液化石油氣供應站若干問題的探討

周 春, 張 前

(中機國際工程設計研究院有限責任公司 華東分院, 江蘇 南京 210023)

1 概述

液化石油氣用戶主要為居民用戶和工商業用戶。根據全國燃氣事故分析報告,2020年液化石油氣用戶事故數量為306起,其中居民用戶液化石油氣事故214起。隨著社會對燃氣安全的要求不斷提高,與液化石油氣供應站相關的規范不斷修訂和發布,對液化石油氣供應站的安全檢查標準也在不斷提高。在現有形勢下,如何在設計、建設和運行過程中體現規范和安全檢查標準的要求是每一個從業者需要思考的問題。筆者結合規范和安全檢查的要求,結合工程設計經驗,對液化石油氣供應站(簡稱供應站)的緊急切斷系統、液化石油氣泵(簡稱烴泵)和壓縮機的傳動方式、火災延續時間的取值等問題提出建議,供設計和運行管理人員在進行新建液化石油氣供應站的設計和現有液化石油氣供應站安全改造時作為參考。

2 緊急切斷系統

2.1 現行規范的規定

GB 51142—2015《液化石油氣供應工程設計規范》第9.3.5條規定,液化石油氣儲罐液相進口管應設置止回閥,液相出口管和氣相管應設置緊急切斷閥。

GB 55009—2021《燃氣工程項目規范》第4.2.4條規定,燃氣廠站應根據應急需要并結合工藝條件設置全站緊急停車切斷系統。當全站緊急停車切斷故障處理完成后,緊急停車切斷裝置應采用人工方式進行現場重新復位啟動。第4.3.3條規定,液化石油氣儲罐的液相進出管應設置與儲罐液位控制聯鎖的緊急切斷閥。第4.2.13條規定,燃氣膨脹機、壓縮機和泵等動力設備應具備非正常工作狀況的報警和自動停機功能。

與GB 51142—2015相比,GB 55009—2021對液化石油氣供應站緊急切斷系統的要求更高、更細致。主要體現在:對全站緊急停車切斷系統、動力設備報警和自動停機功能提出了要求;增加了液化石油氣儲罐液相進口管道設置緊急切斷閥的要求;增加了儲罐液相進出口緊急切斷閥與液位控制聯鎖的要求。

2.2 存在問題及解決方案

① 存在問題

據筆者調研,2015年以前建成的液化石油氣供應站都是按照GB 50028—2006《城鎮燃氣設計規范》進行建設。當供應站的儲罐容積大于或等于50 m3時,儲罐的液相出口管和氣相管設置了緊急切斷閥。2015—2021年建成的液化石油氣供應站都是按照GB 51142—2015進行建設。供應站的儲罐無論容積大小,液相出口管和氣相管均設置了緊急切斷閥。GB 50028—2006和GB 51142—2015未對液化石油氣供應站緊急切斷系統的功能和配置提出具體要求。因此,2021年以前建成的液化石油氣供應站的緊急切斷系統主要是由設計單位根據自己的理解進行設計。其主要功能就是在發生火災或泄漏報警時能夠遠程關閉物料進出管上的緊急切斷閥。這樣的系統設計主要存在如下問題:儲罐進液管道只設置了止回閥,未設置緊急切斷閥,且2015年以前建成的液化石油氣供應站儲罐容積小于50 m3時,液相出口管和氣相管未設置緊急切斷閥;儲罐的緊急切斷閥不具備與儲罐液位控制聯鎖的功能;不具備全站緊急停車切斷功能;緊急切斷系統未獨立設置,均與過程控制系統合并建設。

② 解決方案

為了滿足GB 55009—2021關于緊急切斷系統的要求,結合液化石油氣供應站過程控制系統的自動化,筆者建議供應站緊急切斷系統采取如下做法。

a.根據規范要求,在儲罐的液相進出管、氣相管分別設置氣動控制閥門。

b.氣動控制閥儀表氣管路上串聯設置由過程控制系統控制的電磁閥1和由緊急切斷系統控制的電磁閥2。

c.儲罐進液管上氣動控制閥上的電磁閥1與儲罐液位高報警聯鎖,電磁閥2與儲罐液位高高報警聯鎖。

d.儲罐出液管上氣動控制閥上的電磁閥1與儲罐液位低報警聯鎖,電磁閥2與儲罐液位低低報警聯鎖。

e.儲罐進液管上氣動控制閥緊急切斷功能動作時,應同時切斷壓縮機電源。

f.儲罐出液管上氣動控制閥緊急切斷功能動作時,應同時切斷烴泵電源。

g.發生火災或者泄漏時,由操作人員根據現場情況啟動全站緊急切斷系統,關閉儲罐的所有氣動控制閥,聯鎖停止壓縮機和烴泵。

h.獨立設置緊急切斷系統和過程控制系統,配置各自的機柜、操作站和工程師站。

i.電磁閥1根據過程控制系統的自動化要求可以實現遠程或聯鎖開關,參與過程控制。電磁閥2處于常開狀態,根據緊急切斷系統的要求聯鎖關閉,必須在事故消除后人工現場復位。

3 烴泵及壓縮機的傳動方式

3.1 烴泵及壓縮機的傳動方式現狀

烴泵和壓縮機是液化石油氣供應站最常見的生產設備。烴泵和壓縮機的傳動方式主要有皮帶傳動和直聯傳動兩種。皮帶傳動就是電機帶動主動輪轉動,張緊的皮帶作為主動輪和從動輪的連接件,利用摩擦力帶動從動輪,使烴泵或壓縮機轉動。直聯傳動就是電機的軸和烴泵或壓縮機的軸通過聯軸器連為一體。電機轉動的同時利用聯軸器帶動烴泵或壓縮機轉動。烴泵的皮帶傳動見圖1,烴泵的直聯傳動見圖2。

