油品儲罐實現(xiàn)緊急停車功能的研究

張 鵬

(九江石化設(shè)計工程有限公司，江西 九江 332000)

石油化工行業(yè)生產(chǎn)工藝通常屬于高溫、高壓，且加工原料和生產(chǎn)產(chǎn)品大多數(shù)性質(zhì)是易燃、易爆、有毒有害和易腐蝕，一直是屬于高危行業(yè)。儲罐是石油化工企業(yè)中常用于儲存原料和產(chǎn)品的主要設(shè)施，相同或類似性質(zhì)的油品儲罐基于土地的利用率及經(jīng)濟成本通常成組布置成罐區(qū)。石油化工企業(yè)儲存物料的大部分罐區(qū)構(gòu)成了重大危險源。

一、緊急停車功能設(shè)置背景

隨著經(jīng)濟快速發(fā)展，我國工業(yè)企業(yè)數(shù)量急劇增多，伴隨發(fā)生的各種事故也越發(fā)頻繁。2011年7月22日，國家安全生產(chǎn)監(jiān)管管理總局局長辦公室會議審議通過了國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局令第40號《危險化學(xué)品重大危險源監(jiān)督管理暫行規(guī)定》，規(guī)定要求一級或二級重大危險源，具備緊急停車功能；對重大危險源中的毒性氣體、劇毒液體及易燃氣體等重點設(shè)施，設(shè)置緊急切斷裝置[1]。

根據(jù)規(guī)范《危險化學(xué)品重大危險源辨識》GB18218-2018的有關(guān)規(guī)定，危險品重大危險源是指長期地或臨時地生產(chǎn)、儲存、使用和經(jīng)營危險化學(xué)品，且危險化學(xué)品的數(shù)量等于或超過臨界量的單元；其中儲存單元是用于儲存危險化學(xué)品的儲罐或倉庫組成的相對獨立的區(qū)域，儲罐區(qū)以罐區(qū)防火堤為界限劃分為獨立的單元，倉庫以獨立倉庫(獨立建筑物)為界限劃分為獨立的單元[3]。石油化工企業(yè)儲存物料的大部分罐區(qū)構(gòu)成了重大危險源，需實現(xiàn)緊急切斷功能。

二、緊急停車原因分析

緊急停車功能是指對石油化工等生產(chǎn)單元可能發(fā)生的危險或不采取措施將繼續(xù)惡化的狀態(tài)進行響應(yīng)和干預(yù)，從而保障生產(chǎn)安全，避免造成重大人身傷害及重大財產(chǎn)損失的控制系統(tǒng)。

經(jīng)分析，構(gòu)成一級或二級重大危險源的罐區(qū)需緊急停車的主要原因如下：

(1)罐區(qū)儲罐發(fā)生火災(zāi)、儲罐破損泄露等事故，需快速切斷物料進出管道，使其與其它儲罐或設(shè)施進行隔離，防止事故擴大化。

(2)上、下游裝置發(fā)生緊急事故，需快速切斷儲罐與裝置之間聯(lián)系的管道，防止事故蔓延至罐區(qū)。

(3)公用工程物料供應(yīng)中斷時，如停風(fēng)、停電等，一級或二級重大危險源的罐區(qū)失去動力源，無法正常工作。為保護罐區(qū)儲罐的安全，快速關(guān)閉儲罐進出口閥門。

(4)人為操作失誤時，能快速切斷儲罐進料或出料。

三、實現(xiàn)緊急停車功能

國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局令第40號文件對于一級或二級重大危險源如何實現(xiàn)緊急停車功能未做詳細說明。緊急停車通常采用的方式分為自動停車和人工干預(yù)停車兩種方式。儲罐區(qū)緊急停車通常是關(guān)閉儲罐進出管道上的緊急切斷閥來實現(xiàn)。石油化工企業(yè)液化烴儲存通常采用球形儲罐，其它介質(zhì)儲存采用常壓立式儲罐。液化烴儲罐與常壓立式儲罐由于儲存介質(zhì)危險特性不同，其緊急切斷閥設(shè)置方式也不同。

1、液化烴儲罐

液化烴屬于甲A類火災(zāi)危險性介質(zhì)且遇火極易爆炸，其儲罐的儲存壓力高，一般采用球形壓力儲罐。液化烴儲罐在石油化工企業(yè)中通常屬于重點監(jiān)管對象。

