精細化工廠區(qū)罐區(qū)的工藝設(shè)計要點

＊賈朝策

（廣東政和工程有限公司河北分公司 河北 050000）

對于精細化工廠區(qū)而言，罐區(qū)在區(qū)內(nèi)主要負(fù)責(zé)原料、半成品以及成品的儲運工作，在精細化工廠區(qū)中發(fā)揮著重要作用。罐區(qū)平面布置、儲罐選型等工藝實施情況，會影響化工原料、產(chǎn)品等儲運的安全性。因此，對罐區(qū)工藝設(shè)計要點進行重點管控，確保設(shè)計的可靠性具有一定的必要性。

1.精細化工定義、特點及罐區(qū)工藝設(shè)計原則

（1）定義和特點。精細化工指的是以生產(chǎn)精細化學(xué)品為主的工業(yè)簡稱，屬于技術(shù)密集、綜合性工業(yè)[1]。特點為：原料種類比較多，工藝流程復(fù)雜，涉及范圍廣（包括農(nóng)藥、醫(yī)藥、化妝品等），化學(xué)合成、劑型加工為主要的生產(chǎn)內(nèi)容。

（2）罐區(qū)工藝設(shè)計原則。在化工罐區(qū)工藝設(shè)計環(huán)節(jié)，為了確保所選擇的儲罐類型、存儲規(guī)模以及儲罐布置等更加可靠，應(yīng)遵循以下原則：其一，經(jīng)濟性。在罐區(qū)位置、儲罐管道以及存儲規(guī)模設(shè)計環(huán)節(jié)，應(yīng)考慮施工材料、占地以及運輸中產(chǎn)生的費用，確保以最少的投資獲取最大的效益。其二，安全性。罐區(qū)儲運的安全性作為設(shè)計環(huán)節(jié)需要關(guān)注的內(nèi)容，在罐區(qū)消防設(shè)施建設(shè)、選址以及管道設(shè)備選用中，應(yīng)提前分析建設(shè)存在的安全隱患，并制定出相應(yīng)的應(yīng)急方案，確?；ぴ蟽Υ?、輸送的安全性，為施工人員提供安全的作業(yè)環(huán)境。

2.精細化工廠區(qū)罐區(qū)的工藝設(shè)計要點分析

（1）選擇罐區(qū)地址。罐區(qū)選址作為設(shè)計的首要問題，選擇合適的位置，使化工原料儲運更加便捷，實現(xiàn)運輸成本的節(jié)約。因此，在實際設(shè)計罐區(qū)時，位置的選定需考慮多方面的因素，其一，需對地形、地質(zhì)以及氣象等因素進行分析，如果罐區(qū)建設(shè)于低洼地段，在洪澇災(zāi)害的影響下容易出現(xiàn)一些安全事故；如果所選罐區(qū)建設(shè)位置承壓能力比較弱，當(dāng)罐內(nèi)承重超過其最大限度時，容易導(dǎo)致罐區(qū)下沉。其二，應(yīng)考慮交通、供電等配套條件，通常將罐區(qū)建設(shè)于供水、供電以及交通便捷的位置，化工污水排放應(yīng)靠近低洼地帶或污水處理位置，實現(xiàn)罐區(qū)污水的合理排放，減少對周圍水源、土壤的污染。其三，需考慮外部環(huán)境、環(huán)保安全等條件，比如根據(jù)罐區(qū)實際情況為其改建、擴建預(yù)留一定面積，確保罐區(qū)內(nèi)建筑物之間有一定間距，滿足消防要求，且要求罐區(qū)地址與生產(chǎn)區(qū)、供熱區(qū)以及工藝處理區(qū)保持合理的距離，滿足安全防火規(guī)定。

