原料水儲罐設計要點

王金花

（中海油石化工程有限公司，山東 青島 266101）

0 引言

隨著我國煉油行業(yè)的迅速發(fā)展及經濟技術的進步，立式圓筒形儲罐得到越來越廣泛的應用，并日趨大型化[1]。由于儲罐內介質大多易燃易爆或有毒，加之容積較大，一旦發(fā)生事故，將會造成火災爆炸等嚴重后果，所以對于儲罐的安全性要求越來越高。為了提高儲罐安全性，必須嚴格按照標準規(guī)范設計，實現儲罐的本質安全[2]。原料水儲罐主要用來將含硫含氨污水進行沉降，將污油和水分開，起到均質和除油的作用。下面結合某石化公司一臺2000m3原料水儲罐，重點介紹設計中應注意的問題，為以后此種類型儲罐設計提供依據。

1 設計說明

2000m3原料水儲罐主要設計條件如表1所示。

原料水儲罐工作壓力為常壓，但是在儲罐頂部安裝了一臺安全水封罐，安全水封罐的操作壓力為-0.45～1.5KPa，通過壓力變動起到呼吸閥的作用，因此原料水儲罐設計負壓取-0.5KPa，原料水儲罐主體選用GB 50341-2014[3]進行設計。

表1 2000m3原料水儲罐設計條件

2 安全措施

2.1 介質特性及內防腐

原料水儲罐用來儲存污油、酸性水，含有H2S和NH3，介質對儲罐的腐蝕性較強。廖春利等[4]介紹了原料水罐投用后腐蝕情況，可以看出原料水罐腐蝕主要發(fā)生在環(huán)焊縫處。黃亮等[5]介紹了Q235B材質原料水罐的腐蝕機理，主要是硫化氫應力腐蝕開裂，開裂機制為氫致開裂。結合文獻及腐蝕原理可以看出，原料水儲罐工作時，H2S氣體揮發(fā)及水分蒸發(fā)，在儲罐液面處形成濕硫化氫環(huán)境，防腐涂層一旦失效，Q235B在酸性環(huán)境下就會發(fā)生陽極溶解，同時介質表面的浮垢、涂料剝離物等形成閉塞環(huán)境，使得陽極溶解加劇、溶液進一步酸化，更加加劇陽極反應形成FeS，同時陰極反應生成的氫會向鋼中滲透擴散，從而引起鋼的氫脆、氫鼓泡，在缺陷處形成氫分子造成氫致開裂，裂紋擴展造成開裂破壞。結合上述分析可以看出涂層失效是應力腐蝕發(fā)展的重要因素，這就要求儲罐內防腐必須牢固可靠；氫致開裂雖然不需要外加應力，但是罐體強力組裝產生的應力和焊接殘余應力也促進應力腐蝕開裂，為此儲罐設計中應保證焊接質量。

張仲明等[6]介紹了原料水罐內防腐涂刷環(huán)氧玻璃鱗片材料，使用兩年后沒有出現腐蝕嚴重事故。鐘書明[7]介紹了大慶煉化一臺原料水罐罐壁采用H88導靜電涂料，分析表明防腐材料選用直接影響儲罐是否會發(fā)生硫化氫腐蝕開裂。通過參考文獻以及查閱資料，本次原料水儲罐內防腐方案如下：儲罐充水試驗合格后，罐內壁噴涂環(huán)氧改性酚醛內壁底涂料2層，干膜厚度不得低于150μm；再噴涂環(huán)氧改性酚醛內壁面涂料2層，干膜厚度不得低于150μm；最終鋼材表面涂層的干膜總厚度不小于300μm。

2.2 罐頂安全設施

原料水儲罐介質為污油、酸性水，罐頂氣相空間含有H2S和NH3，液體為污油、酸性水，如果罐頂氣相空間與大氣直接接觸，罐頂氣體中的H2S與氧氣反應生成單質硫，生成的硫和粉塵會積聚在呼吸閥閥盤上，使得呼吸閥通氣量減少，不能起到保護作用。因此原料水儲罐設置了安全水封罐，操作壓力為-0.45～1.5kPa，起到呼吸閥的作用；其次為了防止儲罐內部爆炸性混合物形成和FeS自燃[8]，設置了氮封，氮封壓力為1.0KPa，這樣就隔絕空氣，同時氮封壓力小于安全水封罐最大操作壓力，這樣氮氣就不會通過安全水封罐進入大氣，造成氮氣的浪費。再次為了防止罐內超壓，在罐頂設置了緊急泄壓人孔。安全水封罐、氮封系統(tǒng)以及緊急泄壓人孔同時作用，保證罐頂氣相空間壓力穩(wěn)定。

3 罐底設計

按照GB50341-2014的規(guī)定，原料水儲罐罐底應設罐底邊緣板和中幅板，相對于中幅板，罐底邊緣板與底圈罐壁直接焊接，受力復雜，因此罐底邊緣板厚度一般大于中幅板厚度[9]。為了減少組焊工作量以及減少變形，減少焊縫長度，進而減少泄漏機會，中幅板板寬不宜過小，罐底邊緣板徑向長度也不宜過小，此次罐底邊緣板和中幅板均采用1800mm板寬鋼板，罐底板焊接無損檢測要求嚴格按照GB50128-2014[10]執(zhí)行。

一般情況下，罐底需要設置排污孔[11]，原料水儲罐介質中含有大量H2S和NH3，危險性高，發(fā)生泄漏后不僅對裝置的正常運行帶來安全隱患，同時也會造成環(huán)境污染、危及職工人身安全。實踐證明罐底發(fā)生泄漏主要是因為排污孔設置不合理。對于罐底設有邊緣板的儲罐，建議把排污孔設在一塊邊緣板上，否則設在兩塊罐底板交界處將會對底板焊縫產生影響，使得罐底嚴密性變差從而引發(fā)泄漏。

4 結論

通過以上分析，原料水儲罐設計過程中應注意以下幾點：

（1）介質腐蝕性較強，應確定合理的儲罐內防腐方案，盡量減少介質對罐體的腐蝕；

（2）罐頂應設置合理的安全措施，如氮封系統(tǒng)、起呼吸閥作用的安全水封罐和緊急泄壓人孔，從而減少罐頂介質的腐蝕，保證罐頂氣相空間壓力穩(wěn)定，保證儲罐安全運行；

（3）罐底排污孔宜設在一塊罐底邊緣板上。