關(guān)于液化烴球罐注水系統(tǒng)的問(wèn)題，一直以來(lái)都是同行熱議的話(huà)題，為什么會(huì)爭(zhēng)議不斷呢？主要的原因有兩點(diǎn)，第一，液化烴球罐的注水系統(tǒng)是強(qiáng)制性規(guī)定，并且也被2017年的121號(hào)文《化工和危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)單位重大生產(chǎn)安全事故隱患判定標(biāo)準(zhǔn)》收錄，作為排名第六的重大隱患而提出。所以，這就導(dǎo)致很多罐區(qū)企業(yè)不得不重視液化烴球罐的注水系統(tǒng)；第二，最讓人捉摸不透的是，既然被列入重大隱患而提出的強(qiáng)制性規(guī)定，竟然沒(méi)有細(xì)節(jié)上可供企業(yè)或者設(shè)計(jì)院進(jìn)行設(shè)計(jì)改造的技術(shù)指南，無(wú)論是GB50160石化規(guī)還是《SH3136-2003液化烴球形儲(chǔ)罐安全設(shè)計(jì)規(guī)范》，涉及到注水規(guī)定時(shí)，都是簡(jiǎn)短的一句話(huà)而已。這就導(dǎo)致很多企業(yè)陷入想改但不知道怎么改的困惑境地，故引起激烈的爭(zhēng)議或討論也在所難免了。
基于這個(gè)現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題，筆者想借這篇文章，詳細(xì)探討一下液化烴球罐注水系統(tǒng)的來(lái)龍去脈，然后再重點(diǎn)講解一下液化烴球罐的注水系統(tǒng)到底應(yīng)該怎么設(shè)計(jì)才能滿(mǎn)足安全和實(shí)用的原則。
談到液化烴球罐的注水系統(tǒng)，就不得不提到1998年發(fā)生在陜西省西安市的液化烴球罐爆炸事故。其實(shí)很多標(biāo)準(zhǔn)里的那些強(qiáng)制性條款都不是拍腦袋拍出來(lái)的，基本上都是來(lái)自于血淋淋的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，注水系統(tǒng)自然也不例外。
1998年3月5日，西安市煤氣公司液化石油氣管理所發(fā)生液化石油氣嚴(yán)重泄漏事故，一個(gè)貯量為400m3的球形儲(chǔ)罐突然閃爆,共造成11人死亡，31人受傷。事故的直接原因是球形儲(chǔ)罐下部排污閥上部法蘭密封局部失效，造成大量的液化石油氣泄漏，遇火花產(chǎn)生爆炸。
那么球罐的法蘭密封失效的原因又是什么呢，主要是當(dāng)時(shí)的液化石油氣含有少量的水分，這些水分由于密封大，故沉積在球罐最底端，也就是排污閥附近。受天氣的影響，當(dāng)冬季來(lái)臨時(shí)，這些水分會(huì)結(jié)冰，體積膨脹。夏季來(lái)臨時(shí)，又暖化為水，體積縮小。而當(dāng)時(shí)法蘭采用的墊片是非金屬石棉類(lèi)墊片，本身就吸水，所以墊片也會(huì)隨著季節(jié)的交替而發(fā)生膨脹或縮小，最終導(dǎo)致墊片失去彈性，發(fā)生泄漏。
由于該事故發(fā)生于1998年，所以到了次年，也就是1999年石化規(guī)GB 50160開(kāi)始修訂，在1999版的石化規(guī)里，新增的第5.3.16條，就是為了這次事故而增加的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，并且首次提出了全壓力式儲(chǔ)罐應(yīng)設(shè)置注水系統(tǒng)。
此后，關(guān)于全壓力式儲(chǔ)罐應(yīng)設(shè)置注水系統(tǒng)的強(qiáng)制規(guī)定，一直被標(biāo)準(zhǔn)延續(xù)到今天，甚至將其作為一個(gè)重大隱患而提出，可見(jiàn)其備受重視的程度。