（2）存儲規(guī)模和儲罐類型確定。對于化工企業(yè)而言，罐區(qū)工藝設(shè)計中需要確定存儲的規(guī)模、儲罐的容量，在滿足工藝要求的基礎(chǔ)上，盡可能地節(jié)約用地，實現(xiàn)成本的控制。通常依據(jù)化工廠生產(chǎn)、原料和產(chǎn)品運輸情況來確定罐區(qū)存儲規(guī)模，需全面考慮化學(xué)品儲存天數(shù)、穩(wěn)定性等要求，盡可能地使用大容量的儲罐，使儲罐的個數(shù)減少，便于日常管理。一般情況下根據(jù)化學(xué)品進出罐、加熱要求以及儲罐清理要求等來確定儲罐的數(shù)量。同時，由于不同化學(xué)原料、產(chǎn)品的性質(zhì)和特點具有差異性，為了確保儲運的安全性，化學(xué)原料和產(chǎn)品性質(zhì)不發(fā)生變化，在罐區(qū)工藝設(shè)計中，應(yīng)充分考慮物料特性（揮發(fā)性、毒性、腐蝕性等）、存儲溫度等因素，比如在儲存易揮發(fā)的化學(xué)品時，應(yīng)選用罐內(nèi)氣體空間小的內(nèi)浮頂罐，并根據(jù)介質(zhì)特征采取相應(yīng)的防曬對策；在儲存甲類液體介質(zhì)時，為了防止儲罐頂部溫度過高所引發(fā)的損耗，需在儲罐外部涂刷合適的防曬產(chǎn)品，減少儲運介質(zhì)的損耗和對環(huán)境的污染，一定程度可以降低儲罐發(fā)生火災(zāi)的幾率；針對酯類、甲醛等易氧化、易聚合的特殊液體介質(zhì)，應(yīng)使用固定頂儲罐，且加入適量的氮氣進行密封存儲；對于沸點比較低的化學(xué)品時，應(yīng)選用固定頂儲罐，且采取降溫的方式進行存儲。此外，為了保證儲存介質(zhì)的質(zhì)量，減少損耗，應(yīng)對儲存溫度進行合理控制，比如針對易固化、粘度高的化學(xué)品，應(yīng)采取加熱的方式對其進行儲運；對于特殊的液體存儲介質(zhì)，應(yīng)根據(jù)介質(zhì)的特性合理控制存儲溫度。

（3）合理布置儲罐。其一，儲罐布置的要求。油罐基礎(chǔ)布置情況會直接影響其上面油罐是否能夠正常生產(chǎn)，如果油罐地基所出現(xiàn)的不均勻沉降情況比較嚴(yán)重，浮頂油罐容易會呈現(xiàn)出橢圓形，對浮頂升降產(chǎn)生負(fù)面影響，間接性威脅到油罐的安全性。因此，在建設(shè)油罐基礎(chǔ)時，要求其基礎(chǔ)高于設(shè)計地坪，通?？刂圃?.5m，確保沉降后罐底高度高于設(shè)計高度，便于罐底污油排空，且不會影響管道的連接，為了防止不均勻下沉情況的出現(xiàn)，要求基礎(chǔ)地質(zhì)保持均勻，在計算油罐地基最低承載力時，應(yīng)全面考慮油罐自重及其他重量。其二，為了保證化工儲罐之間、罐區(qū)建筑物以及化工廠設(shè)施的安全性，應(yīng)按照廠區(qū)整體布局、工藝要求等合理布置儲罐區(qū)。在罐區(qū)設(shè)計中需考慮原罐區(qū)與加工裝置、成品罐區(qū)與裝車臺以及性質(zhì)類似的物料罐區(qū)等之間的間距，通常對原料罐、成品罐進行成組布置，即同一罐組內(nèi)的化學(xué)品性質(zhì)大體相同，比如將危險系數(shù)高的甲乙類液體設(shè)置于同一罐組，將易腐蝕的化學(xué)品設(shè)置于同一罐組，便于對其進行防腐處理。同時，儲罐布置環(huán)節(jié)，還應(yīng)從占地面積方面入手，嘗試將尺寸、形狀等相近的儲罐布置在同一罐組內(nèi)；對于數(shù)量和罐組總?cè)莘e較小的儲罐，應(yīng)將不同性質(zhì)的化學(xué)品劃分為一組，以隔堤的方式對物理、化學(xué)性質(zhì)差異較大的化學(xué)品進行分割處理，在滿足節(jié)約用地要求的同時，便于集中管理各個罐組。

