液化氣球罐泄露隱患控制方案研究與實(shí)施

張西亮，勞景水，李雪梅

（湛江南海西部石油勘察設(shè)計(jì)有限公司， 廣東 湛江 524057）

液化氣球罐泄露隱患控制方案研究與實(shí)施

張西亮，勞景水，李雪梅

（湛江南海西部石油勘察設(shè)計(jì)有限公司， 廣東 湛江 524057）

液化石油氣作為甲A類火災(zāi)危險(xiǎn)性物質(zhì)，極具揮發(fā)性、易燃易爆，液化氣球罐由于超溫、超壓、液位失控、墊片損傷、材料破壞等原因造成的泄露，極易造成惡性重大事故。針對(duì)潿洲終端廠兩臺(tái)2 000 m3液化氣球罐存在的安全風(fēng)險(xiǎn)，提出升級(jí)球罐安全附件、采用金屬管剛性連接、及注水堵漏等措施，從根本上解決液化氣球罐泄露問(wèn)題。并結(jié)合潿洲終端廠實(shí)際情況，從管線、設(shè)備、流程方面研究分析，制定了合理的改造設(shè)計(jì)方案。

潿洲終端；液化氣球罐；泄露；注水設(shè)計(jì)

潿洲終端液化氣儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)由兩個(gè)2 000 m3液化氣球罐、兩臺(tái)裝船泵、一臺(tái)灌瓶泵及碼頭計(jì)量系統(tǒng)組成（見(jiàn)圖1）。液化氣球罐儲(chǔ)存輕烴處理系統(tǒng)回收的液化石油氣，達(dá)到一定限額后由液化氣裝船泵輸送到2 000 t級(jí)碼頭，通過(guò)輸油臂裝船；也可通過(guò)灌瓶泵在灌瓶間灌瓶，供島上軍民及公寓樓用氣。

潿洲終端廠于1998年8月8日建成投產(chǎn)，至今已運(yùn)行18 a，而涉及液化氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范早已更新多次。加之近幾年國(guó)內(nèi)外液化氣泄露事故頻發(fā)，應(yīng)中海油湛江分公司《關(guān)于深入開(kāi)展危險(xiǎn)化學(xué)品和易燃易爆物品安全專項(xiàng)檢查與整治的通知》要求，對(duì)終端廠液化氣系統(tǒng)進(jìn)行安全專項(xiàng)檢查和整治工作，以確保安全生產(chǎn)。本文針對(duì)潿洲終端液化氣球罐存在的泄露隱患，提出有效的控制措施和方案設(shè)計(jì)。

1 潿洲終端液化氣球罐泄露隱患

《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB50160-2008)、《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB50183-2015)等最新規(guī)范相比舊版本，在涉及液化烴生產(chǎn)設(shè)施、安全附件方面均有不同程度的修改或補(bǔ)充，整體要求也更加嚴(yán)格。依據(jù)更新的規(guī)范內(nèi)容，并結(jié)合近年來(lái)液化氣安全事故案例分析，對(duì)終端廠液化氣儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，排查其存在的泄露隱患[1]。

圖1 潿洲終端液化氣球罐Fig.1 LPG spherical tank in Weizhou Terminal

1.1 球罐附屬設(shè)施安全等級(jí)低

終端液化氣球罐安全附件總體滿足最新規(guī)范要求，但配置較低存在安全隱患：

（1）球罐設(shè)置有 2個(gè)安全閥，但安全閥與球罐之間未安裝全通徑球閥（并鉛封或鎖定），而是采用閘閥隔離，閘閥密封性能遠(yuǎn)低于球閥，并且嚴(yán)重影響球罐的安全泄放能力。

（2）工藝管線設(shè)置的安全閥均無(wú)隔離閥，無(wú)法檢修或校驗(yàn)。

（3）液化氣裝船泵出口管線、回流管線均未設(shè)置調(diào)節(jié)閥，而是通過(guò)球閥調(diào)節(jié)流量，長(zhǎng)時(shí)間極易造成閥門損壞或泄露。

1.2 球罐底部管線設(shè)置金屬軟管連接

潿洲終端液化氣球罐底部進(jìn)/出液、氣相平衡管線均采用柔性連接，即金屬軟管連接（見(jiàn)圖2），以防止儲(chǔ)罐與管道之間產(chǎn)生的不均勻沉降引起破壞。在《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》中第6.2.25條也明確規(guī)定：“儲(chǔ)罐的進(jìn)出口管道應(yīng)采用柔性連接”。金屬軟管具有良好的伸縮性、柔軟性，用來(lái)補(bǔ)償儲(chǔ)罐的地基下沉、管線的熱脹冷縮和施工時(shí)的安裝偏差。但金屬軟管使用壽命短，內(nèi)部易磨損腐蝕，耐壓能力低，為整個(gè)系統(tǒng)最薄弱環(huán)節(jié)，極易發(fā)生泄露事故。另外，由于選型或安裝不當(dāng)，也極易造成金屬軟管早期失效，釀成重大人身或設(shè)備事故。