規(guī)范GB/T50160-2008《石油化工企業(yè)設(shè)計防火標準》(2018年版)中條文規(guī)定，全壓力式液化烴儲罐根部宜設(shè)緊急切斷閥；液化烴的儲罐應(yīng)設(shè)液位計、溫度計、壓力表、安全閥，以及高液位報警和高高液位自動聯(lián)鎖切斷進料措施[4]。規(guī)范SH/T3007-2014《石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計規(guī)范》中條文規(guī)定，壓力儲罐應(yīng)另設(shè)一套專用于高高液位報警并連鎖切斷儲罐進料管道閥門的液位測量儀表或液位開關(guān)。高高液位報警的設(shè)定高度，不應(yīng)大于液相體積達到儲罐計算容積的90%時的高度[2]。所以，液化烴儲罐無論是否達到一級或二級重大危險源，其進出口都應(yīng)設(shè)置緊急切斷閥。

液化烴儲罐實現(xiàn)緊急切斷功能需滿足以下條件：

a.儲罐進出口設(shè)置緊急切斷閥，緊急切斷閥可控制室遠程遙控手動關(guān)閉及現(xiàn)場手動關(guān)閉。

b.當儲罐介質(zhì)液位達到高高液位時，液位檢測儀表報警且聯(lián)鎖關(guān)閉與進口緊急切斷閥，實現(xiàn)自動切斷控制進口緊急切斷閥；

c.儲罐是否設(shè)置低低液位信號可根據(jù)現(xiàn)實情況決定，如設(shè)置，儲罐低低液位信號可聯(lián)鎖關(guān)閉儲罐出口緊急切斷閥門并機泵停止運行，實現(xiàn)自動切斷控制出口緊急切斷閥。

儲罐高高、低低液位聯(lián)鎖關(guān)閉儲罐進出閥門需要考慮聯(lián)鎖后造成的上下油裝置的影響。

2、立式常壓儲罐

立式常壓儲罐通常儲存石腦油、芳烴、汽柴油、蠟油等火災(zāi)危險性為甲B、乙類及丙類的介質(zhì)。儲罐區(qū)是否構(gòu)成重大危險源可根據(jù)規(guī)范《危險化學(xué)品重大危險源辨識》GB18218-2018中有關(guān)規(guī)定進行計算。構(gòu)成一級或二級重大危險源的儲罐區(qū)需實現(xiàn)緊急停車功能。

規(guī)范AQ3053-2015《立式圓筒形鋼制焊接儲罐安全技術(shù)規(guī)范》中條文規(guī)定，儲罐物料進出口管道靠近罐體處應(yīng)設(shè)一個總切斷閥，對大型儲罐，應(yīng)采用帶氣動型、液壓型或電動型執(zhí)行機構(gòu)的閥門，切斷閥應(yīng)具有自動關(guān)閉和手動關(guān)閉功能，手動關(guān)閉包括遙控手動關(guān)閉和現(xiàn)場手動關(guān)閉[5]。規(guī)范SH/T3007-2014《石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計規(guī)范》中條文規(guī)定，儲存Ⅰ級和Ⅱ級毒性液體的常壓儲罐、容量大于或等于3000m3的甲B和乙A類可燃液體常壓儲罐、容量大于或等于1×104m3的其他液體常壓儲罐應(yīng)設(shè)高高液位報警及聯(lián)鎖，高高液位報警應(yīng)聯(lián)鎖關(guān)閉儲罐進口管道控制閥[2]。所以，常壓儲罐需根據(jù)儲存介質(zhì)屬性、儲罐容量來設(shè)置緊急切斷閥。

常壓儲罐實現(xiàn)緊急切斷功能需滿足以下條件：

(1)儲存Ⅰ級和Ⅱ級毒性液體、構(gòu)成一級或二級重大危險源的常壓儲罐

Ⅰ級和Ⅱ級毒性液體儲罐與液化烴儲罐類似，無論是否達到一級或二級重大危險源，其進出口應(yīng)設(shè)置緊急切斷閥裝置。Ⅰ級和Ⅱ級毒性液體儲罐的緊急切斷功能實現(xiàn)參照液化烴儲罐。

規(guī)范SH/T3007-2014《石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計規(guī)范》中條文規(guī)定，裝置原料的常壓儲罐宜設(shè)置低低液位報警，低低液位宜聯(lián)鎖停泵[2]。一級或二級重大危險源的常壓儲罐進出口應(yīng)設(shè)置緊急切斷閥裝置，建議低低液位是否自動聯(lián)鎖關(guān)閉閥門及停泵，其它緊急切斷功能實現(xiàn)參照液化烴儲罐。