（4）罐區(qū)內(nèi)管線工藝。罐區(qū)內(nèi)管線工藝主要包括單管、雙（多）管及獨立管道系統(tǒng)這幾種布置形式。單管系統(tǒng)指的是同一油罐組2個及以上油罐共用1根管道，如圖1所示。這種布置形式所需的管道較少，建設(shè)投資費用相對較少，但這種工藝流程也具有一定缺陷，比如多個油罐共用1根管道，意味著油罐、罐組之間無法進行相互輸轉(zhuǎn)，若二者之間需要輸轉(zhuǎn)，需設(shè)置臨時管線，在對多個油品進行輸送之前，需將管道清理干凈，防止混油現(xiàn)象發(fā)生，并且這種工藝流程無法實現(xiàn)收發(fā)油作業(yè)的同時進行。該工藝通常應(yīng)用于單一油品輸送、收發(fā)業(yè)務(wù)量少，且無需進行輸轉(zhuǎn)操作的油罐區(qū)。

圖1 單管系統(tǒng)工藝流程圖

雙管系統(tǒng)指的是1個及以上油罐共用2根管道，多管系統(tǒng)指的是2個及以上油罐共用2根以上的管道，即針對大宗散裝油品中的單一油品分別設(shè)置2根主干道，用于收發(fā)油作業(yè)，并且各油罐設(shè)置2根進出油管，用于進、出油作業(yè)，且對進出油管道、閥門作出不同顏色的標(biāo)記，確保操作的安全性。如圖2所示。其優(yōu)勢在于同組油罐之間能夠?qū)崿F(xiàn)相互輸轉(zhuǎn)，收發(fā)油作業(yè)可以同時進行，雙管系統(tǒng)在進行輸轉(zhuǎn)作業(yè)時，由于2根管道已被占用，無法開展收發(fā)油作業(yè)，對于作業(yè)量較大的油庫，通常使用3管系統(tǒng)，在滿足罐區(qū)油品輸轉(zhuǎn)的同時，可以進行收發(fā)油作業(yè)。

圖2 雙管系統(tǒng)工藝流程圖

獨立管道系統(tǒng)指的是任意罐區(qū)每個油罐設(shè)置獨立的1根管道，如圖3所示。這種工藝形式專管專用、布置清晰等方面具有明顯的優(yōu)勢，且使用完后無需進行排空，其檢修過程中也不會影響其他油罐的作業(yè)。但其建設(shè)消耗的材料較多，泵房管組也會增多。該工藝系統(tǒng)主要應(yīng)用于油庫對潤滑油進行輸送，由于其品種、數(shù)量較多，業(yè)務(wù)量相對較少，能夠達到防止混油的目的。

圖3 獨立管道系統(tǒng)流程圖

（5）管線的布置、安裝。其一，在對罐區(qū)的管線進行布置、安裝時，需遵循相關(guān)要求，尤其是聯(lián)合站罐區(qū)的管道，其運轉(zhuǎn)情況、工況組合對罐區(qū)管道事故、合理調(diào)度等產(chǎn)生直接影響，在對其布置、安裝的過程中，首先在總平面圖上對其分區(qū)布置，在滿足熱力、水力等要求的基礎(chǔ)上，盡量縮短供排水管線、油氣、電路等長度，確保線路布置更加美觀、整齊。針對場地內(nèi)地上和地下線路、供電和通訊線路應(yīng)將其集中布設(shè)于場內(nèi)道路兩側(cè)，防止地上管線、電線等將工藝裝置包圍，盡量避免管線、電線在場區(qū)道路交叉。同時，對于主要的油管線，應(yīng)統(tǒng)一使用伴熱管線，通常根據(jù)場區(qū)地下水分布情況、土壤性質(zhì)等來確定管線的敷設(shè)方式，比如帶壓的水、油、氣管線通常使用地上架空敷設(shè)方式，將管底到地面的距離控制在2m左右，如果泵、換熱器等設(shè)備安裝于架空管線下，需根據(jù)實際情況調(diào)整管底距地面的距離，便于對相關(guān)設(shè)備安裝、檢修；對于罐區(qū)到泵房的管線，通常采取管墩地面敷設(shè)，將管道水平間距控制在0.2m以上，并對埋地鋼管采取一定的防腐措施。此外，如果管線敷設(shè)越過道路，需對管底高度進行合理控制，通常將其距主道、人行道距離分別控制在4.5m、2.2m。其二，通常在儲罐下方安裝進出管道，特殊工藝要求下，在儲罐上方設(shè)置進料管道，比如在儲運易燃液體物料時，應(yīng)在儲罐上面設(shè)置內(nèi)插管，將其插至儲罐底部2cm處，防止易燃進料產(chǎn)生靜電引發(fā)爆炸事件；進出管道通常以管墩形式進行敷設(shè)，將管道墩高控制在3cm-5cm之內(nèi)，目的是節(jié)約管墩敷設(shè)的成本，便于開展配管作業(yè)，防止泵口管道發(fā)生氣袋、液袋問題[2]。同時，關(guān)于罐組內(nèi)管道的敷設(shè)，為了增強隔堤、防火堤的密封性能，防止管道運行中出現(xiàn)變形、振動等問題，應(yīng)在隔堤、防火堤周圍敷設(shè)罐組內(nèi)管道，當(dāng)管道需穿過防火堤時，需預(yù)埋套管，且使用阻燃性材料對套管和管道之間進行密封處理；如果罐組內(nèi)主管道布設(shè)比較集中，為了滿足人員通行的需求，應(yīng)在主管道上方設(shè)置剛構(gòu)式跨橋。此外，在布設(shè)儲罐進出口管道時，為了防止儲罐沉降情況的發(fā)生，應(yīng)靈活地對管道布置進行調(diào)整，比如在管道進出口位置增加小段金屬軟管，增強進出口管道的柔性，滿足多種化學(xué)品儲運需求。

