成品油長輸管道輸油站儲罐液位報警及聯(lián)鎖值的設(shè)定方法

胡 懿 王云峰 賀裕卓 何 璇 曾偉文

〔國家石油天然氣管網(wǎng)集團有限公司華中分公司湖南輸油分公司 湖南長沙 410000〕

成品油長輸管道采用的是密閉輸送、順序輸送的方式。對于輸油站而言，泄壓罐常設(shè)于泵站和末站，在管道發(fā)生水擊導(dǎo)致進出站壓力超高達到設(shè)定值的情況下，管輸油品經(jīng)泄壓閥流入泄壓罐暫時儲存，防止因壓力超高引起甩泵甚至管道破裂。此外，泄壓罐內(nèi)的油品可通過轉(zhuǎn)油泵轉(zhuǎn)油至下載管線或裝車?；煊凸蕹ＴO(shè)于具備混油下載功能的站場，順序輸送總會形成混油，混油進入站場后調(diào)度員會將混油進行切割，去除首尾部分的混油段切入混油罐暫時儲存，再通過回摻泵回摻至下載管線或裝車。

出于安全生產(chǎn)及經(jīng)濟效益的考慮，必須明確泄壓罐和混油罐儲存液位的高、低液位報警值及聯(lián)鎖值，實現(xiàn)儲罐收發(fā)油作業(yè)安全平穩(wěn)進行。

1 液位報警及聯(lián)鎖值的設(shè)定方法

1.1 設(shè)定原則

根據(jù)《SH/T 3007—2014石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計規(guī)范》[1]、《GB 50074—2014石油庫設(shè)計規(guī)范》[2]、《GB 17681—1999易燃易爆罐區(qū)安全監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)驗收技術(shù)要求》[3]等標(biāo)準規(guī)范，儲罐液位報警[4]設(shè)置的要求如下。

(1)儲罐應(yīng)設(shè)高、低液位報警和液位檢測儀表，同一儲罐至少配備兩種不同類別的液位檢測儀表。

(2)罐容在10 000 m3以上或有頻繁操作的油罐宜設(shè)自動聯(lián)鎖切斷進油裝置和聯(lián)鎖停泵。

(3)聯(lián)鎖報警信號應(yīng)采用單獨的液位連續(xù)測量儀表或液位開關(guān)。

泄壓罐一般僅在有水擊泄壓發(fā)生時進行收油, 且其作用在于防止管線壓力超高。因此，不必設(shè)置高液位聯(lián)鎖，可設(shè)低液位聯(lián)鎖；而混油罐收發(fā)油作業(yè)頻繁，一個輸油批次中會多次下載混油和回摻。因此，必須設(shè)置高、低液位的自動聯(lián)鎖。

根據(jù)規(guī)范要求，可通過設(shè)置液位儀來檢測高、低液位報警；通過設(shè)置液位開關(guān)來檢測高、低液位聯(lián)鎖；高高、低低液位報警是否需要設(shè)置，可根據(jù)實際情況及需求，設(shè)在高、低液位報警值與聯(lián)鎖值之間，作為比高、低液位報警更高一級的報警信號。

綜上所述，液位報警梯度應(yīng)包括液位計低報L、液位計低低報LL、低液位開關(guān)L液位開關(guān)和液位計高報H、液位計高高報HH、高液位開關(guān)H液位開關(guān)。其中，液位計報警只作為報警信號，液位開關(guān)報警可根據(jù)實際設(shè)置自動聯(lián)鎖或只作為報警信號，其設(shè)置高度關(guān)系如下：低液位開關(guān)L液位開關(guān)<液位計低低報LL<液位計低報L，液位計高報H<液位計高高報HH<高液位開關(guān)H液位開關(guān)，以此形成三級報警。

