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液氨储罐布置和管道安全设计要点分析论文

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  关键词:液氨储罐,管道,设备

  Analysis of Key Points of Liquid Ammonia Storage Tank Layout and Pipeline Safety Design

液氨储罐布置和管道安全设计要点分析论文

  LIU Qing

  (Zhongyan Anhui Hongsifang Fertilizer Co.,Ltd.,Hefei 230001,China)

  Abstract:Taking the project of a liquid ammonia storage tank area as an example,this paper designs the parameters of Q345Rand 16Mn storage tanks from the aspects of temperature and pressure,the layout methods of liquid ammonia tank are given,such as defining thefire distance,setting upfiredike andfire protection design,combing the safety design methods of pipeline,reasonably selecting liquid ammonia pipe materials,and standardizing the selection offittings and valves,cooling design,so as to effectively control the accident of liquid ammonia,to ensure the safe operation of enterprises.In the design of liquid ammonia tank,the aim should be safety production,reduce component loss,improve the applicability of accessories,valves and so on,so as to ensure the safety of application of liquid ammonia tank.

  Keywords:liquid ammonia storage tank;pipeline;equipment

  0引言

  液氨原料极为重要,可用于生产尿素、农药等各类产品。此种材料有毒性、易燃、腐蚀性、稳定性不强等特点,极易出现事故。近年内,出现了多起液氨泄漏、液氨中毒等各类事故,造成了人员伤亡和经济损失。

  1液氨储罐布设

  1.1液氨球罐区案例项目情况

  某单位的液氨球罐区中,均以外购形式引入液氨材料,储罐周期为7 d。从装卸站运输的液氨,需使用液氨过滤装置净化液氨系统内的油和杂质。净化处理后的液氨,使用球罐进行存储,再利用氨输送泵,将存储的液氨分配至硝酸和氨水生产两个工段。硝酸段的液氨需求量为12.3 t/h,氨水生产段的液氨用量为1.65 t/h。

  1.2确定罐型

  采取常温存储形式保证液氨存储质量。储罐应以钢制压力罐为首选,比如卧罐、球罐等,案例罐区内设计的液氨储罐至少为2个。本项目从硝酸、生产氨水两个工序出发,综合确定液氨用量。参照液氨在罐区的真实流量数据,合理确定储罐参数。设计人员应借助储罐优势,参照实际用氨情况,最终确定储罐布局方案。本项目最终选择球罐进行液氨存储,球罐数量采取“3+1(备)”的形式,保证球罐布设数量的充足性[1]。如表1所示,是本项目储罐的设计方案。

  1.3划分罐区

  (1)容积设计。本项目设计期间,参考各项设计规定,最终确定固定顶罐组容积最大值为1.2×104 m3,容积最大值为1 000 m3的储罐个数≤12个,容积最大值高于1 000 m3的储罐个数最多15个。本项目使用的4组球罐,其容积参数均不超过1 000 m3,罐内冲击系数设计值取0.85,符合规定要求。(2)罐高设计。确定储罐高度时应保证空间的充足性,防止淋阀操作不善。储罐前侧进行配管时应保证配管区域的规范性。(3)罐区机泵设计。明确罐组泵区的实际方位将其布设于防火堤之外,机泵位置与内浮顶储罐的间距≥10 m。(4)泵高设计。确定泵装设点位时,需参考泵吸液高度,以泵基准面为前提,确认泵面与吸入液面的间隔长度。储罐能够将液氨传输至泵吸入口的位置,此处压力为基础数据,当此数据小于液氨饱和蒸汽压力时,会出现液体汽化情况,加重汽蚀现象。妥善设定泵的安放高度,能够有效降低汽蚀问题的发生可能性。

  1.4明确防火间距

  依照石油化工单位的各项消防设计要求,液氨储罐间隔的防火长度,应参照液化烃储罐的具体要求。在罐组内布设时,可选择全压力、半冷冻两种类型的储罐。

  (1)设立事故排放至火炬的方案。球罐间距参数设计为0.5D。两个储罐设计间距时,选择较大储罐的直径,将其标记为D。立罐间距参数取1.0D。(2)未设立事故排放至火炬的方案。球罐、立罐两个间距的参数,均取1.0D。

  本项目中设有事故排放至火炬的方案,依照第一种情况,取防火参数。球罐防火间隔参数设计为12.5 m,单组球罐内部直径为12.2 m,防火间距12.5 m>球罐内部直径12.2 m×50%的结果,符合设计要求。