（6）輸油泵站安裝及設(shè)計要點。其一，在罐區(qū)內(nèi)安裝泵時，應(yīng)盡量與吸油液位處靠近，如果所安裝的泵擁有卸油，應(yīng)盡量靠近碼頭、棧橋，充分發(fā)揮其吸入的性能；如果所安裝的泵擁有中轉(zhuǎn)、付油，需對壓頭進行合理計算，來確定其最佳安裝位置。在選擇泵的進口管道時，根據(jù)排除管直徑來確定，使吸入管阻力損失減少，為了防止管道上壁氣體積存，進口管道中心線的高度應(yīng)高于泵入口中心的高度，并對泵的吸、排管增加支撐，使管道重量、應(yīng)力得以分散，為了避免雜質(zhì)進入泵葉輪，應(yīng)將過濾器安裝于管道泵進口管線上，在保證液流正常通過的同時，適當(dāng)增加有效過濾面積。此外，泵在具體使用中，其操作程序可以按照普通的離心泵進行操作，如果處于輸送熱油運轉(zhuǎn)狀態(tài)下，需提前對泵進行預(yù)熱，將其溫度控制在50℃/h，確保其各部位受熱均勻，將入口壓力控制在2000kPa之內(nèi)。關(guān)于泵的密封維護，若其使用填料進行密封，完全可以按照離心泵的維護方法開展維護工作；若其以機械的方式進行密封，在新安裝的管線上，通常先按照填料密封使用2-3個月，等管道被沖洗干凈后，然后使用機械密封進行運轉(zhuǎn)；若罐區(qū)管線上的泵入口壓力低于800kPa，可使用不平衡型機械密封，若泵入口壓力處于800-4000kPa內(nèi)，應(yīng)使用平衡型機械密封，將其斷面的彈簧壓力控制在50-150kPa。其二，罐區(qū)在運行過程中會輸送多類型的介質(zhì)，需要機泵設(shè)備輔助其生產(chǎn)工作開展，所以，在泵區(qū)設(shè)計中應(yīng)考慮選址、配管等問題。一般情況下應(yīng)建設(shè)露天泵站，要求泵的基礎(chǔ)高度超過0.1m，泵房、泵棚以及泵站內(nèi)地面高度應(yīng)超過周圍地平0.2m。如果輸送的介質(zhì)為液化烴、酸以及堿性液體物料時，應(yīng)設(shè)置泵房、泵棚；對于甲乙類可燃性液體泵房的設(shè)計，應(yīng)避開地面地溝、地坑等位置，在側(cè)墻下設(shè)置相應(yīng)的通風(fēng)裝置，為了保證泵房的安全性，需設(shè)置多個疏散門，且要求各個泵房門向外開啟[3]。泵站管線的布設(shè)，通常露天泵站、泵棚以及泵房應(yīng)布設(shè)地上管線，通過計算的方式來確定泵吸入管、排出管的直徑，將排氣閥、過濾器分別設(shè)置于泵進口閥與泵管線最高點處、泵進口位置，比如對液氨、石油液化氣等介質(zhì)進行輸送時，應(yīng)在泵進出口管線處設(shè)置排氣閥，將其延伸至放空系統(tǒng)；對易凝結(jié)的介質(zhì)進行輸送時，應(yīng)設(shè)置固定的過濾器，通常在泵入口接口管與切斷閥之間安裝過濾器。此外，還需要對泵進出口管線進行支撐處理，確保施加于泵入口接口管的力在規(guī)定范圍內(nèi)。

