液體化工產(chǎn)品罐區(qū)的設(shè)計(jì)與工藝布置研究

張楚悅

（上海電氣集團(tuán)國(guó)控環(huán)球工程有限公司，山西 太原 030000）

0 引言

罐區(qū)是化工行業(yè)中存儲(chǔ)液體的主要設(shè)施，罐區(qū)的合理化設(shè)計(jì)，主要包括選擇合適地址、后續(xù)運(yùn)行安全與環(huán)保，確保后續(xù)擴(kuò)建與改造方便性和安全性。對(duì)于罐區(qū)設(shè)計(jì)人員來說，綜合考量液體化工產(chǎn)品設(shè)計(jì)與布置的科學(xué)性，可以幫助化工企業(yè)不斷提升經(jīng)濟(jì)和設(shè)備效益，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。

1 液體化工產(chǎn)品罐區(qū)概述

液體化工行業(yè)中應(yīng)用罐區(qū)的主要作用在于存儲(chǔ)相關(guān)原料、中間產(chǎn)物及產(chǎn)品，罐區(qū)的設(shè)計(jì)與使用內(nèi)容主要包括地址選擇、資金預(yù)算、操作節(jié)能、安全運(yùn)行、環(huán)保、工程施工以及后期維護(hù)等。除此之外，后續(xù)的擴(kuò)建以及改造也尤為重要。為保證罐區(qū)能夠有效應(yīng)用于液體化工行業(yè)中，在罐區(qū)的設(shè)計(jì)方面需要予以重視。作為罐區(qū)的設(shè)計(jì)者來說，首先需要對(duì)建造工藝、土建設(shè)以及電氣設(shè)施等環(huán)節(jié)做好規(guī)劃與設(shè)計(jì)，對(duì)自控設(shè)施、環(huán)境保護(hù)以及消防等進(jìn)行綜合性考量，避免罐區(qū)設(shè)計(jì)對(duì)環(huán)境以及工作人員的人身安全造成影響。從液體化工行業(yè)的現(xiàn)狀來看，我國(guó)液體化工行業(yè)在設(shè)計(jì)方面存在一定的差異，其原因在于設(shè)計(jì)人員對(duì)于相關(guān)規(guī)范的理解具有一定的差異性。目前，罐區(qū)設(shè)計(jì)人員在開展設(shè)計(jì)過程中由于缺少規(guī)范的條例依據(jù)，各條例的完整程度不足。現(xiàn)階段主要停留在對(duì)罐區(qū)使用安全的重視程度，而對(duì)于工作人員在實(shí)際操作中缺乏全面、系統(tǒng)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。與此同時(shí)，對(duì)自動(dòng)滅火裝置以及自動(dòng)報(bào)警配置等，缺乏具體的說明和制度規(guī)范。由于在設(shè)計(jì)、運(yùn)行以及管理方面缺少制度約束，依然存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)問題。因此，需要提高對(duì)罐區(qū)設(shè)計(jì)的重視程度，總結(jié)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，確保罐區(qū)設(shè)計(jì)滿足實(shí)際工作要求[1]。

2 儲(chǔ)罐型式確定

液體化工中的儲(chǔ)罐形式主要分為球罐、臥罐、浮頂罐以及固定頂罐等。從壓力設(shè)計(jì)的角度則可以分為常壓儲(chǔ)罐和壓力儲(chǔ)罐等。儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)人員在開展正式設(shè)計(jì)前，需要對(duì)儲(chǔ)罐中存在物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)、物理性質(zhì)等有明確的了解和掌握，并以此為依據(jù)合理、科學(xué)地進(jìn)行儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)。儲(chǔ)罐類型如表1 所示。