1.2 泄壓罐

泄壓罐一般為固定頂罐，即有固定頂?shù)闹绷A筒形儲罐，主要由罐頂、罐壁和罐底組成。罐壁上裝有泡沫發(fā)生器，泡沫管有開孔接到儲罐內(nèi)部。

1.2.1 高液位報警梯度

(1)高液位開關(guān)高度確定原則。泄壓罐高液位開關(guān)不設(shè)自動聯(lián)鎖，而作為高液位最高一級的報警信號，提醒調(diào)度員和現(xiàn)場人員泄壓罐液位即將達到泄漏高度。泄壓罐高液位開關(guān)高度應(yīng)在泡沫管開孔下沿以下取一個安全裕量的高度，安全裕量應(yīng)考慮到液體膨脹和泡沫混合液等因素[5]，即:

H液位開關(guān)(泄)=HL-(h1+h3)

(1)

式中：H液位開關(guān)(泄)為泄壓罐高液位開關(guān)高度，m；HL為罐壁高度，m；h1為泡沫管開孔下沿至罐壁頂端的高度，m；h3為安全裕量，m，取0.3 m。

(2)液位計高液位報警值確定原則。泄壓罐液位計高報值的設(shè)定，要考慮到從泄壓罐液位計高液位報警開始，至液位上漲到高液位開關(guān)報警的時間內(nèi)，調(diào)度員和現(xiàn)場人員能在這段時間之內(nèi)完成相應(yīng)的處置措施[6]。因此，應(yīng)按照比高液位開關(guān)低15 min儲罐最大進液量折算高度進行設(shè)置。即：

H(泄)=H液位開關(guān)(泄)-h2

(2)

式中：H(泄)為泄壓罐液位計高報值，m；h2為15 min儲罐最大進液量折算高度，m。

(3)液位計高高液位報警值確定原則。泄壓罐液位計高高報值可在高液位開關(guān)和液位計高報值之間進行取值，一般取中間值或比中間值略高，提醒調(diào)度員和現(xiàn)場人員泄壓罐液位即將達到高液位開關(guān)報警高度。

1.2.2 低液位報警梯度

(1)低液位開關(guān)高度確定原則。泄壓罐低液位開關(guān)應(yīng)設(shè)置報警自動聯(lián)鎖停泵，防止液位過低造成轉(zhuǎn)油作業(yè)時轉(zhuǎn)油泵進氣抽空，發(fā)生氣蝕。其設(shè)置高度與出罐管道上沿的高度有關(guān)。因此，應(yīng)按照比出罐管道上沿高度高150 mm進行設(shè)置，即：

L液位開關(guān)(泄)=H出罐管道上沿+0.15

(3)

式中：L液位開關(guān)(泄)為泄壓罐低液位開關(guān)高度，m；H出罐管道上沿為出罐管道上沿高度，m。

(2)液位計低液位報警值確定原則。泄壓罐液位計低報值的設(shè)定，要考慮到從泄壓罐液位計低液位報警開始，至液位下降到低液位開關(guān)報警聯(lián)鎖停泵的時間內(nèi)，調(diào)度員和現(xiàn)場人員能在這段時間之內(nèi)完成相應(yīng)的處置措施。因此，應(yīng)按照比低液位開關(guān)高15 min儲罐最大出液量折算高度進行設(shè)置。即：

L(泄)=L液位開關(guān)(泄)+h5

(4)

式中：L(泄)為泄壓罐液位計低報值，m；h5為15 min儲罐最大出液量折算高度，m。

(3)液位計低低液位報警值確定原則。泄壓罐液位計低低報值按照低液位開關(guān)和液位計低報值之間進行取值，一般取中間值或比中間值略低，提醒調(diào)度員和現(xiàn)場人員泄壓罐液位即將達到低液位開關(guān)聯(lián)鎖停泵高度。

1.3 混油罐

混油罐一般為內(nèi)浮頂罐，其內(nèi)部有一軸心線上安裝有一軸，以其剖面大小置放一個隨內(nèi)部物料增多或減少而上下移動的頂蓋，底部裝有浮盤支架，罐壁或罐頂裝有通氣孔。

