柴油儲罐改造為汽油儲罐設計要點探討

劉瓊，王偉

（1.廣東中化石油化工設計有限公司，廣東 廣州 510700；2.深圳市城市公共安全技術研究院有限公司，廣東 深圳 518000）

儲罐是石油化工裝置和儲運系統(tǒng)設施的重要組成部分，儲運罐區(qū)中涉及的化學品多為易燃易爆、有毒有害介質，不僅儲存數量大而且種類多，一旦發(fā)生泄漏、火災或爆炸事故，將給人民生命和財產安全造成嚴重危害。隨著石油石化儲運罐區(qū)的整治升級，現有儲罐的利舊改造的安全設計極其重要。本文以固定頂柴油儲罐改造為內浮頂汽油儲罐為例，從罐體改造設計、儲罐附件設計和儲罐工藝安全設計等方面進行闡述。

1 罐體改造設計

本儲罐原本為固定頂儲罐，儲罐容量為10000m3，原儲存介質為柴油（丙A類液體），現由于罐區(qū)升級改造，儲存介質由柴油變?yōu)槠停譈 類液體），柴油儲罐需改造為汽油儲罐。10000m3儲罐主要設計條件見表1。

表1 10000m3 儲罐主要設計條件

1.1 儲罐選型

由于改造后儲存介質汽油為甲B 類液體，根據《石油化工企業(yè)設計防火標準(2018 年版)》標準要求，儲存甲B、乙A 類液體應選用金屬浮艙式的浮頂或內浮頂罐。當單罐容積大于5000m3時，內浮頂儲罐應采用鋼制單盤或雙盤式浮頂。因此，本儲罐將改造為鋼制浮盤內浮頂儲罐。

1.2 罐體核算

儲罐利舊的首要條件是需滿足《油罐的檢驗、修理、改建及翻建》標準要求，利舊儲罐的罐壁及罐底板經檢測合格后，方可進行后續(xù)利舊設計。當儲罐檢測合格后，應依據《立式圓筒形鋼制焊接油罐設計規(guī)范》要求，對儲罐頂板、壁板及底板進行核算，頂板、壁板及底板厚度滿足強度計算后方可利舊。經核算，本儲罐的頂板、壁板及底板厚度滿足強度要求。同時，應對儲罐抗風穩(wěn)定進行計算，為確保儲罐不發(fā)生傾倒，應滿足

1.3 開口設計

改造后，儲罐新增呼吸閥、緊急放空人孔和氮封系統(tǒng)等開口。由于增加鋼制浮盤，儲罐設計液位的降低，高高液位報警開口需適當下降，罐壁需重新開設高高液位報警口。高高液位報警口的標高需保證開口接管的焊縫及補強圈的焊縫與原罐壁縱向、環(huán)向焊縫滿足最小間距的要求。為了方便操作人員從浮盤上部進入罐內檢修，在浮盤以上合適位置處開設了帶芯人孔。同時，為了滿足成品油出廠油品要求，在儲罐罐壁增加調和管線開口，在儲罐中心線附近安裝調和噴嘴，使汽油調和均勻。

2 儲罐附件設計

由于汽油為甲B 類液體，固定頂儲罐改為內浮頂儲罐時，將增加鋼制浮盤，設置氮氣密封保護系統(tǒng)。改造后，儲罐量油孔、透光孔、入孔、排污孔（或清掃孔）等附件利舊，新增呼吸閥、緊急放空人孔和氮封閥等附件。

2.1 鋼制浮盤

根據《石油煉制工業(yè)污染物排放標準》要求，當儲存揮發(fā)性有機液體的真實蒸氣壓P 符合27.6kPa ≤P ＜76.6kPa，且儲罐設計容積≥75m3時，內浮頂儲罐的浮盤與罐壁之間應采用液體鑲嵌式、機械式鞋形、雙封式等高效密封方式。浮盤密封包帶材質一般選用氟橡膠或丁腈橡膠。

2.2 呼吸閥

呼吸閥是一種防止罐內超壓的儲罐保護設備，通常在罐頂中央的頂板范圍內設置帶阻火功能的呼吸閥。呼吸閥的數量和規(guī)格應根據所需呼吸閥的通氣量和呼吸閥的通氣量曲線來確定。呼吸閥的呼出量不得小于儲罐介質的最大進料量和因大氣最大升溫導致儲罐內氣體膨脹所需要排出的氣體量兩者之和；呼吸閥的吸入量不得小于儲罐介質的最大出料量和因大氣最大降溫導致儲罐內氣體收縮時所需要吸入的空氣量兩者之和。