表1 液體化工產(chǎn)品罐區(qū)形式與特征

3 液體化工產(chǎn)品罐區(qū)儲(chǔ)罐容量的衡量

常見的罐區(qū)設(shè)計(jì)分工和施工時(shí)的重要環(huán)節(jié)為確定具體儲(chǔ)罐的容量，該環(huán)節(jié)也是液體化工產(chǎn)品罐區(qū)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。當(dāng)前，儲(chǔ)罐容量在液體化工企業(yè)中缺少專業(yè)化的術(shù)語，因而不同的企業(yè)對(duì)儲(chǔ)罐容量的形容存在一定的差異性。由于儲(chǔ)罐容量實(shí)際、公稱以及設(shè)計(jì)容量都需要進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，但在缺少標(biāo)準(zhǔn)衡量規(guī)范以及標(biāo)準(zhǔn)定義的情況下，對(duì)容量開展細(xì)致劃分尤為困難。加之設(shè)計(jì)人員的專業(yè)水平以及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)并不相同，因而在罐區(qū)的容量形容方面無法統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，衡量?jī)?nèi)容也各不相同。所以，在容量設(shè)計(jì)方面主要是根據(jù)罐實(shí)際尺寸與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行有效運(yùn)算，最終得到具體的容積容量。做好容量的設(shè)計(jì)工作對(duì)實(shí)行儲(chǔ)存罐科學(xué)設(shè)計(jì)與研究具有重要的影響。對(duì)于儲(chǔ)罐來說，其公稱容量是指容量設(shè)計(jì)完成后，針對(duì)尺寸、大小再次測(cè)量，并根據(jù)獲得數(shù)據(jù)信息獲得儲(chǔ)罐的實(shí)際容量大小。通常情況下，儲(chǔ)罐安全容量主要是對(duì)現(xiàn)有液體化工產(chǎn)品展開系統(tǒng)性的設(shè)計(jì)，明確儲(chǔ)罐安全容量的同時(shí)，顯著提升儲(chǔ)罐的利用效率。因此，需要從儲(chǔ)罐的實(shí)際情況出發(fā)，開展儲(chǔ)罐存儲(chǔ)介質(zhì)、安全容量值的合理化設(shè)計(jì)，確保其設(shè)計(jì)的合理性，為后續(xù)投入使用奠定良好的基礎(chǔ)。對(duì)于儲(chǔ)罐容許容量來說，是液體化工產(chǎn)品罐在長(zhǎng)時(shí)間的使用下，依然能承受的實(shí)際受料量，并根據(jù)應(yīng)用效果做好后續(xù)的各項(xiàng)工作。在此過程中所需要的最大收料量可稱為儲(chǔ)罐具體允許容量值[2]。

一般情況下，化工液體罐允許容量低于安全容量，才能確保儲(chǔ)罐內(nèi)部溫度隨使用時(shí)間的延長(zhǎng)而升高，避免儲(chǔ)罐出現(xiàn)安全事故問題。但在實(shí)際的設(shè)計(jì)階段，在保證儲(chǔ)罐實(shí)際容量的基礎(chǔ)上，還應(yīng)有效滿足企業(yè)的具體需求，才能提高使用效果。儲(chǔ)罐容量通常是確保單位與公稱容量的必要保證。儲(chǔ)罐總?cè)萘恳诠に囈蟮幕A(chǔ)上，明確各項(xiàng)數(shù)據(jù)參數(shù)，并獲得具體的參數(shù)值。在化工企業(yè)中，儲(chǔ)罐的容量值計(jì)算公式為：儲(chǔ)罐容量設(shè)計(jì)=（介質(zhì)進(jìn)入流量-介質(zhì)流出流量）×儲(chǔ)罐介質(zhì)天數(shù)×裝量的系數(shù)。如果儲(chǔ)罐類型為球罐類型時(shí)，則可以將系數(shù)設(shè)為0.9。

4 罐區(qū)工藝布置分析

4.1 罐區(qū)選址

液體化工企業(yè)的罐區(qū)合理設(shè)計(jì)需要保證罐區(qū)選址的合理性。合理、科學(xué)化選址有助于降低企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本，能夠有效降低管道材料的使用量。除此之外，在降低管理經(jīng)營(yíng)成本以及耗能投入等方面具有積極意義，有利于企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。因此，在液體化產(chǎn)品罐區(qū)位置選擇方面需要嚴(yán)格依據(jù)以下幾方面的要求開展相關(guān)工作：一，選擇合理的地質(zhì)、地理與氣候條件。二，從具體化工物料的危險(xiǎn)等級(jí)以及化學(xué)性質(zhì)的角度出發(fā)。三，保證交通運(yùn)輸便利。四，必須在工程配套齊全的基礎(chǔ)上才能開展工程施工。五，明確廠區(qū)外部環(huán)境與條件。六，強(qiáng)化防雷、防火以及防爆實(shí)施，保證工作人員的施工安全。七，確保消防與環(huán)保要求滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。需要注意的是，罐區(qū)的選址需要對(duì)地理位置地質(zhì)情況以及氣候條件予以重視，其原因在于上述內(nèi)容是保障罐區(qū)選址合理性的重要組成部分。如果選擇低洼位置時(shí)，一旦發(fā)生洪澇自然災(zāi)害，嚴(yán)重時(shí)，將對(duì)工作人員的生命健康安全以及廠區(qū)周圍環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞性。除此之外，當(dāng)罐區(qū)所在位置的承壓無法滿足地質(zhì)情況時(shí)，則會(huì)造成罐區(qū)地面下沉。在氣候方面設(shè)計(jì)人員則應(yīng)做好氣候的監(jiān)測(cè)，從以往氣候報(bào)告的角度出發(fā)，確保能夠?qū)Ξ?dāng)?shù)氐臍夂驐l件有全面的掌握和了解。針對(duì)廠區(qū)所在位置的夏季和冬季的溫差情況有明確的判斷，避免發(fā)生因晝夜溫差較大而發(fā)生罐區(qū)管道熱脹冷縮問題。當(dāng)缺乏設(shè)計(jì)的柔性考慮時(shí)，則容易造成管道出現(xiàn)撕裂導(dǎo)致罐內(nèi)介質(zhì)外泄對(duì)人人身安全以及環(huán)境產(chǎn)生極大的威脅。

