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常低压储罐安全设施设计

文档作者: 强爱红        文档来源: 中国天辰工程有限公司工艺系统部
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更新时间: 2021年01月07日
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化 工 设 计 通 讯 工艺与设备 Chemical Engineering Design Communications Technology and Equipment ·57· 第42卷第10期 2016年10月 1 概述 石油化工行业经常使用常低压储罐来储存各种液体原料 和产品,这些原料和产品大都具有易燃、易爆及一定的挥发 特性。为了避免常低压储罐由于进出料、外界温度变化等原 因导致储罐出现超压或真空,工艺设计中通常在罐顶安装安 全泄放设施来维持储罐内气压平衡,既可以减少储罐内挥发 性液体的蒸发损失,同时对安全和环保也起到一定的促进作 用。 按照我国工程惯例,常低压储罐上呼吸阀的呼吸量主要考 虑液体进出罐时的最大液体量和极端天气下温度变化所造成 的吸入与呼出量,即可以满足常规储罐的安全防护要求。但 是,储罐在运行中可能发生调节阀失效、盘管破裂、下游气 体穿透等非正常工况,因此呼吸阀的设计需要考虑多种非正 常情况下的呼吸量。长期以来,国内的标准规范对安全泄放 设施设计的规定过于粗略,安全设施设计过于保守,造成浪费。 本文依据《石油化工企业设计防火规范》GB50160—2008、《石 油化工储运系统罐区设计规范》SH/T3007—2007、《石油库设 计防火规范》GB50074—2014 及美国石油学会标准《常压和 低压储罐的泄压》API STD 2000—2009 等标准规范中的有关 规定,结合实际工作中的经验,综合阐述和分析常低压储罐 安全泄放设施的设计和选用[1]。 2 呼吸阀的设计和选用 相关规范规定:甲B、乙类液体的固定顶罐和地上卧式储 罐,采用氮气或其他惰性气体密封保护系统的储罐,储存甲B 类液体的覆土卧式油罐应设呼吸阀[2]。 2.1 呼吸阀的分类 呼吸阀按结构形式分为阀盘式呼吸阀(重力式呼吸阀) 和先导式呼吸阀。重力式呼吸阀又分为自重式和弹簧式两种。 按用途可分为:A 呼吸阀;B 单呼阀;C 单吸阀。目前国内大 都采用阀盘式呼吸阀,又称之为重力式呼吸阀。从国外引进 的装置中大多采用先导式呼吸阀。 2.2 呼吸阀的设定压力及超压 呼吸阀的设定压力需综合考虑各方面的因素,保持储罐 在正常操作情况下,其内压在储罐设计压力范围内,即为: 储罐设计负压力< 呼吸阀负开启压力< 储罐操作压力< 呼吸 阀正开启压力< 储罐设计正压力[2]。 常压储罐的正常操作压力小于等于6.9kPa 左右,低压储 罐的设计压力大于6.9kPa 小于0.1MPa[1,3-4]。在工艺设计中, 需要根据实际工况在满足设定原则的基础上相应调整呼吸阀 的呼出和吸入压力值,以满足储罐的安全设计需求。 应考虑呼出气体要排放至火炬或进入吸收系统等后续处 理单元所需的压头。如果呼吸阀排气端管线较长,气体流动 阻力较大,或呼吸阀排气端管线有液封,导致呼吸阀排气端 系统背压较大,此时就需要选择呼出压力相对较低的呼吸阀。 反之,如果呼吸阀排气端管线直接接到风机入口,风机对呼 吸阀排气管网有抽吸作用,导致呼吸阀排气端管网压力降低, 甚至为负压,此时就需要选择呼出压力相对较高的呼吸阀, 来抵消风机的抽负作用,以减少储罐内物料的挥发损失,保 证储罐免受负压风险。 温度一定时,挥发性液体的饱和蒸汽压是相应确定的, 若储罐呼吸阀设定的呼出压力过低,则呼吸阀尺寸增大,频 繁启动导致阀门震动、磨损且造成物料损耗、污染环境;若 储罐呼吸阀设定的呼出压力过高,由于呼吸阀本身的结构特 点导致其有可能会延迟起跳,导致储罐承受超压风险,发生 鼓罐事故。 