鶴管選型及裝卸棧臺(tái)布置探討

(中國五環(huán)工程有限公司，湖北 武漢 430223)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球60%以上的化工原材料及產(chǎn)品是通過汽車或火車槽車進(jìn)行運(yùn)輸。絕大多數(shù)化工原料及產(chǎn)品的槽車裝卸都應(yīng)選擇專用的鶴管。石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范[1]第6.4.1條規(guī)定：對(duì)于甲B、乙、丙A類的可燃液體，嚴(yán)禁采用溝槽卸車系統(tǒng)，應(yīng)采用液下裝卸車鶴管。另外，液化烴、腐蝕性介質(zhì)、有毒介質(zhì)、易揮發(fā)性介質(zhì)及對(duì)環(huán)境有污染的介質(zhì)等，都應(yīng)使用鶴管來實(shí)現(xiàn)安全、環(huán)保及高效的裝卸。

1 鶴管選型

鶴管的型式需根據(jù)裝卸介質(zhì)的特性、裝卸車方式及槽車車型來綜合考慮。常用化工流體介質(zhì)裝車要求及鶴管選型見表1。

對(duì)于液化烴類介質(zhì)，因其飽和蒸汽壓高，極易揮發(fā)，而密封帽與槽車之間的密封效果不理想，所以在裝卸液化烴、液化氣介質(zhì)時(shí)，應(yīng)采用管法蘭接頭[2]；同時(shí)，為避免靜電的產(chǎn)生與積聚，液化烴類介質(zhì)應(yīng)采用液下裝車方式。因此，液化烴類介質(zhì)通常從槽車底部進(jìn)行裝卸。液化烴類氣相介質(zhì)與儲(chǔ)罐氣相平衡或送火炬放空系統(tǒng)，嚴(yán)禁就地排放。

對(duì)于甲B、乙類可燃液體介質(zhì)，應(yīng)采用密閉液下裝車，將氣相返回儲(chǔ)罐或者進(jìn)入油氣回收系統(tǒng)。采用液下裝車的方式是為了避免靜電的產(chǎn)生與積聚。當(dāng)此類介質(zhì)在槽車頂部裝車時(shí)，需使用帶密封帽的長(zhǎng)垂管分流口或者伸縮管出口，將垂管伸至槽車底部。丙類液體閃點(diǎn)較高，不易揮發(fā)，相對(duì)比較安全，可采用敞開式裝卸。GB50160及HG/T21608上均要求丙A類可燃液體采用液下裝卸車，對(duì)丙B類液體未提出明確的要求。但在實(shí)際生產(chǎn)中，為防止靜電的不良影響，對(duì)丙A、丙B類液體均推薦采用液下裝車方式。

表1 不同介質(zhì)裝車要求及常用的鶴管類型

注：常用鶴管型號(hào)參考HG/T 21608-2012液體裝卸臂工程技術(shù)要求。

在裝卸車時(shí)，對(duì)于常用的酸或堿等腐蝕性介質(zhì)，應(yīng)避免液體噴濺并確保人身安全，如果介質(zhì)易揮發(fā)，則宜采用密閉裝車方式；對(duì)不易揮發(fā)的腐蝕性介質(zhì)，可采用敞開液下裝車方式。

對(duì)于有毒液體及對(duì)環(huán)境有污染的液體，在裝卸車時(shí)應(yīng)注意防止液體泄漏及有毒氣體的擴(kuò)散，選用密閉裝卸車方式，可采用管法蘭接頭或帶回氣管的頂部密封帽/蓋式密閉裝車。

當(dāng)一種物料同時(shí)具備以上幾種特性時(shí)，應(yīng)綜合考慮并且選擇鶴管。比如苯胺，屬于丙A類可燃液體，按照安監(jiān)總廳管三 [2015] 80號(hào)文件《危險(xiǎn)化學(xué)品目錄(2015版)實(shí)施指南》，苯胺具有急性毒性，綜合考慮后認(rèn)為選擇AL1412型頂部裝卸鶴管較合適。

2 裝卸鶴位數(shù)量的計(jì)算

2.1 汽車裝卸車鶴位計(jì)算

汽車鶴位數(shù)量應(yīng)按以下公式計(jì)算：

(1)

其中，N為裝卸所需液體裝卸臂的臺(tái)數(shù)；G為年裝卸物料量，kg/a；K為運(yùn)輸不均衡系數(shù)，宜取1.4～2；τ為年操作時(shí)間，d/a，1年按330d計(jì)算；ρ為液體介質(zhì)的密度，kg/m3；F為每臺(tái)鶴管每小時(shí)的灌裝能力，m3/h；t為汽車槽車的日作業(yè)時(shí)間，8～12h/d。

鶴管的灌裝能力F可通過以下公式計(jì)算：

F=900πD2V

(2)