在缺乏呼吸閥的通氣量曲線的情況下，呼吸閥的數量和規(guī)格可參照《石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)設計規(guī)范》，根據儲罐的容量和進（出）儲罐的最大介質流量來確定的。如本文改造的10000m3儲罐應設置2 個直徑為300mm 的呼吸閥，同時，應確保進出儲罐的最大介質流量不大于2600m/h3。

2.3 緊急放空人孔

緊急放空人孔也稱泄壓人孔，直徑不宜小于500mm，直接通向大氣，通常在罐頂范圍內設置。在氮氣密封保護系統(tǒng)或呼吸閥出現故障的情況下，當儲罐內部壓力急劇上升，罐內超壓嚴重，僅僅依靠呼吸閥無法滿足介質泄放要求時，泄壓人孔將開啟，進行緊急泄放，以保護罐體不被超壓破壞。

2.4 氮封閥

氮封閥是用來控制儲罐內氮氣密封壓力的一種自力式調節(jié)閥門，主要用于隔離儲罐介質與外界空氣的接觸，降低儲罐內氣相空間形成混合性爆炸氣體的可能，維持罐內微正壓，避免出現罐體承受外壓的情況，保護儲罐安全。

3 儲罐工藝安全設計

通過設計手段保障儲罐本質安全是儲罐安全設計的最終目標和追求，本小節(jié)從儲罐的液位聯鎖、氮封及安全泄放系統(tǒng)壓力設計方面介紹了儲罐的工藝安全設計。

3.1 液位聯鎖設計

固定頂儲罐改造為內浮頂儲罐后，由于改造后新增浮盤，改造后內浮頂儲罐的設計儲存液位，要根據浮盤的設計最大高度重新進行調整，其設計儲存的高液位按照下列公式進行計算：

其中，h1為浮盤設計的最大高度（浮盤底面），如果采用鋼制浮盤，其取值宜為罐壁頂以下0.9 ～1.0m；h2為考慮響應時間而按照儲罐最大進液量所折算成的高度，一般取10 ～15min 儲罐最大進液量；h3為液位高度設計安全裕量，根據儲存介質的膨脹高度和保護浮盤所需要的裕量來確定，一般取值為0.3m。改造后內浮頂儲罐設計的高高液位報警時應聯鎖關閉儲罐進口閥門，其設計儲存的高高液位按照下列公式進行計算：

由于浮盤一旦落底，就會在液面和浮盤之間存在氣相空間，為有效抑制油氣的揮發(fā)，消除氣相空間，要保持浮盤始終漂浮在液面上。改造后內浮頂儲罐設計儲存的低低液位報警時應聯鎖關閉儲罐出料泵，一般低低液位設計應考慮浮盤支腿的高度、浮倉的高度及安全裕量（一般可取0.2m）。低液位設計宜高出浮盤落底高度，同時，還應滿足從低液位報警開始10 ～15min 時間內，出料泵不會發(fā)生氣蝕現象。

3.2 氮封及泄放系統(tǒng)壓力設計

氮封及泄放系統(tǒng)壓力設定，是儲罐安全保護設計的重點。設計時，應綜合考慮儲罐設計壓力、氮氣壓力和泄放系統(tǒng)各設備的聯動關系。本儲罐設計正壓為1.96kPa，設計負壓為-0.49kPa，儲罐氮氣管道進氣壓力為0.5kPa。呼吸閥的進氣壓力應高于儲罐的設計負壓力，呼吸閥的排氣壓力應大于氮氣壓力并小于泄壓人孔的開啟壓力；泄壓人孔的開啟壓力應高于呼吸閥的排氣壓力，并且不應大于儲罐的設計正壓力。氮封及泄放系統(tǒng)壓力設計如圖1 所示。

圖1 氮封及泄放系統(tǒng)壓力設計

4 結語

柴油儲罐改造為汽油儲罐設計時，需注意以下幾點，以保證儲罐改造后的安全使用。

（1）儲存介質改變及介質密度發(fā)生變化后，需根據改造后的介質性質重新進行儲罐強度校核及穩(wěn)定性校核；（2）儲罐安全附件、液位控制等需重新考慮。