儲罐高高、低低液位聯(lián)鎖關(guān)閉儲罐進出閥門需要考慮聯(lián)鎖后造成的上下油裝置的影響。

(2)未構(gòu)成一級或二級重大危險源的其它常壓儲罐

根據(jù)規(guī)范SH/T3007-2014，甲B、乙A及容量大于或等于1×104m3的其他液體常壓儲罐應(yīng)設(shè)置高高液位報警及聯(lián)鎖，高高液位報警應(yīng)聯(lián)鎖關(guān)閉儲罐進口管道控制閥。對于未構(gòu)成一級或二級重大危險源但容量大于或等于1×104m3的除甲B、乙A介質(zhì)的其它儲罐進口設(shè)置緊急切斷閥。其它緊急切斷功能實現(xiàn)參照液化烴儲罐。

3、緊急切閥的選型

緊急切斷閥指事故工況下，用于防止物料大量釋放到環(huán)境中，造成嚴重危害的切斷裝置。石化行業(yè)中，緊急切斷閥根據(jù)儲存介質(zhì)性質(zhì)主要分為兩種，一種液化烴用緊急切斷閥，另一種易燃和可燃常壓儲罐用緊急切斷閥。查石油化工行業(yè)的各種文件及相關(guān)規(guī)范，對兩種緊急切斷閥的選型要求整理主要如下：

(1)液化烴用緊急切斷閥[6]

專用于安裝在液化烴球罐的進出口管道上，當罐區(qū)內(nèi)發(fā)生火災(zāi)、泄漏等事故時能夠快速及緊密切斷和隔離易燃及有毒物料的開關(guān)閥。緊急切斷閥應(yīng)具有自動和手動關(guān)閉功能，手動關(guān)閉功能應(yīng)包括控制室遙控手動關(guān)閉及現(xiàn)場手動關(guān)閉。

a.當液化烴球罐區(qū)有可靠的儀表空氣系統(tǒng)時，應(yīng)選用氣動緊急切斷閥。

b.當液化烴球罐區(qū)無儀表空氣系統(tǒng)、但有負荷分級為一級負荷的電力電源系統(tǒng)時，應(yīng)選用電液執(zhí)行機構(gòu)或電動執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動的緊急切斷閥。

c.球閥、閘閥和蝶閥均可用于緊急切斷閥，但不得選用截止閥。

d.在同時作為進出口總管緊急切斷閥時，應(yīng)選用雙向密封型閥內(nèi)件，閥門泄漏等級應(yīng)滿足相關(guān)標準。

e.緊急切斷閥的全行程關(guān)斷時間不應(yīng)超過1s/英寸閥門通徑，緊急切斷閥的全行程打開時間應(yīng)符合安全和工藝操作要求。

f.在液化烴球罐區(qū)的火災(zāi)危險區(qū)外應(yīng)設(shè)置緊急切斷閥的現(xiàn)場操作開關(guān)，其接點信號直接送至氣動執(zhí)行機構(gòu)的電磁閥或電液、電動執(zhí)行機構(gòu)的ESD動作端子，用于在緊急情況下現(xiàn)場手動關(guān)閉緊急切斷閥。

g.緊急切斷閥應(yīng)首選儀表空氣故障關(guān)型，選用彈簧返回型單作用氣缸執(zhí)行機構(gòu)，彈簧表面應(yīng)做防腐處理。

h.當工藝特別要求閥門為儀表空氣故障保持型時，應(yīng)選用雙作用氣缸執(zhí)行機構(gòu)并配有儀表空氣儲罐，閥門保位時間不應(yīng)低于48小時。

i.電動執(zhí)行機構(gòu)的整體防爆等級不應(yīng)低于Exd IIB T4，防護等級不應(yīng)低于IP65。

j.電液執(zhí)行機構(gòu)應(yīng)選用單作用彈簧返回型液壓執(zhí)行機構(gòu)。

k.電液執(zhí)行機構(gòu)應(yīng)確保在系統(tǒng)斷電時閥門處于全關(guān)狀態(tài)，不允許自行打開，僅當執(zhí)行機構(gòu)接到上位系統(tǒng)開閥信號時才能打開。

l.氣動執(zhí)行機構(gòu)及其附件、電液執(zhí)行機構(gòu)及其附件、電動執(zhí)行機構(gòu)的動力電纜及信號電纜應(yīng)采取防火保護措施。