（7）儲罐自控設(shè)計要點?；て髽I(yè)罐區(qū)所存儲的化學(xué)品數(shù)量比較大，且部分化學(xué)品具有一定的危險性，對儲罐自控設(shè)計提出更高的要求。儲罐上的壓力、液位作為重要自控信號，在設(shè)計環(huán)節(jié)應(yīng)考慮信號傳送到控制室的顯示情況；對于有加熱、冷卻需求的儲罐，在設(shè)計中應(yīng)檢測儲罐內(nèi)溫度，防止儲罐溫度超過限定溫度，或者采取相應(yīng)的溫控舉措，比如利用蒸汽內(nèi)盤管進行加熱的儲罐，應(yīng)在管壁安裝溫度檢測元件，通過蒸汽調(diào)節(jié)閥與檢測元件的聯(lián)合控制，當(dāng)儲罐內(nèi)介質(zhì)比較低時，通過調(diào)節(jié)閥將更多蒸汽輸入儲罐內(nèi)，提高儲罐內(nèi)溫度；反之，當(dāng)儲罐內(nèi)溫度比較高時，應(yīng)關(guān)小或關(guān)閉調(diào)節(jié)閥門，對罐內(nèi)介質(zhì)溫度進行合理控制。尤其在儲罐溫度要求高，且儲罐內(nèi)物料與水相溶的情況下，通過對其溫度控制，防止罐內(nèi)水沸騰引發(fā)安全事故。此外，通過設(shè)置自控儀表，便于對罐區(qū)控制變量、工藝進行檢測、記錄以及調(diào)節(jié)，并且通過設(shè)置閥門、機泵等對重要參數(shù)進行自動控制，促使罐區(qū)安全性提高，實現(xiàn)管理的自動化。

（8）其他設(shè)計要點。罐區(qū)工藝設(shè)計中還需要考慮其他要素，比如在罐組內(nèi)設(shè)置排水溝、集水坑，確保罐組內(nèi)泄漏的物料、雨水等順利排出；如果罐組內(nèi)的介質(zhì)具有腐蝕性、毒性，應(yīng)按照安全噴淋洗眼器，對其服務(wù)的半徑進行合理設(shè)置，通常將服務(wù)的半徑控制在15m之內(nèi)[4]；為了避免儲罐內(nèi)物料遭受太陽照射發(fā)生質(zhì)變，應(yīng)采取一些遮陽措施，比如搭建遮陽棚，將隔熱膠涂刷于儲罐外部，或者對儲罐外部進行噴淋操作。此外，如果儲罐內(nèi)存儲的物料具有一定的可燃性，應(yīng)安裝液位報警器或自動切斷、聯(lián)鎖進料的設(shè)備，以滿足這類物料安全儲運的要求。

3.結(jié)束語

化工廠區(qū)罐區(qū)設(shè)計作為一項復(fù)雜的工作，對罐區(qū)設(shè)計的安全性、可靠性等要求比較高。在罐區(qū)設(shè)計中，應(yīng)全面分析存儲物料的特性、廠區(qū)建設(shè)要求等，確定罐區(qū)建設(shè)的位置，對其進行合理布置。對于設(shè)計人員而言，應(yīng)全面掌握化工罐區(qū)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)等，對罐區(qū)設(shè)計要點進行重點把控，確保化工罐區(qū)穩(wěn)定、安全運行。