  1.5设立防火堤

  (1)液氨储罐组合的设计时,其防火堤的整体高度h1需控制在0.6 m以内。堤内采取混凝土材料设计,隔堤设计在坡向外侧区域。隔堤高度h2≤0.3 m。本项目中,h1=0.4 m<0.6 m,h2=0.3 m,符合设计要求。(2)堤内的可用容积大于等于储罐容积最大值的60%。储罐外壁与防火堤的间距≥3 m。本项目中,此间距值达到6.7 m,大于3.0 m,符合要求。(3)多数情况下,集水装置设立位置较低,可采取排水管线、集水设施相互连接形式,以此保证雨水顺利排出。在堤外设计开关,进行连接处理,保证工作人员及时掌握开关状态。(4)地坪高度小于地面和消防通路的高度。(5)防火堤容积=单组储罐容积的最大值。(6)合理设计人行台阶、步行梯。相同方向进行布设时,其间距不可超过60 m。隔堤位置需设计步行台阶。每座防火堤的各个方位,均需设计至少2组步行台阶。(7)防火堤区域内的地面坡度应高于0.3%。坡向朝向是四周的排水设施。

  1.6消防设计

  (1)液氨储罐安装中,需配备安全连锁,在压力、温度大于前期设计值时,自动运行控温喷淋程序。液位、压力异常时,自动暂停入料。(2)液氨泄漏量测定结果异常时,自主运行消防喷淋程序。使用消防喷淋程序,能够有效控制液氨储罐表层温度。在运行消防喷淋时,喷淋强度≥45 L/(m3·min)。(3)本项目采取温控冷却设计形式,丰富消防系统的防护功能。依照石油化工的各项防火设计要求,针对夏季降温用水的供应强度,等同于消防冷却的50%,即参数设计为3 L/(min·m2),可换算为0.18 m3/(h·m2)。选择喷雾降温形式,依照行业防火设计规范,喷雾供水强度参数取值为6 L/(min·m2),则设计参数换算成0.36 m3/(h·m2)。使用的消防冷却移动设施,依照建筑设计防火的各项要求,其消防流量的设计值为15 L/s。

  在管顶位置,依照储罐长的一侧,分别布设两组热浸镀锌钢管。管道中位处,需大于罐顶0.3 m。采取200 mm间隔形式,在管线表面设计小洞,每个洞的规格为4 mm。造洞方向与管线竖直方向形成的角度为45°。各组管道的模块,均添加一个闸阀,规格选择DN50。运输液氨期间,如果出现管道与孔洞堵塞情况,可利用闸阀处理。夏季降温水通入后,进行热量交换,会通过管线流至排水点。再进入集水区。在集水区域内,设计潜水泵,进行加压处理,以此循环利用减温水。排水沟的宽度参数取200 mm,起点位置与地面相距0.2 m,坡度参数取1%。在排水沟上层设立不锈钢篦子,防止集水坑内聚集较多杂物。在排水点、集水区的相互连接区域,添加一处细格栅,以此防范小规格杂物落入集水坑。选择的圆钢直径参数为8 mm,制作成栅条,使其间距保持25 mm。使用格栅时,角度倾斜120°。集水坑内部,需添加补水管线,增设浮球阀,防止出现回流污染问题。补水管线最低处,高于集水坑溢水边缘。集水坑内部,设立两组潜水泵,采取“1(主)+1(备)”的形式。水位警报参考值为“坑底+150 mm”,以此防止出现水位异常问题,降低水泵空转可能性。集水坑内的可用容积≥水泵5 min内的实际供水量。潜水泵输水管线表面,需设计软接头、止回阀等设施[2]。本项目最终选择此种消防方案,以此有效防控液氨温度异常问题。

  2管道安全设计

  2.1管线布设理念

  (1)防火堤的正常运行,依赖于各类管线的支持,具体包括进料、消防等各类管线。各类管线均应采取低处设计方式,以地面管墩为依据,进行妥善布设。此种布设管线,能够增强现场环境的优化效果,更有助于开展消防作业。在实际布设中,可能存在地面管线密集的问题,具有一定布线难度,可设立多组跨桥解决此问题。(2)液氨罐区的管线布设项目中,管线数量最多的是低温管线。依照管道柔性布置理念,尽可能地减少弯头个数,防止出现管线过长的问题。储罐基础与管线相连时,主要利用金属软管,保证连接质量。如果沉降量较大,需适当改变软管装设长度,使其小于实际长度,防止出现沉降拉伸问题,保证软管质量。

  (3)多数情况下,液氨温度设计为-40℃,需要较大的保冷层,形成防护体系。设计人员需妥善考虑保冷阀门和法兰等各类配件的参数,合理设计管线间隔距离,在2024年4月第安装保冷层后,管线之间拥有一定的操作区域。(4)卸除螺栓时,严防出现管线受损问题,针对主管线保冷层,进行必要的防护处理。操作时,需防止三通与法兰直接接触保证防护质量。(5)液氨储罐内设计了较多的泄放管线,此处需防止出现就地放空问题,合理摆正泄放口点位,使其高度大于火炬主管。如果出现问题导致泄放口高度不规范,需设立分液部件,以此有效规避积液问题。