(2)易燃和可燃常壓儲罐用緊急切斷閥[7]

a.緊急切斷閥應(yīng)能在控制室遠程操控關(guān)斷。

b.煉油廠、石油化工廠、石油化纖廠儲罐的緊急切斷閥宜采用氣動閥，并宜具備故障關(guān)功能；原油庫、成品油庫、輸油管道附屬站場儲罐的緊急切斷閥可采用電動閥。

c.緊急切斷閥閥型可以是閘閥、球閥或大口徑進口三偏心蝶閥。

d.儲罐進出料管道上的緊急切斷閥可以與工藝控制閥共用。

e.電動緊急切斷閥的供電系統(tǒng)應(yīng)符合下列規(guī)定：原油庫、成品油庫電纜在罐組內(nèi)應(yīng)采用直埋或電纜溝充砂敷設(shè)，需在地面敷設(shè)的電纜應(yīng)采用阻燃或耐火電纜；煉油廠、石油化工廠、石油化纖廠、輸油管道站場罐區(qū)電纜在罐組內(nèi)應(yīng)采用耐火電纜。電動緊急切斷閥應(yīng)配置可移動式應(yīng)急動力電源裝置，可以采用可移動式應(yīng)急動力蓄電池組，也可以采用車載柴油發(fā)電機組。應(yīng)急動力電源裝置的專用接口宜設(shè)置在罐組防火堤外電纜入地處，并應(yīng)位于爆炸危險區(qū)之外。

f.不具備故障關(guān)閉功能的氣動緊急切斷閥的控制信號電纜、未埋地敷設(shè)的電動緊急切斷閥的控制信號電纜應(yīng)采用耐火電纜。

g.緊急切斷閥通過氣動或電動執(zhí)行機構(gòu)全開或全關(guān)的時間不應(yīng)超過180秒。

四、上下游裝置關(guān)系的處理

罐區(qū)儲罐實現(xiàn)自動緊急切斷功能后，為不影響上下游裝置的生產(chǎn)，保證罐區(qū)安全的前提下，需考慮上游裝置來物料的去處及如何保證下游裝置原料的供應(yīng)。

儲罐進出口緊急切斷分為人為操作切斷和自動切斷。

當人為操作切斷時，需人為判斷是否快速開啟另一座儲罐。

當儲罐閥門自動關(guān)閉時，對上下游裝置無重大影響的油品物料，可直接設(shè)置高高液位聯(lián)鎖關(guān)閉罐前進口總閥及低低液位聯(lián)鎖關(guān)閉罐前出口總閥；對上下游裝置有重大影響的油品物料，可優(yōu)化工藝流程，經(jīng)總結(jié)主要工藝方案如下：

1、儲罐進口閥門自動關(guān)閉

(1)方案一：自動開啟另一座儲罐收油

此方案對儲罐的自動化程度要求高，不僅要求儲罐入口緊急切斷閥為遠程操作閥，還要求儲罐入口的工藝操作閥也需為遠程操作閥。儲罐收油時，儲罐液位信號、裝置來油管道工藝操作閥的開關(guān)信號、罐總的緊急切斷閥的開關(guān)信號均引進控制系統(tǒng)。當一個儲罐非正常自動關(guān)閉時，由控制系統(tǒng)根據(jù)同種物料其它儲罐的液位信號、閥位信號判斷開啟相關(guān)儲罐的工藝操作閥。

(2)方案二：每種物料分別設(shè)置泄壓儲罐

此方案要求罐區(qū)每種物料分別設(shè)置一個或兩個泄壓儲罐。每根自裝置過來的油品管道末端設(shè)置遠程壓力檢測儀表及遠程控制閥，控制閥與壓力信號聯(lián)鎖，控制閥后管道接至對應(yīng)的泄壓儲罐。當一座儲罐非正常自動關(guān)閉時，自裝置來的油品管道壓力升高，壓力檢測儀表信號聯(lián)鎖開啟遠程控制閥，物料進入泄壓儲罐。

2、儲罐出口閥門自動關(guān)閉

儲罐出口自動關(guān)閉通常是通過低低液位聯(lián)鎖實現(xiàn)。儲罐開啟方案同儲罐進口閥門自動關(guān)閉方案一類似。

五、結(jié)語

一級或二級重大危險源的儲罐區(qū)設(shè)置緊急切斷功能，既能保證儲罐運行安全、避免事故惡化造成重大人身傷害及重大財產(chǎn)損失，又能提高企業(yè)的自動化水平、減少人員操作失誤概率，符合現(xiàn)代化企業(yè)發(fā)展規(guī)律和目標。

由于現(xiàn)有石油化工企業(yè)罐區(qū)工藝設(shè)置復(fù)雜，各性質(zhì)相近物料混合儲存，且儲罐存儲功能多樣。結(jié)合經(jīng)濟成本、技術(shù)等方面原因，罐區(qū)儲罐緊急切斷后上下游裝置關(guān)系很難做到完全自動控制，需進一步研究完善。