其中，D為液體裝卸臂的內(nèi)徑，m；V為控制裝車流速，m/s，油品流速不大于4.5m/s。

計(jì)算出的N值按四舍五入取整。如果使用泵來裝車，還需要根據(jù)N×F來計(jì)算總裝車流量，對(duì)裝車泵的輸送能力進(jìn)行校核。

2.2 火車裝卸車鶴位計(jì)算

根據(jù)裝車速度的不同，火車裝卸鶴管可以分成大鶴管和小鶴管。大鶴管液體臂口徑為DN200，裝車流速宜取小于3.9m/s，按公式(2)可計(jì)算出最大裝車能力約為440m3/h；小鶴管液體臂口徑小于DN100，裝車流速宜取小于4.4m/s，可計(jì)算出最大裝車能力約為120 m3/h。對(duì)于同一種物料裝卸，小鶴管數(shù)量一般與所需槽車數(shù)量相等，即在一批裝運(yùn)作業(yè)中，1臺(tái)小鶴管只裝1臺(tái)槽車；而大鶴管裝車能力強(qiáng)，在一批裝運(yùn)作業(yè)中，大鶴管的裝車數(shù)量與所配套槽車牽引設(shè)備在規(guī)定時(shí)間內(nèi)的一次牽引定數(shù)相同。因此，單個(gè)裝車棧臺(tái)上對(duì)同一種物料一般只設(shè)置1～2臺(tái)大鶴管。

小鶴管鶴位的數(shù)量與單批裝運(yùn)作業(yè)所需槽車數(shù)量相同，可按以下公式計(jì)算[3]：

(3)

其中，N為裝卸所需液體鶴位數(shù)量；G為年裝卸物料量，kg/a；K為運(yùn)輸不均衡系數(shù)，一般石化產(chǎn)品宜取1.5～2；τ為年操作時(shí)間，d/a，1年按350d計(jì)算；ρ為液體介質(zhì)的密度，kg/m3；V為槽車平均容積，m3/輛；m為每天裝運(yùn)批數(shù)，批/d，每天不應(yīng)大于4批；A為槽車裝滿系數(shù)，液化烴取0.8～0.85，可燃液體宜取0.9(丙B類可取0.95)，酸堿類宜取0.85。

2.3 計(jì)算實(shí)例

某40億Nm3/a煤制天然氣項(xiàng)目，副產(chǎn)中油20萬t/a，取運(yùn)輸不均衡系數(shù)為2，中油相對(duì)密度為1.2，下面分別計(jì)算使用汽車運(yùn)輸或火車運(yùn)輸需要的裝車鶴管臺(tái)數(shù)。

(1)使用汽車運(yùn)輸，取汽車作業(yè)時(shí)間12h/d，汽車鶴管裝車能力為50m3/h，按330d/a計(jì)算，需要鶴管臺(tái)數(shù)可根據(jù)式(1)計(jì)算：

(2)使用火車運(yùn)輸，取火車槽車平均容積為60m3，裝滿系數(shù)為0.9，操作時(shí)間按330d/a計(jì)算，裝運(yùn)4批/d，則需要的鶴管臺(tái)數(shù)可根據(jù)式(3)計(jì)算：

=4.7≈5

通過計(jì)算得出，該項(xiàng)目副產(chǎn)品的中油若全部使用汽車運(yùn)輸，需要汽車裝車鶴管2臺(tái)；若全部使用火車運(yùn)輸，需要火車裝車小鶴管5臺(tái)。

3 汽車及火車裝卸棧臺(tái)的布置

3.1 汽車裝卸棧臺(tái)的布置

3.1.1 汽車裝卸棧臺(tái)尺寸

裝卸棧臺(tái)的高度H應(yīng)根據(jù)槽車裝卸口的高度及鶴管垂直方向的包絡(luò)線范圍綜合考慮。槽車裝卸口應(yīng)盡可能位于鶴管垂直包絡(luò)線范圍的中間位置。頂部裝卸棧臺(tái)高度H可通過下式計(jì)算：

(4)

其中，h為槽車裝卸口到EL0.000的高度，常用油罐車或液化烴槽車的高度一般在2.8～3.8m范圍內(nèi)；Ymax、Ymin分別為鶴管垂直包絡(luò)線范圍的最大值及最小值(高于立柱底板時(shí)取正值，低于立柱底版時(shí)取負(fù)值)，汽車裝車鶴管立面布置示意見圖1。