那些重視是一回事，怎么去實(shí)現(xiàn)它是另外一回事。畢竟行政化的條令和運(yùn)動(dòng)式的檢查，終究解決不了技術(shù)問(wèn)題。所以關(guān)于液化烴球罐的注水系統(tǒng)。從技術(shù)上應(yīng)該怎么去實(shí)現(xiàn)它，在此我拋磚引玉，淺談一下自己的看法，供大家參考。
首先，注水系統(tǒng)的適用范圍，也就是什么樣的球罐才能適用注水系統(tǒng)呢，第一，球罐的介質(zhì)不能和水互溶，因?yàn)橐坏┗ト?，不僅球罐中的介質(zhì)會(huì)被嚴(yán)重污染，而且泄露出來(lái)的也是介質(zhì)和水的混合物了，泄露出來(lái)的介質(zhì)還是會(huì)蒸發(fā)或者到處流淌，很容易引起二次事故，這也違背了注水系統(tǒng)的初衷。
其次，球罐的介質(zhì)密度不能比水大，換句話(huà)說(shuō)，注入球罐內(nèi)的水必須要流入到球罐最底部，只有這樣才能將介質(zhì)從泄漏處頂開(kāi)，用水來(lái)代替介質(zhì)從泄漏點(diǎn)泄漏出去，從而將介質(zhì)牢牢限制在容器內(nèi)。
第三，球罐注水系統(tǒng)只適用于球罐底部的接管發(fā)生泄漏的情況，至于罐體中上部位或罐頂發(fā)生泄漏，注水系統(tǒng)也只能愛(ài)莫能助，望洋興嘆。
我們只有理解了以上三點(diǎn)關(guān)于注水系統(tǒng)的原則性要求之后，就能明白不是所有的球罐都適合采用注水系統(tǒng)的，比如液氨球罐就不適用注水系統(tǒng)。
那么了解了注水系統(tǒng)的原則之后，我們才能進(jìn)入下一步，也就是更為關(guān)鍵且重要的環(huán)節(jié)，就是液化烴球罐的注水系統(tǒng)到底應(yīng)該怎么去實(shí)現(xiàn)，也就是如何去設(shè)計(jì)呢？這里我為了更好地方便大家在工程實(shí)踐中參考，我把設(shè)計(jì)分為兩個(gè)不同的場(chǎng)景，一個(gè)是新建項(xiàng)目的球罐，另一個(gè)就是在役裝置的球罐。
我們先來(lái)探討第一個(gè)，也就是新建項(xiàng)目的液化烴球罐，該怎么去設(shè)計(jì)注水系統(tǒng)呢？新建項(xiàng)目的一個(gè)最大好處就是我們可以隨心所欲地去設(shè)計(jì)，不像在役裝置那樣，改造就會(huì)受到種種制約和束縛。既然是新建項(xiàng)目，那么我們就可以最大程度地去保證注水系統(tǒng)的安全性和可執(zhí)行性。為了方便大家參考，我直接采用示意圖說(shuō)明，形象化的圖示比繁瑣的語(yǔ)言更容易讓人理解。
對(duì)于新建的球罐來(lái)說(shuō)，我把注水系統(tǒng)設(shè)計(jì)分成兩種方案A、B和C，分別如下圖：
方案A：注水管線(xiàn)采用獨(dú)立的一根管線(xiàn)，直接和儲(chǔ)罐連接，管線(xiàn)上設(shè)置罐根閥+單向閥+注水操作閥(可遠(yuǎn)程操作)，其中罐根閥常開(kāi)，注水操作閥常關(guān)。方案A的優(yōu)勢(shì)在于注水線(xiàn)不受工藝介質(zhì)管線(xiàn)的影響，注的消防水能直接通到罐內(nèi)，并且注水線(xiàn)的管道尺寸和壓力等級(jí)可以單獨(dú)設(shè)計(jì)，注水量能得到保證。方案A的劣勢(shì)在于，在球罐上多了一個(gè)開(kāi)孔，并且相連接的管線(xiàn)閥門(mén)法蘭都成了潛在的泄漏源。