圖2 潿洲終端液化氣球罐金屬軟管連接Fig.2 Flexible metal hose connection of LPG spherical tank in Weizhou Terminal

1.3 缺少有效的事故應(yīng)急措施

潿洲終端液化氣球罐進(jìn)/出液、氣相平衡管線均設(shè)置有緊急切斷閥，能在事故狀態(tài)下迅速關(guān)閉液化石油氣管道閥門，避免液化氣大量外泄。但《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》中第6.3.16條規(guī)定：“全壓力式儲(chǔ)罐應(yīng)采取防止液化烴泄露的注水措施”。當(dāng)罐底發(fā)生泄漏時(shí)，開(kāi)啟注水泵向罐底注入一定量的水，利用液態(tài)液化氣比水輕且與水不相容的特點(diǎn)，注入高壓水沉積在底部形成水墊層，起水封作用，替代液化氣泄露。

近年來(lái)國(guó)內(nèi)外發(fā)生的液化氣安全事故，大多是由于泄漏造成的，發(fā)生泄露的部位多為罐底的進(jìn)出口、回流、排污的第一道法蘭，例如1998年3月5日，陜西省西安市煤氣公司11號(hào)液化氣球罐底部第一道排污閥法蘭密封墊片失效，發(fā)生泄露燃爆事故，造成13人死亡，多臺(tái)儲(chǔ)罐燒毀的惡性事故。潿洲終端液化氣球罐僅設(shè)置有緊急切斷閥而未設(shè)置注水工藝，當(dāng)球罐根部第一道法蘭發(fā)生泄露事故時(shí)，根本無(wú)法防止事故擴(kuò)大，也無(wú)法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)搶險(xiǎn)救援工作[2,3]。

2 潿洲終端液化氣球罐安全措施整改

2.1 提高球罐附屬設(shè)施安全等級(jí)

根據(jù)上述潿洲終端球罐安全附件配置較低的情況，對(duì)其改造如下：

（1）球罐 2個(gè)安全閥與球罐之間安裝全通徑球閥（并鉛封或鎖定），替代現(xiàn)有的閘閥隔離。

（2）工藝管線上設(shè)置的安全閥均增加全通徑球閥（并鉛封或鎖定）作為隔離閥，以方便檢修或校驗(yàn)。

（3）液化氣裝船泵出口管線、回流管線設(shè)置流量調(diào)節(jié)閥，替代球閥進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，以減少閥門損壞或泄露。

2.2 金屬管剛性連接替代金屬軟管連接設(shè)計(jì)

根據(jù)近幾年地質(zhì)勘查報(bào)告《潿洲島終端處理廠儲(chǔ)罐等基礎(chǔ)詳勘調(diào)查工程地質(zhì)報(bào)告》分析及罐基礎(chǔ)沉降監(jiān)測(cè)，液化氣球罐區(qū)地基趨于穩(wěn)定，兩臺(tái)液化氣球罐基礎(chǔ)未發(fā)生不均勻沉降。為避免因金屬軟管壽命短、耐壓低、易磨損腐蝕等原因造成泄漏事故，考慮用金屬碳鋼管替代金屬軟管連接，并通過(guò)管線的合理布置，保證管道有必要的柔性滿足球罐地基沉降及抗震的要求。利用管道應(yīng)力計(jì)算軟件CAESAR-II（USA）對(duì)潿洲終端液化氣球罐的16寸出液、8寸進(jìn)液、6寸氣相平衡管線進(jìn)行應(yīng)力分析。

利用CAESAR-II軟件，建立管道模型，其中6寸氣相平衡管線建立模型見(jiàn)圖3。

考慮在設(shè)計(jì)條件、操作條件、極端操作條件下，校核管道系統(tǒng)的一次應(yīng)力和二次應(yīng)力。要求由于重力和壓力引起的正應(yīng)力、剪應(yīng)力（一次應(yīng)力）及由于管道熱脹冷縮及端點(diǎn)附加位移受約束而產(chǎn)生的應(yīng)力（二次應(yīng)力）均不超過(guò)許用應(yīng)力[4]。液化氣球罐16寸出液、8寸進(jìn)液、6寸氣相平衡管線具體應(yīng)力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

圖3 6寸管道模型圖Fig.3 Diagrammatic sketch of the modelling of 6" piping

表1 管道一次、二次應(yīng)力分析結(jié)果Table 1 Analysis result of the primary stress,secondary stress

由上表可知，在各工況下的管道系統(tǒng)一次應(yīng)力和二次應(yīng)力水平都不高，應(yīng)力百分比均未超出100%，故利用金屬碳鋼管替代金屬軟管連接后（見(jiàn)圖 4，施工后），進(jìn)/出液、氣相平衡管線有足夠的柔性可防止管線因熱脹冷縮、附加位移及其它載荷造成應(yīng)力問(wèn)題。