圖1 汽車裝車鶴管立面布置示意

汽車裝卸棧臺(tái)高度H一般取2.5～4.0m。裝卸棧臺(tái)的寬度需根據(jù)計(jì)量撬塊尺寸、相鄰鶴管之間的間距來確定，雙側(cè)裝卸車棧臺(tái)寬度一般取3m。裝卸棧臺(tái)的長(zhǎng)度需根據(jù)計(jì)量撬塊尺寸、活動(dòng)梯子位置以及相鄰鶴位之間的距離等綜合考慮，雙側(cè)裝卸車棧臺(tái)一般取5～6m。典型雙側(cè)裝卸車棧臺(tái)鶴管的平面布置見圖2。同一棧臺(tái)上相鄰汽車裝卸車鶴位之間的距離宜不小于4m。

圖2 汽車裝車鶴管水平布置示意

3.1.2 鶴位到槽車之間的距離

頂部裝卸的槽車，其裝卸口一般在槽車的正上方，裝卸口中心線一般與槽車中心線重合。在鶴位布置時(shí)，應(yīng)保證槽車行車道中心線處于鶴管水平包絡(luò)線范圍內(nèi)，理想情況是槽車行車道中心線與鶴管水平包絡(luò)線中心線重合(見圖1)。行車道中心線到棧臺(tái)柱中心的距離L可以通過式(5)來計(jì)算：

(5)

其中，L1為單側(cè)汽車裝卸棧臺(tái)寬度，一般取1.5m；L2為鶴管到雨棚中心立柱的距離，根據(jù)計(jì)量撬塊及鶴管進(jìn)出口管線的布置情況確定；Xmax、Xmin分別為鶴管水平包絡(luò)線范圍的最大值及最小值。

鶴管應(yīng)盡可能靠近棧臺(tái)邊緣，保證有足夠的空間來操作鶴管及計(jì)量撬塊上的閥門。另外，因槽車停放位置的不確定性，槽車與棧臺(tái)邊緣之間應(yīng)預(yù)留至少500mm的凈距。

3.1.3 活動(dòng)梯子的布置

汽車棧臺(tái)鶴管一側(cè)應(yīng)布置活動(dòng)梯，槽車裝卸時(shí)方便操作員從棧臺(tái)上牽引鶴管到槽車頂部。活動(dòng)梯通常布置在鶴管一側(cè)，當(dāng)鶴管為左懸臂時(shí)，活動(dòng)梯一般布置在鶴管的右側(cè)；當(dāng)鶴管為右懸臂時(shí)，活動(dòng)梯一般布置在鶴管的左側(cè)。鶴管的左右懸臂判斷方法：人面向槽車站立，當(dāng)鶴管收攏時(shí)內(nèi)臂在立柱左邊時(shí)，鶴管為左旋臂；當(dāng)鶴管收攏時(shí)內(nèi)臂在立柱右邊時(shí)，鶴管為右懸臂?；顒?dòng)梯的位置不能阻擋鶴管的展開與收攏空間，同時(shí)要避開計(jì)量撬的布置空間，方便操作員從棧臺(tái)上通行到槽車頂部。

如圖2所示，2臺(tái)裝車鶴管均為右旋臂，將活動(dòng)梯布置在鶴管左側(cè)，計(jì)量撬塊布置在裝車鶴管右側(cè)，方便操作與檢修。

3.2 火車裝車棧臺(tái)的布置

3.2.1 裝卸棧臺(tái)尺寸的計(jì)算

與汽車裝卸棧臺(tái)類似，火車裝車棧臺(tái)的高度H應(yīng)根據(jù)槽車裝卸口高度及鶴管垂直方向的包絡(luò)線范圍綜合考慮，一般取3.4～3.6m。

裝車棧臺(tái)的長(zhǎng)度L一般根據(jù)鶴位的數(shù)量來計(jì)算，同側(cè)同種鶴管間距應(yīng)為罐車的長(zhǎng)度，一般取12m，但有一些特殊車型，如G19型輕油罐車、GY40和GY95A液化石油氣罐車等，需根據(jù)實(shí)際車長(zhǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。兩端鶴位到棧臺(tái)端頭的距離，宜為3～3.5m，故棧臺(tái)總長(zhǎng)度可由以下公式計(jì)算：

L=12(n-1)+6

(6)

對(duì)于小鶴管，n取裝車臺(tái)上小鶴管數(shù)量；對(duì)于大鶴管，應(yīng)取n=3。

小鶴管雙側(cè)裝車棧臺(tái)寬度應(yīng)為2.5～3m，考慮到計(jì)量撬塊的布置，一般取3m較合適。單側(cè)裝車臺(tái)寬度不宜小于1.5m；大鶴管雙側(cè)裝車棧臺(tái)寬度宜為4m。典型雙側(cè)裝卸車棧臺(tái)上鶴管的平面布置見圖3。

圖3 火車裝卸鶴管水平布置示意

3.2.2 裝車棧臺(tái)位置

裝卸棧臺(tái)邊緣與鐵路油品裝卸中心線的距離，自軌面算起3m及以下不應(yīng)小于2m，3m以上不應(yīng)小于1.85m[3]。而且，同汽車裝卸棧臺(tái)類似，火車槽車裝卸口中心線應(yīng)處于鶴管水平包絡(luò)線范圍內(nèi)。