方案B：注水管線(xiàn)不直接和儲(chǔ)罐相連，而是通過(guò)接入儲(chǔ)罐的工藝介質(zhì)管線(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)消防水的注入，管線(xiàn)在接入工藝管道之前設(shè)置一道單向閥和注水操作閥。方案B的優(yōu)勢(shì)在于，減少了儲(chǔ)罐罐壁的開(kāi)孔，減少了潛在的泄漏源。方案B的劣勢(shì)在于注水系統(tǒng)會(huì)受到工藝介質(zhì)管線(xiàn)狀態(tài)的干擾，比如工藝介質(zhì)管線(xiàn)上的緊急切斷閥內(nèi)漏或者失效，造成緊急切斷閥關(guān)不嚴(yán)，此時(shí)消防水就會(huì)串入管道下游，污染整個(gè)物料。還有一個(gè)容易忽略的是，球罐的緊急切斷閥一般是和罐液位聯(lián)鎖，而不是和罐底法蘭的泄露聯(lián)鎖，所以只要罐液位不報(bào)警，緊急切斷閥是不會(huì)自動(dòng)切斷的。如果罐底大法蘭發(fā)生泄漏，除非氣體檢測(cè)報(bào)警或者人員巡檢發(fā)現(xiàn)，然后再人工關(guān)閉該緊急切斷閥，然后打開(kāi)注水操作閥，才能實(shí)現(xiàn)有效的注水。這種一連串的操作，很容易導(dǎo)致疏忽大意，節(jié)外生枝，存在很大的現(xiàn)實(shí)風(fēng)險(xiǎn)。而方案A則不用考慮工藝管道的緊急切斷閥狀態(tài)，哪怕緊急切斷閥忘了關(guān)或者失效，也不影響消防水注水球罐。最后方案B還有一個(gè)細(xì)節(jié)需要注意，那就是注水線(xiàn)的接入點(diǎn)一定要選擇在緊急切斷閥和罐根之間，不能接入到緊急切斷閥的下游，那樣一旦緊急切斷閥關(guān)閉，注水系統(tǒng)就失效了，形同虛設(shè)。
方案C：注水管線(xiàn)通過(guò)接入罐底部人孔蓋上的排污管線(xiàn)實(shí)現(xiàn)注水。該方案在很多企業(yè)里確實(shí)存在，方案C的優(yōu)勢(shì)在于，既避免了罐壁上開(kāi)孔，也不受工藝介質(zhì)管線(xiàn)狀態(tài)的干擾。看起來(lái)相對(duì)比較完美，但是這種方案的劣勢(shì)在于人孔蓋上的排污管線(xiàn)，一般和切水管線(xiàn)都是同一根管線(xiàn)，所以管道的尺寸一般不會(huì)太大，常見(jiàn)的DN50-DN80之間，注水量很可能是不滿(mǎn)足的，所以采用方案C，前提是必須注水量計(jì)算通過(guò)，否則無(wú)法適用。
以上A、B和C三種方案都各有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，在此我列出來(lái)僅供大家參考，經(jīng)驗(yàn)豐富的工程公司可能會(huì)有更完美的D方案。但是不管采用哪種方案，注水系統(tǒng)的設(shè)置原則一定是簡(jiǎn)單、實(shí)用，副作用最低的原則。
說(shuō)完了新建項(xiàng)目球罐的注水系統(tǒng)設(shè)置，我們接下來(lái)就重點(diǎn)談?wù)勗谝矍蚬薜淖⑺到y(tǒng)設(shè)置問(wèn)題，這也是目前大家最為關(guān)注的一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)槟壳斑€有很多球罐并未設(shè)計(jì)注水系統(tǒng)，或者現(xiàn)有的注水系統(tǒng)有這樣或那樣的問(wèn)題，導(dǎo)致不能實(shí)現(xiàn)應(yīng)有的注水功能，且每個(gè)專(zhuān)家對(duì)此也有不同的觀點(diǎn)和解讀，所以造成了大部分企業(yè)不知道該怎么去改造球罐的注水系統(tǒng)。在役裝置的改造的最大困難，就是現(xiàn)場(chǎng)受到了太多的制約因素，包括管線(xiàn)位置，動(dòng)火作業(yè)，倒罐清理等等，太多的因素讓企業(yè)在改造的過(guò)程中困難重重，畏首畏尾。我們就來(lái)逐個(gè)分析一下。