與此同時(shí)，液體化工產(chǎn)品罐區(qū)的設(shè)計(jì)原則還應(yīng)嚴(yán)格遵循以人為本的原則，加強(qiáng)預(yù)防，做好日常的防范措施。對(duì)液體化工產(chǎn)品罐區(qū)的儲(chǔ)罐展開系統(tǒng)化安全預(yù)設(shè)計(jì)，防止儲(chǔ)罐在使用或存儲(chǔ)過程中出現(xiàn)安全隱患問題，對(duì)企業(yè)的發(fā)展造成嚴(yán)重影響，甚至帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。為此，在進(jìn)行儲(chǔ)罐的實(shí)際布置過程中，一方面應(yīng)注重防火工藝設(shè)施的選擇，使得儲(chǔ)罐布置更加科學(xué)、合理，保證儲(chǔ)罐在使用中長(zhǎng)期穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，提升安全性和有效性。另一方面，儲(chǔ)罐的布置階段先應(yīng)計(jì)算單個(gè)儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)容積，在充分了解生產(chǎn)要求的基礎(chǔ)上，選擇合適的儲(chǔ)罐數(shù)量，為企業(yè)的化工生產(chǎn)提供支持和助力。對(duì)于儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)布置來說，一般采用兩排控制為主，最大不得超過兩排，在儲(chǔ)罐的具體布置方面可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。但需要注意的是，最大結(jié)構(gòu)不得高于四排。最后，當(dāng)儲(chǔ)罐區(qū)域的整體規(guī)模過大，為確保儲(chǔ)罐存儲(chǔ)的安全性和有效性，在罐組之間要設(shè)計(jì)相應(yīng)的隔離措施，例如采用隔離擋板的方式，避免罐組之間相互碰撞或發(fā)生儲(chǔ)罐泄漏問題。擴(kuò)大事故的影響范圍和影響區(qū)域。進(jìn)而對(duì)企業(yè)安全生產(chǎn)造成不良影響。在防火堤的選擇方面，盡量以磚、混凝土以及石塊等基礎(chǔ)建設(shè)材料為主，從而保證該類建筑材料能夠滿足在具體使用中需要注意的是，儲(chǔ)罐流出液體的沖擊力不得高于規(guī)定的沖擊范圍，避免對(duì)化工企業(yè)的施工成本造成影響，提高工作效率。防火堤的外部應(yīng)做好泵房的建設(shè)工作，將泵房與罐組之間的距離控制在合理范圍內(nèi)，避免兩者相互影響，造成泵房的實(shí)際作用無法發(fā)揮出來。對(duì)于可燃性罐組與工藝裝置距離的設(shè)計(jì)應(yīng)最大程度符合防火要求，儲(chǔ)罐的內(nèi)部安排設(shè)計(jì)環(huán)形消防車道，一旦發(fā)生事故時(shí)將立即展開相關(guān)救援，將事故的影響范圍降到最低。對(duì)儲(chǔ)罐周圍的環(huán)境情況予以重視，通過預(yù)留相應(yīng)的物流、檢修以及巡檢通道的方式，對(duì)罐區(qū)的結(jié)構(gòu)與布置情況進(jìn)行嚴(yán)格控制，保證罐區(qū)工藝布置的合理性[3]。

4.2 管道設(shè)計(jì)

