常壓低溫液體平底儲罐主要風險因素分析

1、常壓低溫液體平底儲罐主要風險因素分析 中國科技期刊數(shù)據(jù)庫 科研 繆 越 張行東 中國空分設備，浙江 杭州 310051 摘要：簡要介紹了空分裝置中配套的常壓低溫液體平底儲罐的各種風險因素，著重分析了因液體過量充裝、氣體超壓、管道柔性不夠、部件失效和操作不當?shù)榷l(fā)的罐底破壞、管道損壞、罐頂破裂以及承受外壓罐體失穩(wěn)等現(xiàn)象，明確提出了針對不同情況的應對措施和解決方案，為常壓低溫液體平底儲罐在設計、運行和操作中提供了詳細系統(tǒng)且行之有效的注意事項和參考依據(jù)。 關鍵詞：低溫液體平底儲罐；風險；失效；超壓；外泄；外壓 中圖分類號：TU996.71 文獻標識碼：A 文章編號：1671-5780（2015）5

2、7-0311-03 引言 近年來，隨著空分裝置的規(guī)模和產能不斷提升，配套的大型常壓低溫液體平底儲罐的容量也相應的增加，另外，低溫液體平底儲罐也是確保裝置可靠性和穩(wěn)定性的一個有效手段，有些裝置設計甚至已經(jīng)把空分主裝置與低溫液體平底 儲罐融為一體1 。因此，我們必須要充分考慮到低溫液體平底儲罐存在的相關潛在風險，并采取有效的防治措施加以控制。以下將結合空分公司多年的設計實踐，對低溫液體平底儲罐（以下簡稱平底儲罐，平底儲罐典型結構示意圖見圖1，平底儲罐典型流程圖見圖2 ）風險因素加以詳細的分析。 圖1 平底儲罐典型結構示意圖 PSV01-02內槽超壓-真空防護裝置 PSV03外槽超壓欠壓防護裝置 P

3、SV04過量充裝防護裝置 PSV05-06安全閥 PSV07環(huán)形空間密封氣安全閥 PCV01-02內槽壓力控制閥 PCV03外槽壓力控制閥 HS01遠程操作緊急隔離閥 LT01-02內槽液位測量裝置 PI壓力指示器PT壓力變送器 1平底儲罐風險因素分析及應對措施 目前，配套空分裝置的平底儲罐容積一般在4006000m3 ，其中存儲大量的低溫液體，主要為液氧、液氮和液氬等液體介質。平底儲罐分內、外兩層，內罐一般采用不銹鋼材質，工作壓力在520kPa，工作溫度在-190左右；外罐工作壓力在，工作溫度同環(huán)境溫度。 平底儲罐的正常運行對裝置和企業(yè)的穩(wěn)定生產是一個有效的保障手段，然而，平底儲罐若出現(xiàn)損壞

4、，將帶來巨大 的風險甚至危害2 。平底儲罐損壞屬于災難性事件，將導致 重大后果，風險范圍可能延續(xù)數(shù)千米3 。液氧、液氮和液氬在標準狀態(tài)下的沸點分別為-183、-196和-186（表1、 氧、氮和氬的特性），容易凍傷人員、凍壞設備。氣態(tài)氧、氣態(tài)氬比空氣重，氣態(tài)氮比重接近空氣，這樣容易在坑道、溝渠中或地面上積聚。低溫液體在常溫環(huán)境中汽化，產生的大量氣化云霧，造成視線受阻，產生事故。液氧（純氧）是強氧化劑和極強助燃物，遇明火或可燃物極易易產生劇燃和爆炸。同時，氮氣和氬氣可致人迅速窒息，氣化的液氮、液氬容易形成缺氧區(qū)域，對人員造成很大傷害，一旦出現(xiàn)氧含量低于21%的所有情況應被視為具有危險性。 圖2