首先，注水口的選擇。在役儲(chǔ)罐的注水口不可能選擇在罐體上新開(kāi)一個(gè)孔了，因?yàn)榈睬蚬?，基本上屬于第三?lèi)壓力容器，對(duì)罐體的任何變更，都牽涉到壓力容器的重大變更，整個(gè)流程跑下來(lái)繁瑣不說(shuō)，關(guān)鍵是后期的壓力試驗(yàn)，包括氣壓試驗(yàn)，都是非常危險(xiǎn)的，所以如果只是為了增加一個(gè)注水系統(tǒng)而對(duì)球罐本體大動(dòng)干戈的話(huà)，在我看來(lái)是得不償失的，所以不建議直接在罐體上開(kāi)孔。另外球罐的鋼板壁厚都非常厚，一般40mm-50mm左右，焊接的話(huà)，為了焊縫的均勻，勢(shì)必要做熱處理，稍微不慎的話(huà)，焊縫缺陷就很難消除，這對(duì)于高壓容器是非常危險(xiǎn)的。
其次，既然在儲(chǔ)罐本體上新開(kāi)注水口不太現(xiàn)實(shí)，那么采用已有的管線(xiàn)也就成了在役球罐注水改造的現(xiàn)實(shí)選擇。這個(gè)現(xiàn)實(shí)選擇很多企業(yè)是不盡相同的，因?yàn)槊考移髽I(yè)的球罐工藝進(jìn)出口管道是不太一樣的，這里面影響最大的一個(gè)區(qū)別就是球罐進(jìn)出口管道上罐根閥和緊急切斷閥的布置問(wèn)題。根據(jù)布置狀況的不同，我把在役裝置的球罐按照工藝管道進(jìn)出口閥門(mén)的不同配置，按圖分為A、B、C三種類(lèi)型，如下圖：
對(duì)于類(lèi)型A：由于帶聯(lián)鎖的緊急切斷閥就安裝在罐根，所以這種情況下注水管線(xiàn)是無(wú)法接到工藝介質(zhì)管線(xiàn)上的，因?yàn)橐坏┚o急切斷閥由于其他原因而聯(lián)鎖關(guān)閉，同時(shí)也就切斷了注水的通道，所以這個(gè)是行不通的，可行的方案就是將該緊急切斷閥變更為非聯(lián)鎖的切斷閥，然后再在遠(yuǎn)端重新切割管道后安裝一個(gè)新的緊急切斷閥，然后將注水接入點(diǎn)選擇在緊急切斷閥和罐根閥之間，如下圖。
方案B和方案C：基本上差別不大，只要將注水點(diǎn)接入到緊急切斷閥和罐根之間就可以了，但是唯一的不同就是施工方案，方案B由于有罐根閥，可以在閥門(mén)處加盲板，不需要清罐。方案C無(wú)法安裝盲板，故需要清罐，施工周期較長(zhǎng)。但是我的建議，企業(yè)盡量在清罐檢修的時(shí)候，進(jìn)行施工焊接作業(yè)。液化烴球罐帶料動(dòng)火的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)太大了，不到萬(wàn)不得已，一定不要這樣干。
上述兩張圖中的A、B、C方案，不管采用哪一種，有一個(gè)控制方面的細(xì)節(jié)，我要強(qiáng)調(diào)一下，就是遠(yuǎn)程操作注水操作閥的時(shí)候，一定要同時(shí)確保工藝管線(xiàn)上的緊急切斷閥保持關(guān)閉狀態(tài)，這個(gè)最好的方法，是在控制系統(tǒng)中增加一個(gè)二者之間的狀態(tài)聯(lián)鎖，即當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到注水操作閥打開(kāi)動(dòng)作時(shí)，聯(lián)鎖關(guān)閉緊急切斷閥，且此聯(lián)鎖具有最高優(yōu)先權(quán)。因?yàn)樽⑺^(guò)程中，一旦緊急切斷閥打開(kāi)的話(huà)，消防水就串入工藝管道下游了，壓力分流之后，就不能保證球罐泄露處的注水壓力了。