在管道設(shè)計(jì)方面，架空、沿底、管溝以及埋地等是較為常見的罐區(qū)管道設(shè)計(jì)內(nèi)容。通常情況下，液體化工產(chǎn)品罐區(qū)選擇的是架空敷設(shè)的方式，該種方式的土地占用面積相對(duì)較小，且不易與通道發(fā)生摩擦和干擾。由于管道在鋪設(shè)方面擁有一定的靈活性，因而空間的利用率也相對(duì)較高。與此同時(shí)，架設(shè)方面的施工操作較為簡(jiǎn)單且工作效率也較高，能夠確保通道的通暢性。管道架設(shè)也存在一定的弊端，即在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中極易在罐區(qū)布置的影響下，無法發(fā)揮其積極作用。如果罐區(qū)設(shè)計(jì)較為松散時(shí)，隨著管道長(zhǎng)度的加大，管道的架設(shè)成本也隨之增加。采用沿地鋪設(shè)的方式則能夠有效降低施工的成本，且該種方式在檢修方面也相對(duì)簡(jiǎn)單。但同時(shí)將會(huì)占用較大的土地面積，所以通道容易受阻，影響后續(xù)的工作。為避免上述問題的發(fā)生，在管道鋪設(shè)方面可以選擇跨梯式與沿地鋪設(shè)相結(jié)合的方式。對(duì)于北方相對(duì)較冷的地區(qū)而言，則通常選擇管溝敷設(shè)的方式。該種鋪設(shè)的優(yōu)勢(shì)在于能夠有效適應(yīng)當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境，具有良好的節(jié)能效果，不僅有利于安裝與維護(hù)，還有助于降低化工企業(yè)的成本。在實(shí)際的施工時(shí)，應(yīng)將管道鋪設(shè)在凍土的土層下方，將深度控制在600～800 mm 左右，防止管道受到氣溫環(huán)境的影響而發(fā)生破裂問題，從而對(duì)土地造成污染。罐區(qū)的管道鋪設(shè)還應(yīng)嚴(yán)格從以下幾個(gè)方面入手：其一，為保證消防用水管壓力一致，需要以環(huán)形埋設(shè)的方式做好消防軟管的鋪設(shè)。對(duì)于煤氣管道來說，其在應(yīng)用過程中容易引發(fā)較高的危險(xiǎn)，所以在進(jìn)行鋪設(shè)過程中，要將其與自來水管道保持一定的距離。當(dāng)儲(chǔ)罐中裝滿介質(zhì)后極易出現(xiàn)沉降現(xiàn)象，所以在進(jìn)出口管道材料的選擇上一般采用柔韌度強(qiáng)的材料。為避免泵設(shè)裝置發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，要以自上而下吸入的方式，對(duì)泵的大小頭放置在底部或頂部。保證泵設(shè)備的有效使用，防止出現(xiàn)凹穴等現(xiàn)象。

4.3 罐區(qū)環(huán)保設(shè)計(jì)

對(duì)于液體化工產(chǎn)品罐區(qū)設(shè)計(jì)與工藝布置來說，最大限度滿足環(huán)保設(shè)計(jì)要求尤為重要。嚴(yán)格遵循工業(yè)環(huán)保要求，在罐區(qū)物質(zhì)排放方面，重點(diǎn)加強(qiáng)污染廢棄物的管理，除此之外，還要將毒介質(zhì)的排放物降到最低。罐區(qū)的罐體清洗并不會(huì)排放污水，所以，罐區(qū)的排污問題主要解決的是有害氣體的控制，防止污染企業(yè)對(duì)大氣環(huán)境以及空氣環(huán)境造成不良影響。因此，對(duì)于化工類儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)來說，要采取水槽密封的形式，加強(qiáng)密封管理，避免污染氣體泄漏。而對(duì)于油類罐體，則要采取呼吸閥式管理，同樣有利于降低污染物質(zhì)的泄漏。在包裝及其他位置泄漏時(shí)，主要以水力噴射和真空噴射吸收的方式開展相關(guān)工作[4]。

5 結(jié)論

對(duì)于化工企業(yè)來說，日常的經(jīng)營(yíng)生產(chǎn)離不開液體化產(chǎn)品罐區(qū)的支持，為提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，需要注重罐區(qū)的設(shè)計(jì)與工業(yè)布置。因此，作為罐區(qū)的設(shè)計(jì)者來說，需要意識(shí)到罐區(qū)的安全性對(duì)企業(yè)發(fā)展的影響，避免罐區(qū)出現(xiàn)嚴(yán)重的事故，威脅工作人員的生命健康安全，為企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。所以，罐區(qū)設(shè)計(jì)者需要積極探索現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)原則，開展精準(zhǔn)化定位，對(duì)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)進(jìn)行細(xì)致分析與剖析，確保罐區(qū)設(shè)計(jì)的安全性和可靠性。