圖1 烴泵的皮帶傳動

圖2 烴泵的直聯傳動

與直聯傳動相比,皮帶傳動的易損件少,拆裝更換方便,維修成本低。因此,多年以來城鎮液化石油氣供應站使用的烴泵和壓縮機基本采用皮帶傳動,使用情況良好,至今未見到關于液化石油氣供應站烴泵和壓縮機由于使用皮帶傳動發生事故的報道。

3.2 存在問題及解決方案

近年來,在液化石油氣供應站安全檢查中,專家或第三方咨詢機構會依據國家安全監管總局印發的《危險化學品企業事故隱患排查治理實施導則》(簡稱《實施導則》)將烴泵和壓縮機采用皮帶傳動作為安全隱患列入檢查報告中的必須整改項。《實施導則》依據的是GB 50160—2008《石油化工企業設計防火標準》(2018年版)第5.7.7條。該條規定“可燃氣體壓縮機、液化烴、可燃液體泵不得使用皮帶傳動;在爆炸危險區范圍內的其他轉動設備若必須使用皮帶傳動時,應采用防靜電皮帶”。根據該條款的條文解釋,皮帶傳動易積聚靜電,可能會產生電火花,積聚的靜電壓可達2 500～7 000 V,危險性高,容易引發事故。

液化石油氣供應站設計執行的主要規范是GB 51142—2015和GB 55009—2021,這些規范未對烴泵和壓縮機是否可以采用皮帶傳動提出明確說明。筆者認為,液化石油氣供應站雖屬于城鎮燃氣管理范圍,但其儲存的液化石油氣為液化烴,屬于危險性較大的危險化學品。從降低安全風險角度考慮,建議:對于新建的液化石油氣供應站,選用直聯傳動的烴泵和壓縮機;對于已建的液化石油氣供應站,更換為直聯傳動的烴泵和壓縮機,或將皮帶傳動的烴泵和壓縮機改造為直聯傳動方式。

筆者設計的某液化石油氣供應站,于2017年5月對使用皮帶傳送方式的烴泵和壓縮機進行了直聯傳動改造。改造工程充分考慮了現場空間受限、聯軸器和電機的選擇等因素,進行了轉動慣量、受力校核等分析,效果良好。

4 火災延續時間的確定

4.1 GB 51142—2015和GB 50974—2014的相關規定

液化石油氣供應站消防水池的容量應按火災延續時間內所需最大消防用水量計算確定。供應站最大消防用水量出現在儲罐區,主要與儲罐保護面積、著火罐和鄰近罐的固定冷卻水供水強度、室外消火栓用水量相關。對于儲罐保護面積、固定冷卻水供水強度、室外消火栓用水量,GB 51142—2015和GB 50974—2014《消防給水及消火栓系統技術規范》的規定是明確且一致的。但是對于火災延續時間的取值,在工程設計和設計審查時尚有爭議。主要問題在于:當儲罐區的儲罐總容積小于或等于220 m3,且單罐容積小于或等于50 m3時,火災延續時間是按照6 h還是3 h取值。

GB 51142—2015第11.1.5條規定“消防水池容量的確定應符合現行國家標準《建筑設計防火規范》GB 50016和《消防給水及消火栓系統技術規范》GB 50974的有關規定”。GB 50974—2014第4.3.2條規定,消防水池的有效容積應滿足火災延續時間內室內消防用水量和室外消防用水量不足部分之和的要求。第3.6.2條規定,液化烴儲罐的火災延續時間為6 h。按照以上條款的規定,液化石油氣供應站的火災延續時間應按6 h取值,與儲罐總容積或單罐容積沒有關系。

但經仔細研究發現,按照GB 51142—2015第11.1.5條的條文說明,當儲罐總容積小于或等于220 m3,且單罐容積小于或等于50 m3的儲罐或儲罐區,其消防水池的容量可按火災延續時間3 h所需最大消防用水量計算確定。這樣就出現了正文與條文說明不一致的情況。

4.2 實際工作中的做法及建議

針對規范與條文說明的差異之處,建設單位、設計單位和設計審查部門的理解也存在差異。建設單位和設計單位一直是按照GB 51142—2015條文說明關于火災延續時間的要求進行設計和建設。但由于條文說明不具備正文一樣的效力,設計審查部門對條文說明并不認可,其對火災延續時間的取值秉著從嚴的要求進行設計審查。為了使設計審查順利通過,在溝通無果的情況下,無論儲罐總容積和單罐容積多少,建設單位和設計單位均按照火災延續時間6 h進行設計和建設。

筆者建議,GB 51142—2015和GB 50974—2014在進行修訂時,進一步論證液化石油氣儲罐火災延續時間的取值。無論火災延續時間取值6 h還是3 h,規范之間應協調一致,規范的正文與條文說明也應協調一致。

5 結論及建議

① 液化石油氣供應站應設置獨立的全站緊急切斷系統;儲罐的液相進出管和氣相管應設置緊急切斷閥;液相進口緊急切斷閥應與儲罐液位高高報警聯鎖,液相出口緊急切斷閥應與儲罐液位低低報警聯鎖。

② 液化石油氣供應站的烴泵和壓縮機應采用直聯傳動,不建議采用皮帶傳動。對于新建的液化石油氣供應站,選用直聯傳動的烴泵和壓縮機;對于已建的液化石油氣供應站,更換為直聯傳動的烴泵和壓縮機,或將皮帶傳動的烴泵和壓縮機改造為直聯傳動方式。

③ 建議GB 51142—2015和GB 50974—2014在進行修訂時,進一步論證液化石油氣儲罐火災延續時間的取值。