以上內(nèi)容講解了在役球罐注水改造中關(guān)于注水接入點(diǎn)的選擇，由于注水系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)體系，而注水接入點(diǎn)只是末端的一個(gè)節(jié)點(diǎn)而已，出了這個(gè)節(jié)點(diǎn)，還有一個(gè)普遍且重要的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，那就是消防水的動(dòng)力源，我們知道，化工企業(yè)廠區(qū)的消防水系統(tǒng)一般壓力為8kg/cm2~10kg/cm2，而作為注水用的消防水，必須操作壓力要達(dá)到15kg/cm2~20kg/cm2，才能成功注入到液化烴球罐內(nèi)，所以怎么給消防水提壓，也是一個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題。
目前大多數(shù)企業(yè)的普遍做法，無(wú)外乎兩種。第一種，就是設(shè)置單獨(dú)的注水增壓泵，將來(lái)自消防水管網(wǎng)或其他渠道的消防水進(jìn)一步增壓后進(jìn)入注水管道，第二種，就是采用該液化烴球罐的工藝泵，將消防水管網(wǎng)作為其中一個(gè)支管接入到工藝泵的入口，然后通過(guò)工藝泵實(shí)現(xiàn)消防水的增壓，增壓后進(jìn)入注水管道，如下圖。
采用專(zhuān)用泵注水的話(huà)，優(yōu)勢(shì)在于，可以更好地單獨(dú)進(jìn)行操作控制，不用考慮工藝泵狀態(tài)的影響。并且消防水源管線(xiàn)可以采用固定管線(xiàn)，直接從消防水源處接入，比半固定式接頭效率更快。半固定式接頭，前期是需要花費(fèi)一定的時(shí)間，將消防水帶接到半固定式消防接頭上的。其劣勢(shì)在于，改造費(fèi)用較高，施工周期較長(zhǎng)，但這很難說(shuō)是一個(gè)劣勢(shì)。
采用工藝泵實(shí)現(xiàn)增壓的話(huà)，是否可行是需要進(jìn)行核算的，包括泵的工藝參數(shù)，額定流量，壓頭等都必須滿(mǎn)足注水系統(tǒng)的要求。更為關(guān)鍵的是，如果采用工藝泵的話(huà)，消防水管線(xiàn)只能采用半固定消防接頭，當(dāng)然如果采用固定管線(xiàn)連接至消防水源的話(huà)，一旦閥門(mén)內(nèi)漏的話(huà)，工藝介質(zhì)會(huì)串入消防水源，這些易燃易爆的介質(zhì)一旦串入到消防水系統(tǒng)的話(huà)，后果是相當(dāng)嚴(yán)重的。此前曾經(jīng)發(fā)生過(guò)換熱器內(nèi)漏，造成易燃易爆介質(zhì)串入到冷卻水系統(tǒng)，最終造成冷卻水塔爆炸的事故。
以上全部?jī)?nèi)容就是筆者關(guān)于目前液化烴球罐注水系統(tǒng)的一個(gè)觀點(diǎn)和建議，也是參考了中石化和中石油的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)之后，總結(jié)出來(lái)的一點(diǎn)淺見(jiàn)。最后筆者要說(shuō)的是，球罐的注水系統(tǒng)只是！只是！只是解決球罐罐底部法蘭泄露的一個(gè)臨時(shí)應(yīng)急措施，它只是確保泄露出來(lái)的是無(wú)害的消防水，而不是易燃易爆的介質(zhì)。但是！但是！但是它解決不了泄露本身的問(wèn)題。所以！所以！所以，怎么去解決泄露這個(gè)根本問(wèn)題，才是接下來(lái)最為關(guān)鍵的。那么目前在工程實(shí)踐中又有哪些可行的解決方案呢？敬請(qǐng)大家持續(xù)關(guān)注昌暉儀表網(wǎng)，筆者會(huì)在后續(xù)文章中繼續(xù)分享探討。
作者：閆長(zhǎng)嶺