圖4 金屬軟管更換為金屬碳鋼管Fig.4 Modification of replacing flexible metal hose connection by rigid connection

2.3 液化氣球罐注水工藝設(shè)計(jì)

目前，液化氣球罐注水工藝，大都利用液化氣裝船泵或利用消防水直接注水，這兩種方式的注水水源均為消防水。為不影響火災(zāi)事故下，終端廠生產(chǎn)區(qū)域（油罐區(qū)、液化氣罐區(qū)、工藝裝置區(qū)）、碼頭區(qū)域的消防冷卻水/泡沫滅火系統(tǒng)消防水需求，考慮液化氣球罐注水水源單獨(dú)從淡水罐（非飲用水）引出。

液化氣球罐發(fā)生泄漏時(shí)，存在凍傷、中毒的危險(xiǎn)性，搶險(xiǎn)人員無(wú)法直接進(jìn)入罐區(qū)防火堤內(nèi)，因此要求注水設(shè)備及其操作閥門均要遠(yuǎn)離液化氣球罐區(qū)。結(jié)合潿洲終端廠區(qū)實(shí)際情況，在遠(yuǎn)離液化氣球罐區(qū)大約80 m的淡水罐區(qū)設(shè)置一臺(tái)注水泵，通過(guò)注水管線為球罐注水，具體設(shè)計(jì)如下：

2.3.1 注水泵參數(shù)確定

終端廠兩臺(tái)液化氣球罐設(shè)計(jì)壓力為 1.77 MPa(G)，安全閥設(shè)定壓力1.68 MPa(G)，操作壓力為1.25 MPa(G)。為保證球罐應(yīng)急注水能順利及時(shí)注入，注水泵出口壓力應(yīng)高于球罐最大操作壓力，出水量應(yīng)在最短時(shí)間內(nèi)形成水封并覆蓋球罐底部及管線。注水泵出口壓力選取1.6 MPa(G)，注水流量選取80 m3/h。

2.3.2 工藝流程設(shè)計(jì)

在遠(yuǎn)離液化氣球罐約80 m的淡水罐區(qū)域增設(shè)一臺(tái)注水泵，注水泵6寸進(jìn)口管線從淡水罐8寸出口管線上接出，淡水通過(guò)注水泵增壓至1.6 MPa(G)后，經(jīng)4寸出口管線輸往液化氣球罐區(qū)。為減少球罐泄露的機(jī)率，避免在罐底部新增開(kāi)口，將注水管線接入罐底的液化氣8寸進(jìn)液管線上，具體布置及流程如圖5所示。

圖5 液化氣球罐注水工藝流程示意圖Fig.4 Diagrammatic sketch of the water injection of LPG spherical tank

為防止球罐內(nèi)液化氣倒流回淡水罐污染水源，注水泵出口管線采取半固定連接方式[5]，即在注水管線靠近泵的一端用快速接頭聯(lián)結(jié)，在泄露事故下，通過(guò)金屬軟管將快速接頭直接與注水泵出口管線對(duì)接。另外，在注水泵出口管線上設(shè)置倒流防止器（見(jiàn)圖6），替代傳統(tǒng)的止回閥，徹底防止管線內(nèi)液化氣回流，保證水源安全。

3 結(jié) 論

通過(guò)排查潿洲終端液化氣球罐存在的泄露隱患，采取提高球罐安全附件等級(jí)、取消金屬軟管柔性連接、增加注水堵漏等一系列改造措施，滿足了更新后的規(guī)范要求，并從根本上解決了液化氣球罐泄露問(wèn)題，保障了潿洲終端廠安全生產(chǎn)。以上整改措施作為液化氣球罐生產(chǎn)中的重要安全對(duì)策，特點(diǎn)如下：

Research and Application of Control Measures for LPG Spherical Tank Leakage

ZHANG Xi-liang，LAO Jing-shui，LI Xue-mei

（NHWOC Zhanjiang Survey and Design Co.,Ltd., Guangdong Zhanjiang 524057，China）

Liquefied petroleum gas(LPG) as a Class A fire hazard substance is volatile, flammable and explosive. Major LPG spherical tank leakage accidents are always caused by over temperature, over pressure, level failure and gasket damage. In this paper, aiming at the existing risks of two 2 000 m3LPG spherical tanks in Weizhou terminal, some measures were put forward, such as upgrading tank safety accessories, using rigid connection with metal pipe and water injection. According to the actual condition of Weizhou terminal, the modification solution was designed by studying the pipeline, equipment and process.

Weizhou terminal; LPG spherical tank; leakage; water injection design

TE 972

A

1671-0460（2016）12-2828-04

2016-11-28

張西亮，男，廣東省湛江市人，工程師，2007年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東）油氣儲(chǔ)運(yùn)工程專業(yè)，研究方向：從事海上油氣田開(kāi)發(fā)工程設(shè)計(jì)工作。E-mail：zhangxl21@cnooc.com.cn。