呼吸阀的流量规则决定了不同类型呼吸阀的超压百分比。 如:重力式呼吸阀的结构特性决定呼吸阀在超过定压70% 以 上才会达到其额定流量点,因此选型时不仅要注意呼吸阀的 设定压力,还要计算其泄放压力,并将其控制在合理范围内; 而先导式呼吸阀超压10% 时即可达到额定流量。 2.3 呼吸量计算 呼吸阀的正常呼吸量不能小于以下各项的呼出量之和及 吸入量之和[2,5] : (1)液体出罐时,最大出液量所造成的空气或氮气吸入量; (2)液体进罐时,最大进液量所造成的罐内液体蒸汽呼 出量; (3)因大气最大温降导致罐内气体收缩所造成储罐吸入 的气体量和因大气最大温升导致罐内气体膨胀而呼出的气体 量; 《石油化工储运系统罐区设计规范》SH/T3007—2014和《常 压和低压储罐的泄压》API 2000—2009 的呼吸量选取原则分 别如下: (1)SH/T3007 中规定:最大进料量所造成的罐内气体的 呼出量为:①当物料闪点>45℃时,取呼出量为最大进料体 积流量的1.07 倍;②当物料闪点≤ 45℃时,取呼出量为最大进 料体积流量的2.14倍;API 2000 中规定:储存温度<40℃或饱 和蒸汽压小于5.0kPa 的流体,气体的呼出量等于最大进料量, 对于其他易挥发、高温物料需要进行闪蒸计算或增加呼出量。 (2)SH/T3007中规定:最大出料量所造成的气体吸入量, 应按液体最大出料体积流量考虑;API 2000 对气体吸入量取 值与SH/T3007规范相同。 (3)SH/T3007 中规定:对于因环境温度变化所造成的最 大热呼吸量可按表①选取: API 2000 采用公式计算热呼吸量[5],公式如下: VOT=YIVTK 0.9Ri; (下转第76 页) 摘 要:常低压储罐安全设施的设置对于维持储罐正常压力,使储罐免受超压或真空破坏,降低储罐内液体挥发损失至关 重要。总结了石油化工常低压储罐安全泄放设施设计的主要原则和呼吸量的计算方法。 关键词:呼吸阀;紧急泄放阀;安全设施;超压;呼吸量 中图分类号:E972 文献标志码:A 文章编号:1003–6490(2016)10–0057–02 Design of Safety Device for Constant Low Pressure Tank Qiang Ai-hong Abstract :It is very important to maintain the normal pressure of the tank and to protect the storage tank from overpressure or vacuum damage.It is very important to reduce the volatilization loss of the liquid in the storage tank.This paper summarizes the main principles and the calculation methods of the respiration rate of the safety venting facilities in petrochemical low pressure storage tanks. Key words :breathing valve ;emergency relief valve ;safety device ;overpressure 常低压储罐安全设施设计 强爱红 (中国天辰工程有限公司工艺系统部,天津 300400) 收稿日期:2016–09–20 作者简介: 强爱红(1976—),女,河北沧州人,高级工程师,主要 从事化学工程工作。 万方数据 研究与开发化 工 设 计 通 讯 Research and Development Chemical Engineering Design Communications ·76· 第42卷第10期 2016年10月 为吸附材料,对前面处理的废水再进入工业废渣过滤和吸附 处理,进一步对废水进行深度处理,处理后的废水可以满足 重复利用的要求。 