1.3.1 高液位報警梯度

(1)高液位開關(guān)高度確定原則。混油罐高液位開關(guān)應(yīng)設(shè)置報警自動聯(lián)鎖關(guān)閉罐前閥，防止罐內(nèi)液位過高發(fā)生泄漏，其設(shè)置高度與浮盤設(shè)計最大高度有關(guān)，混油罐高液位開關(guān)高度要在浮盤設(shè)計最大高度以下取一個安全裕量的高度，安全裕量應(yīng)考慮到保護浮盤、液體膨脹、泡沫混合液層等因素，即:

H液位開關(guān)(混)=h4-h3

(5)

式中：H液位開關(guān)(混)為高液位開關(guān)高度，m；h4為浮盤設(shè)計最大高度，m；對于鋁制浮盤且罐壁無通氣孔的內(nèi)浮頂罐，h4=HL-0.5；對于鋁制浮盤且罐壁有通氣孔的內(nèi)浮頂罐，h4=HL-0.8。

(2)液位計高液位報警值確定原則?；煊凸抟何挥嫺邎笾档脑O(shè)定原則與泄壓罐相同，要考慮到從高液位報警開始，至液位上漲到高液位開關(guān)報警聯(lián)鎖的時間內(nèi)，調(diào)度員和現(xiàn)場人員能在這段時間之內(nèi)完成相應(yīng)的處置措施。因此，應(yīng)按照比高液位開關(guān)低15 min儲罐最大進液量折算高度進行設(shè)置。即：

H(混)=H液位開關(guān)(混)-h2

(6)

式中，H(混)為混油罐液位計高報值，m。

(3)液位計高高液位報警值確定原則?；煊凸抟何挥嫺吒邎笾蛋凑崭咭何婚_關(guān)和液位計高報值之間進行取值，一般取中間值或比中間值略高，提醒調(diào)度員和現(xiàn)場人員混油罐液位即將達到高液位開關(guān)聯(lián)鎖關(guān)閉罐前閥的高度。

1.3.2 低液位報警梯度

(1)低液位開關(guān)高度確定原則?；煊凸薜鸵何婚_關(guān)應(yīng)設(shè)置報警自動聯(lián)鎖停泵，其設(shè)置高度與浮盤落架高度有關(guān)?；負阶鳂I(yè)時液位如果降低到浮盤支架高度以下，浮盤和油品界面之間就可能形成油蒸氣空間，存在爆炸風(fēng)險。因此，低液位開關(guān)應(yīng)按照比浮盤落架高度高200 mm進行設(shè)置，即：

L液位開關(guān)(混)=H浮盤落架+0.2

(7)

式中：L液位開關(guān)(混)為混油罐低液位開關(guān)高度，m；H浮盤落架為浮盤落架高度，m。

(2)液位計低液位報警值確定原則?；煊凸抟何挥嫷蛨笾档脑O(shè)定原則與泄壓罐相同，要考慮到從低液位報警開始，至液位下降到低液位開關(guān)報警聯(lián)鎖停泵的時間內(nèi)，調(diào)度員和現(xiàn)場人員能在這段時間之內(nèi)完成相應(yīng)的處置措施。因此，應(yīng)按照比低液位開關(guān)高15 min儲罐最大出液量折算高度進行設(shè)置。即：

L(混)=L液位開關(guān)(混)+h5

(8)

式中，L(混)為混油罐液位計低報值，m。

(3)液位計低低液位報警值確定原則。混油罐液位計低低報值按照低液位開關(guān)和液位計低報值之間進行取值，一般取中間值或比中間值略低，提醒調(diào)度員和現(xiàn)場人員混油罐液位即將達到低液位開關(guān)聯(lián)鎖停泵高度。

2 實例計算驗證

2.1 某成品油管道相關(guān)設(shè)備現(xiàn)狀

某長輸成品油管道位于湖南省境內(nèi)，共有10個輸油站，設(shè)計輸量600萬t/a,采用連續(xù)分輸或集中分輸?shù)姆绞綄Ω髡具M行分輸作業(yè)。

