體泵宜露天或半露天布置。若在封閉式泵房內布置，泵房設計應符合下列規定；液化烴泵、操作溫度等于或高于自燃點的可炮燃液體泵、操作溫度低于自燃點可燃液體泵應分別布置在不同房間內，各房之間的隔墻應為防火墻；操作溫度等于或高于自燃點的可燃液體泵房的門窗與操作溫度低于自燃點的甲B、乙A 類可燃液體泵房的門窗或液化烴泵房的門窗距離不應小于4.5m；甲、乙A 類可燃液體泵房的地面不應有地坑或地溝，并在側墻下部采取通風措施；在液化烴泵房、等于或高于自燃點的可燃液體泵房上方不應布置甲、乙、丙類緩沖罐等容器。

泵房的門均應向外開啟。甲、乙、丙類泵房的安全疏散門不應少于兩個，其中一個應能滿足最大泵的進出需要；面積小于60m2的乙B、丙類泵房可只設1 個門。泵房、泵棚和露天泵站地面高出周圍地坪不小于200mm，泵的基礎高度不應低于100mm。

泵宜單排布置，泵較多時亦可雙排布置；成排布置的宜按泵端基礎邊線取齊，相鄰泵基礎的凈距不應小于0.8m，泵或泵基礎與泵房側墻或泵棚側柱的凈距不宜小于1.5m；泵機組單排布置時泵房或泵棚內的主要通道根據用戶操作及檢修習慣可設在動力端或泵端，端面寬度不宜小于2m；泵雙排布置時兩排泵或泵基礎的凈距不宜小于2m。

2.4 泵的配管

泵的配管應符合下列要求；泵房、泵棚及露天泵站的管線宜采用地上敷設。泵吸入管和排出管的直徑應經計算確定，但吸入管直徑不得小于泵進口管的直徑，泵進出口管線距地面凈空高度不應小于200mm，架空線不應小于2m。水平安裝的泵進出口管線應由泵向外坡，坡度宜取3‰。在泵進口閥與泵之間的管線最高點應設排氣閥。當輸送石油液化氣、液氨等介質時泵進出口管線均應設排氣閥并接至放空系統。

泵進口應設過濾器。對輸送易凝介質的泵應設固定式過濾器；對輸送不易凝介質的泵應設臨時過濾器。過濾器安裝在切斷閥與泵入口接口管之間，應便于安裝。拆卸。離心泵出口管線應設止回閥。離心泵進口管需要變徑時應選用偏心異徑管，安裝時下吸式應取頂平；上吸式應取底平。

泵進出口應根據介質及操作要求設置掃線接頭，輸送不易凝介質的泵宜設半固定式掃線接頭，其位置應在泵進出口管線靠近切斷閥外側；輸送易凝介質的泵宜設置固定式掃線接頭；在允許掃線蒸汽通過泵的情況下，其位置應在泵進出口管線靠近切斷閥里側，否則應在泵進出口管線靠近切斷閥外側。凡伴熱管線在泵房內可不設伴熱線，但應有防凝措施。泵進出口管線應設必要支撐，必要時應進行推力計算，作用于泵入口接口管處的力不得過泵入口接口管的允許受力。

3 結語

罐區儲罐存儲量、儲罐區內管道布置，泵的選型及配管均需滿足相關規范要求、防火消防考慮及現場實際操作需要。