2 结束语 本工艺在使用的过程中具有操作简便、投药量少、固体 废物低的特点,不仅如此其还能够促进COD 去除率以及脱色 效果的提升,满足了印染废水处理的需求,并确保处理后的 废水能够进行回用操作。笔者认为,随着该工艺在原水浓度 较高的染料废水(初始浓度为CODcr2 000 ~ 3 000mg/L,色 度200 ~ 1 000倍)中的运用,能够产生更高的经济效益。 (上接第74页) 用弹簧支架、选择补偿能力大的补偿器及改变管道走向这三 种措施可以使管道柔性加强。通过这三种措施,可以保障管 系的安全生产,改善关系的受力情况。 5 结束语 在设计专业中,对于管系的应力分析是管道设计的基础 内容,良好的管系设计可以提高工业生产的效益并且优化工 业设备。在管道管系的设计过程中,设计人员要不断的进行 管道优化的实验,在实验中得到真理,深化化工设计的理论 分析,把理论和实际相结合。在此过程中,充分展现出管道 应力分析的优势,最大程度的推动化工产业向效益共存的多 赢局面发展。 参考文献 [1] 崔广东. 石油化工管道设计的应力分析与柔性设计[J]. 中国石油和 化工标准与质量,2013,(16):45-46. [2] 韦征,顾顺超. 如何正确分析化工管道设计中的管道应力[J]. 化工 管理,2015,(16):180. (上接第57页) VOT :热呼出量,m3/h ; 表1 储罐热呼吸通气量 储罐容量/m3 吸入量(负压)/(m3·h-1) 呼出量(正压)/(m3 · h-1) 闪点≥ 37.8℃ 闪点<37.8℃ 100 16.9 10.1 16.9 200 33.8 20.3 33.8 300 50.4 30.4 50.4 500 84.5 50.7 84.5 700 118.0 71.0 118.0 1 000 169.0 101.0 169.0 2 000 338.0 203.0 338.0 3 000 507.0 304.0 507.0 4 000 647.0 472.0 647.0 5 000 787.0 538.0 787.0 10 000 1 210.0 726.0 1 210.0 20 000 1 877.0 1 126.0 1 877.0 30 000 2 495.0 1 497.0 2 495.0 Y :纬度因子; VTK :储罐体积,m3 ; Ri :保温影响因子 VIT=CIVTK 0.7Ri; VIT :热吸入量,m3/h ; Y :与蒸汽压、平均储存温度和纬度有关的因子。 对比看出:SH/T3007—2014 基本采用了API2000—1998 中的相关计算数据。但是,随着国外化工项目的应用及有关 研究的发展,API 2000 又进行了升版,细化了呼吸量的计算, 从而更加符合实际工况。实际设计时,应该根据工况条件及 项目要求设置呼吸阀,选用参考的标准通过计算确定呼吸阀 的呼吸量。 3 紧急泄放阀的设计和选用 《石油化工储运系统罐区设计规范》SH/T3007—2014 规定, 对于采用氮气或其他气体气封的甲B、乙类液体的储罐还应设 置事故泄压设备。储罐的紧急泄放阀是一种事故工况的安全 设施。《常压和低压储罐的泄压》API2000 规定,所有配有正 常尺寸呼吸阀的储罐必须配装独立的紧急泄放阀。一般下列 工况均应选用紧急泄放阀: 1)盛装闪点低于37.8℃的石油或石油产品的常压储罐, 其介质温度有可能超此闪点; 2)储罐内介质蒸汽的排放量较大,不适合选用呼吸阀; 3)储罐操作过程中有可能产生非正常内压,如:可燃液 体储罐遭遇外部火灾或罐内发生化学反应。 3.1 紧急泄放阀分类 紧急泄放阀有单泄放的,也有泄放和吸入双功能的。 3.2 紧急泄放阀的设定压力和超压 紧急泄放阀的设定压力应满足:储罐设计负压力< 紧急 泄放阀负开启压力< 呼吸阀负开启压力< 储罐操作压力< 呼 吸阀正开启压力<紧急泄放阀正开启压力></紧急泄放阀正开启压力>
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