5、平底儲罐典型流程圖 導致平底儲罐低溫液體外泄的主要因素有兩個，一個為內罐破裂；另一個為平底儲罐液位以下的管道破裂。此類事故可以被視為平底儲罐可能發(fā)生的最嚴重的事故。如果發(fā)生這類事故，平底儲罐的內容物（即：低溫液體）可能在幾小時內全部損失。 2015年57期 311 學術論壇 圖3 平底儲罐低溫液體外泄 導致低溫液體泄漏的內罐破裂主要表現(xiàn)在指內罐底板的破裂。內罐底板破裂后，低溫液體將不受控制的從破裂處持續(xù)流出，最終會導致整罐低溫液體全部泄出，產生不可估量的嚴重后果。 致使內罐底板破裂的原因，是由于儲罐罐壁所受到的上升力大于儲罐本體向下的重力等，從而引發(fā)儲罐錨帶斷裂，錨帶斷裂后，儲罐罐壁在上升力的

6、作用下繼續(xù)向上，引起儲罐底板變形，最終導致破裂。導致這種情況的原因： （1）液體的過量充裝 如果平底儲罐的過量充裝保護系統(tǒng)未起作用，儲罐內部液位有可能升高至內罐頂部的安全閥處。此時內罐拱頂受到向上的液體壓力作用，液體壓力可能超出罐體設計壓力幾倍之多，安全閥在過量充裝時無法起到超壓保護作用。在內罐拱頂受到巨大的向上的液體壓力作用下，儲罐內罐罐壁將向上抬升，最終導致內罐錨帶由于應力值過大而斷裂，內罐錨帶斷裂后，進一步導致儲罐底板發(fā)生破裂。 應對措施： 設置平底儲罐高液位聯(lián)鎖，當儲罐液位達到設計液位100%時，應聯(lián)鎖自動關閉進入儲罐的液體供應。在儲罐上安裝一個溢流系統(tǒng)，這個系統(tǒng)應能夠容納全部液體流入

7、量并且能夠將全部液體流入量排放到安全的位置。 （2）罐內氣體超壓 異常的運行條件可能導致平底儲罐超壓，例如初始冷卻（冷卻速度過快導致低溫液體大量蒸發(fā)）、長期運行導致保溫材料沉降（保溫材料沉降后，儲罐保溫效果下降，低溫液體蒸發(fā)率提高）、儲罐自增壓器工作異常（自增壓器管路上閥門失效打開）以及大氣壓力的突然降低等。由于平底儲罐罐頂?shù)倪B接一般要強于錨帶，因此平底儲罐超壓將主要作用于平底儲罐的錨固系統(tǒng)，錨固系統(tǒng)的破壞最終會導致平底儲罐底板發(fā)生破裂。 應對措施： 平底儲罐必須嚴格按照相關的標準進行仔細的設計與分析。平底儲罐內罐必須至少安裝兩個100%容量壓力防護裝置以提供超壓防護，并且建議將平底儲罐的壓力

8、防護裝置安裝在不同的儲罐引出接管上，對于安裝兩個壓力保護裝置的低溫儲罐，應確保一次只有一個壓力防護裝置可以被隔離以便進行檢修，并確保另一個壓力防護裝置始終處于運行狀態(tài)。必須安裝一個自動壓力控制系統(tǒng)，以確保壓力能夠受控釋放。 （3）儲罐液位以下的管道破裂 造成儲罐液位以下的管道破裂的主要原因有罐體與管道之間的相對運動（例如內罐超壓導致的內罐罐壁向上抬升、夾層超壓導致的外罐罐壁向上抬升等）引起管道變形不協(xié)調，導致管道破裂；管道設計柔性不夠；泡沫玻璃磚被壓垮而導致的內罐下沉；低溫液體泵發(fā)生火災事故等。 另外，地震也會對儲罐的錨固系統(tǒng)甚至對平底儲罐本體造成破壞（例：罐體發(fā)生屈曲，導致罐壁產生“象足”現(xiàn)

