精细化工常压储罐的工艺安全设计

夏利荣

摘要：国内精细化工企业的常压储罐具有罐容小、种类多和介质危险的特点，常有泄露、火灾爆炸和人员中毒等事故的发生。为尽可能地避免常压储罐发生这些事故，在设计阶段通过危害分析、合理选材设计、设置相应安全设施和保护层、确定合理的操作和维护规程，就可以保证常压储罐的安全、环保和稳定运行。

关键词：精细化工;常压储罐;氮封;呼吸阀;工艺安全

常压储罐作为精细化工企业液体原料、中间体和产成品储存的设施，具有极为广泛的应用。精细化工企业一般为小规模生产，储罐容积较小，适用于GB51283-2020《精细化工企业工程设计防火标准》，即甲B和乙类液体单罐容积不超过1000m3;丙类液体单罐容积不超过5000m3。除此之外，精细化工常压储罐具有化学品种类多、介质危险的特点，随着企业运行对安全环保的高要求，需要对常压储罐进行详细地分析和完备的工艺设计，提供安全运行条件。

1储罐的工艺危害分析

在进行常压储罐设计前，应明确储存物料的种类、数量和危险特性;查明物料的可燃性、闪点、蒸汽压、爆炸极限、极限氧浓度（LOC）、忌水性、忌氧性、储存温度、熔点、沸点和腐蚀性等数据，分析储罐是否存在腐蚀、泄露、静电、火灾爆炸等事故风险，根据风险后果确立常压储罐的设计方案和配套的安全设施。根据物料的特性及储罐容积，确定储罐的结构型式、呼吸方式。考虑到环保要求，除合成硫酸、液碱等不挥发物质储罐可直通大气外，盐酸及副产酸碱、丙类物质等应设置呼吸阀，且呼吸阀排气应接至尾气装置妥善处理。一般情况下，介质具有以下特点的常压储罐，应设置氮封系统，并对系统排气接至尾气装置处理。

（1）储罐采用易熔材料制作浮盘;

（2）甲B、乙A类易燃易爆液体;

（3）物料忌水（与水反应）;

（4）水进入将导致物料腐蚀性发生变化的物质（氯代烃类）;

（5）物料接触空气被氧化;

（6）物料接触空气发生聚合;

（7）介质为水溶性或与水混溶的并对其中水份有控制要求;

（8）储存介质毒性较大或易挥发介质;

（9）物料储存过程生成自燃类物质（例如硫化亚铁）。

2储罐的物理设计

根据储存介质的腐蚀程度，优先选择钢制储罐，也可以选用全玻璃钢、碳钢内衬玻璃钢或衬塑、衬胶、衬玻璃等非金属材质。对于常压储罐，一般较少采用镍基合金、铜基合金或复合钢板，腐蚀性介质储罐可以采用非金属材质代替。

钢制常压储罐的设计一般按照GB50341-2014《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》执行，部分储罐根据API650设计，非金属储罐可根据相关标准或施工实例进行设计。

当介质需要高低温储存或需要循环防止聚合时，可以采用在储罐内增加盘管，储罐壁增加伴热/保冷管、半管或夹套，以及罐顶增加冷凝器，设置外循环等方式实现，并在储罐外部增加保温隔热层，附属设施的重量及载荷应在储罐的压力设计中一并考虑。

3氮封系统设计

3.1氮封系统的应用现状

基于安全环保考虑，氮封系统在精细化工常压储罐得到广泛应用，固定顶罐氮封系统主要结构型式和配件，在实际的使用过程中，系统不正常工作的现象较为普遍，究其原因，主要有以下几个方面。

3.1.1工艺设计不合理

设计时未能充分考虑供氮方式、泄氮方式、背压、物料性质和压力分程设定等因素，千篇一律照搬，氮封压力控制范围狭窄，相互之间易产生交集，各组件工作互相干扰，无法正常运行。

3.1.2阀门选型不正确

氮封阀、呼吸阀、紧急泄放人孔等设施选型不正确，密封材质不当，无法满足设计要求。

3.1.3安装调试存在瑕疵

氮封阀取压点不具代表性、阀后管道过细过长、氮封阀通气量调节过大、呼吸阀盘不密封、调试不当等问题，都将导致系统不正常。

3.1.4储罐密封不严

由于储罐老化、腐蚀等因素，导致消防泡沫发生器、人孔口、接管口等部位密封不严，氮封阀始终处于工作状态。

3.1.5维护不当

氮封阀、呼吸阀、紧急泄放人孔等设施缺乏维护，存在腐蚀、卡死、弹簧失稳等情况。

3.2正常通风量的计算

常压储罐通气量应包括液体进出储罐引起的液体传输效应，以及环境温度升降引起的热效应。精细化工储罐液体进出流量较小，一般不超过50m3/h。热效应形成的通风量可根据SH/T3007-2014《石油化工储运系统罐区设计规范》和《API2000-2009通风大气和低压储罐》计算确定，根据计算结果来看，两者相差不大，规范基于安全考虑，实际数值都偏于保守，详细计算过程可参考相关文献。

3.3分程压力控制

根据氮封系统原理结合SH/T3007-2014等国内标准和API2000三种氮封等级的要求，一个典型的精细化工常压储罐氮封系统可以包含以下几个部分。

3.3.1供氮阀当储罐出料或环境温度降低时，储罐内部压力降低至供氮阀设定开启压力，供氮阀自动打开补充氮气，储罐内压力升高至供氮阀设定关闭压力时，供氮阀自动关闭。

3.3.2泄氮阀当储罐进料或环境温度升高时，储罐内部压力超过泄氮阀设定压力时，泄氮阀自动打开排气，储罐压力恢复后泄氮阀自动关闭。

3.3.3紧急呼吸阀当储罐出料或环境温度降低，且供氮阀故障无法打开时，储罐内部压力降低至紧急呼吸阀吸气压力时，紧急呼吸阀自动打开吸入空气，防止储罐发生吸瘪事故;当储罐进料或环境温度升高，且卸氮阀故障无法打开时，储罐内部压力升高至紧急呼吸阀排气压力时，紧急呼吸阀自动打开排气，防止储罐发生起升事故。由于紧急呼吸阀工作时储罐直通大气，所以紧急呼吸阀必须配套阻火器一同使用。

4结语

精细化工常压储罐的工艺设计应从实际和运行的角度考虑，合理设置安全设施，努力做到本质安全。同时应该看到，精细化工行业与石油化工行业相比，具有自身的特点，在设计过程中不能照搬石油化工相关標准，行业也应该不断总结，有针对性地建立相应的标准，以提升本行业的安全水平。

参考文献

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