以該管道ZZ站為例進行實例說明。ZZ站為下載末站，具有下載、泄壓、混油下載及回摻等功能，站場配備有泄壓罐和混油罐，對其相關(guān)尺寸進行了統(tǒng)計，結(jié)果如表1；對其目前的報警值和液位開關(guān)高度進行了統(tǒng)計，結(jié)果如表2。

表1 ZZ站儲罐相關(guān)尺寸統(tǒng)計數(shù)據(jù)

表2 ZZ站儲罐液位報警及連鎖參數(shù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)

此外，泄壓罐配套轉(zhuǎn)油泵的額定流量為100 m3/h，混油罐配套回摻泵的額定流量為10 m3/h。

從表2可以看出，目前ZZ站儲罐液位報警及連鎖參數(shù)設(shè)置不合邏輯：高液位開關(guān)高度低于高液位報警值，相當(dāng)于高液位報警失效；低液位報警各梯度設(shè)置不符合標(biāo)準規(guī)范；高、低液位報警均未起到多級報警的作用，存在安全風(fēng)險隱患，且未充分利用儲罐空容。

2.2 報警設(shè)定值校核計算

為保證ZZ站儲罐報警值和液位開關(guān)高度設(shè)定合理且符合設(shè)計規(guī)范，將按照前文給出的報警值設(shè)定方法重新對ZZ站泄壓罐和混油罐的各級液位設(shè)定值進行校核并調(diào)整。

根據(jù)統(tǒng)計資料顯示：ZZ站泄壓罐罐壁高度HL=8 850 mm，泡沫管開孔下沿至罐壁頂端的高度h1=300 mm，安全裕量h3=300 mm，15 min儲罐最大進液量取泄壓最大流量380 m3/h的折算高度，則h2=1 532 mm；泄壓罐出罐管道上沿高度H出罐管道上沿=450 mm，15 min儲罐最大出液量取轉(zhuǎn)油泵額定流量100 m3/h的折算高度，則h5=403 mm。

ZZ站混油罐罐壁高度HL=10 080 mm，其所用浮盤為鋁合金且罐壁有通氣孔，故浮盤設(shè)計最大高度h4=10 080-800=9 280 mm，安全裕量h3=300 mm，15 min儲罐最大進液量取混油下載最大流量300 m3/h的折算高度，則h2=1 200 mm；混油罐浮盤落架高度H浮盤落架=1 600 mm，15 min儲罐最大出液量取回摻泵額定流量10 m3/h的折算高度，則h5=40 mm。

由此可以對ZZ站泄壓罐和混油罐液位報警梯度進行重新核算，計算結(jié)果如表3。

表3 ZZ站儲罐液位報警及連鎖參數(shù)推薦設(shè)定數(shù)據(jù)

表3給出的ZZ站儲罐推薦液位報警設(shè)定值符合標(biāo)準規(guī)范，高、低位報警梯度設(shè)置合理、邏輯清晰，且充分利用了儲罐空容，在實際生產(chǎn)中能夠保證儲罐安全運行。

3 結(jié)束語

相關(guān)標(biāo)準規(guī)范給出了儲罐液位報警值的設(shè)置規(guī)定。實際生產(chǎn)中，多數(shù)輸油站場并未根據(jù)實際情況遵循規(guī)范來設(shè)置其儲罐液位報警梯度，或并不明確標(biāo)準規(guī)范的適用性，不合理的報警值會引起安全風(fēng)險隱患的增加。本文根據(jù)相關(guān)標(biāo)準規(guī)范，結(jié)合實際給出了一種系統(tǒng)的成品油管道輸油站儲罐液位報警及聯(lián)鎖值設(shè)定方法。該方法經(jīng)實例驗證符合現(xiàn)場實際安全生產(chǎn)要求，可同理推廣至所有類似的輸油站場，以此設(shè)置或核算儲罐報警梯度，確保儲罐收發(fā)油作業(yè)安全平穩(wěn)進行，提高長輸成品油管道安全生產(chǎn)水平。