3.3 可燃液體裝卸鶴管布置的其他應(yīng)注意事項(xiàng)

對(duì)于易燃及可燃液體，裝卸車時(shí)容易引起火災(zāi)，在布置時(shí)還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

(1)液化烴裝卸棧臺(tái)宜單獨(dú)設(shè)置，當(dāng)不同時(shí)作業(yè)時(shí)，可與甲B、乙及丙A類可燃液體同臺(tái)布置；丙B類可燃液體，有些操作溫度較高，有些黏度較大，為減少其影響，宜單獨(dú)設(shè)置裝卸棧臺(tái)。

(2)液化烴鶴位與集中布置的泵的距離不應(yīng)小于10m，甲B、乙A類液體鶴位與集中布置的泵的距離不應(yīng)小于8m。

(3)甲B、乙、丙A類液體與液化烴(甲A)、丙B類液體的兩個(gè)裝卸棧臺(tái)的相鄰鶴位之間的距離不應(yīng)小于8m。

(4)同一鐵路裝卸線一側(cè)的兩個(gè)裝卸棧臺(tái)相鄰鶴位之間的距離不應(yīng)小于24m，即兩個(gè)棧臺(tái)之間保持一個(gè)事故隔離車的位置，減少一個(gè)棧臺(tái)發(fā)生事故時(shí)對(duì)另一個(gè)棧臺(tái)的影響。

4 工程應(yīng)用實(shí)例

某40億Nm3/a煤制氣項(xiàng)目的副產(chǎn)品石腦油、中油、焦油及苯酚等通過裝車泵輸送到汽車及火車裝車棧臺(tái)，用鶴管裝車后經(jīng)汽車及火車運(yùn)輸外賣。汽車及火車裝車鶴管臺(tái)數(shù)以及介質(zhì)火災(zāi)危險(xiǎn)性分類見表2。

表2 副產(chǎn)品火災(zāi)危險(xiǎn)性分類及裝車鶴管數(shù)量

注：焦油、中油本屬于丙A類可燃液體，但因其操作溫度高于閃點(diǎn)，根據(jù)GB50160，按乙A類考慮。

4.1 汽車裝車棧臺(tái)布置

汽車裝車鶴管共6套，其中，中油和焦油各設(shè)置2套裝車鶴管，石腦油和粗酚各設(shè)置1套裝車鶴管。汽車棧臺(tái)共設(shè)置3個(gè)裝車平臺(tái)，平臺(tái)尺寸6m×3m，裝車平臺(tái)間設(shè)置7m寬的通道，能滿足2臺(tái)汽車同時(shí)裝車。在距離裝車鶴位>10m的地方，各種介質(zhì)的輸入管道上均設(shè)置了緊急切斷閥，在事故狀態(tài)下緊急切斷。

圖4 汽車裝車棧臺(tái)平面布置圖

4.2 火車裝車棧臺(tái)布置

火車裝車鶴管共12套，其中5套中油裝車鶴管、3套焦油裝車鶴管、2套石腦油裝車鶴管和2套粗酚裝車鶴管。12套鶴管同臺(tái)布置，雙側(cè)裝車。焦油鶴管與粗酚鶴管裝車共用一條鐵路線，共用活動(dòng)鋼梯；中油鶴管與石腦油鶴管裝車共用一條鐵路線，共用活動(dòng)鋼梯。同一物料的兩相鄰裝車鶴管間隔12m；同一鶴位不同物料鶴管間隔2m，中間布置活動(dòng)梯，滿足鶴管正常操作檢修要求?；疖囇b車棧臺(tái)總長(zhǎng)57m，高3.8m，寬3.2m；棧臺(tái)兩端設(shè)置斜梯，方便通行。在距離裝車鶴位>10m的地方，各種介質(zhì)的輸入管道上設(shè)置緊急切斷閥，在事故狀態(tài)下緊急切斷?；疖囇b車載臺(tái)平面布置見圖5。

圖5 火車裝車棧臺(tái)平面布置

5 結(jié)語

鶴管作為一種安全、高效及環(huán)保的裝卸車工具，在化工行業(yè)中被廣泛使用。不同化工介質(zhì)需根據(jù)介質(zhì)特性及裝卸車方式選擇合適型號(hào)的鶴管。槽車裝卸車作業(yè)頻次高、危險(xiǎn)系數(shù)大，汽車棧臺(tái)與火車棧臺(tái)的布置應(yīng)在滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及設(shè)計(jì)規(guī)定的基礎(chǔ)上，盡可能地為操作員的通行、操作與檢修提供便利。