  2.2管道支架设计

  (1)用于传输低温介质的管线,在实际布设管线期间需侧重考虑管线走向,实现应力自主补偿的设计目标。考虑到冷缩位移变动问题,所以在管线布设期间要尽可能地不使用弹簧支吊架。如果管线需要与弹簧支吊架相交,则优先使用弹簧吊架进行布设,不符合条件时,选择弹簧支架处进行布设。当布设吊杆式支架时,需关注吊杆方位的合理性,使其与垂直线形成夹角不超过3°。(2)低温管线设计期间,需在管线底部添加一组隔冷设施,以此尽可能地保存管道内部的冷量。部分支吊架,可借助焊接处理形式,进行管线连接处理。在焊接管线时,应保证焊接材料与管线一致,防止出现低温脆变问题,维持支架性能。低温轴向位置控制的管架,在进行管线设计时,需考虑各类干扰因素。比如,保护层轴向力,可能造成管线形成的不利影响,引起隔冷层会发生的位置变化问题。为此,在管托表面,添加限位挡块,再布设内外挡环,以此防止滑动[3]。

  2.3合理选择液氨管材

  液氨运送的管材质量应达到压力管道的各项要求。针对与氨介质有接触的各类管道、配件等,均需严格检查质量是否过关,不可使用铜材料。用于运输氨介质的管道,应以无缝钢管为首选。生产热氨型的运输管道时,可选择碳钢为原材料。氨运输管道的规格选择Q345E,管道温度应小于等于-40℃。在环境较差的区域,可使用不锈钢管道。此种管道的适用温度范围较大,温度限值为-196℃。在管道设计时,应防止液氨出现应力腐蚀问题,需进行焊后热处理碳钢材质的管线。在使用金属管道,运输氨介质时,可使用法兰连接件,处理未焊接的位置。依照国家技术要求,全面测定焊缝的操作质量。设计接地系统,妥善布置氨输送管线。

  2.4配件选用

  输氨管道可选择不锈钢金属垫,使用聚四氟乙烯材料制作而成,保证凸凹面法兰、垫片的固定效果。螺栓、螺母均应选择35CrMo、不锈钢两种类型。

  2.5阀门选用

  输氨管道中,需配备输氨的专用阀门,严禁使用闸阀。布设阀门时,需考虑阀门功能、便于操作、易于运维等各类因素。在生产车间内,需在适宜位置设立总隔离阀门,保证输氨管道运行的管控效果。在用氨、加氨各个环节中,均需添加双阀进行控制。

  2.6装设储罐安全设施

  液氨储罐内部设有超压泄放火炬程序,需添加双安全阀门,建立完整的安全屏障。安全阀前后均应设计全通型的切断阀。使用双副线的布设形式,常用状态设计为“关闭”。安全阀组管道,在具体布设期间,需关注运维、维修各项操作的便利性,并在安全阀出口处增加一组导气管。

  2.7保冷设计

  液氨管道设计中需仔细选择保冷材料,以此保证管道运行的安全性。选保冷材料时,应从材料的好氧性、保冷组成、环境条件等各类因素,进行综合选择。选择项目所在地区温度最高的3个月,取平均数设定为温度参数。如果管道表面温度不高,环境湿度较大,空气湿度会在液氨管道保冷层表面形成一定数量的绿苔,打破保冷层的性能。当保冷层>80 mm,需采取分层施工形式,无需添加铆钉,防止形成孔隙问题。一旦形成孔隙,在低温环境中,会出现结冰现象,将会降低保冷功能[4]。

  2.8仪器设计

  液氨储罐管线布设中,需添加液位计量、压力读取、温度测试的各类仪器。压力、温度两项参数,自动读取后,反馈至DCS主控平台,便于管理者及时获取罐内温度、液位各类参数,确保储罐调节控制的全面性。

  3结语

  综上所述,针对本项目的液氨存储、运输管线,给出合理的设计方案,保证管线布设的规范性,合理消除危险因素,确保液氨运输的安全性。在实际液氨生产各项设计期间,设计人员需严格把握各项要求,精准确定设计参数,保证设施与管线后续运维的便捷性,尽可能地减少液氨事故,促使生产活动有序进行。

    参考文献:

  [1]和迎富.液氨储罐水喷雾灭火系统设计流量的计算方法[J].上海节能,2022(8):1022-1026.

  [2]李秀杰.基于液氨球罐区设备和配管布置的设计探讨[J].化工管理,2021(32):114-115.

  [3]黄丽.液氨储罐布置和管道安全设计[J].辽宁化工,2020,49(10):1309-1310.

  [4]李娟.氧气管道设计与安装要点分析[J].节能,2019,38(2):132-133.



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