9、象），這將導致上述的儲罐罐底破裂或者儲罐液位以下的管道破裂。 312 2015年57期 應對措施： 管道設計柔性足夠，確保罐體和管道之間無相對運動。必須在大于等于DN50的平底儲罐液體配管上安裝緊急切斷閥。緊急切斷閥必須設置與停泵的緊急按鈕聯(lián)鎖。緊急按鈕位置應設置于槽車充裝點、平底儲罐的安全區(qū)域內（遠離泵），遠程位設置于控制室內（發(fā)生重大溢漏時）。 罐頂壓縮環(huán)失效和罐頂罐壁連接處破裂 圖4 罐頂壓縮環(huán)失效和罐頂罐壁連接處破裂 由于氣相超壓會導致內罐罐頂?shù)膲嚎s環(huán)失效和連接處破裂，同時波及至外罐出現(xiàn)破裂。此處失效將導致儲罐氣相空間的因泄放突然降壓，罐內氣體和珠光砂的外泄。但是此處的損壞一般不會導致

10、低溫液體的泄漏。 應對措施：加強設計、制造與使用的監(jiān)督管理。 1.3 罐體承受外壓 平底儲罐外送液體速度過快、壓力真空安全閥失效、自增壓系統(tǒng)失效、液體進罐時溫度過低導致氣相空間氣體冷凝、建造過程中充填珠光砂、儲罐密封氮氣吹掃系統(tǒng)故障等，都有可能導致罐體承受外壓。罐體承受外壓可導致罐壁及頂部抬高，并進一步導致內罐和外罐之間的管道受到損壞；也可導致大氣組分對平底儲罐內部介質造成污染，更嚴重的情況 將導致平底儲罐失穩(wěn)垮塌失效。 圖5 平底儲罐失穩(wěn)垮塌失效 應對措施： 設置自增壓系統(tǒng)。自增壓系統(tǒng)通常采用汽化后的液體產品，將汽化后的氣體加入容器的氣相空間來提高儲罐壓力。安裝壓力真空安全閥，在出現(xiàn)不可接受

11、的真空狀態(tài)時，允許大氣空氣進入儲罐氣相空間。自增壓系統(tǒng)應避免壓力真空安全閥的運行。如果壓力真空安全閥運行，儲罐將受到污染。運行操作過程中，嚴格按規(guī)程進行。對于壓力等參數(shù)出現(xiàn)的異常情況，需進行記錄并徹底調查，找出原因。密封氮氣吹掃系統(tǒng)在設計上必須最大限度考慮的減輕導致外罐超壓故障的風險。建議安裝2個夾層泄壓裝置，對夾層氣體壓 中國科技期刊數(shù)據(jù)庫 科研 力或密封氮氣流量進行監(jiān)控；安裝一個直徑為600毫米的重力封閉蓋板（超壓時打開），提供一個足夠大的排放開口用以減輕泄壓時的珠光砂堵塞風險，同時也可作為提供檢查和填充珠光砂的通道。 1.4 空氣冷凝 平底儲罐的內壁外側，通常處于能夠將空氣冷凝的溫度水平

12、，冷凝后的液化空氣中含氧量大約在40%的水平上（見表二、一個大氣壓下空氣在不同溫度下冷凝情況）。當冷凝液從平底儲罐壁上緩慢下滴時，冷凝液可能進一步蒸餾，從而形成富氧積液區(qū)（另外，所有的平底儲罐-指空分系統(tǒng)配套的低溫液體平底儲罐也處于可以將二氧化碳和水冷凝成固體的水平），這是一種風險現(xiàn)象，存在液體運動突然蒸發(fā)和壓力釋放風險，同時也說明大量的熱量滲入平底儲罐，并進一步導致平底儲罐保溫性能降低。 凝，只要低壓氮氣壓力低于平底儲罐內儲存液體的平衡壓力，即使在液氮儲罐上也不會冷凝。為防止空氣冷凝等現(xiàn)象發(fā)生，必須始終使用低壓干燥氮氣對所有的平底儲罐內外罐之間的環(huán)形空間進行吹掃，保持微正壓進行密封。檢修如需

13、進入平底儲罐保溫夾層的，要求持有封閉空間進入許可證，并且需對環(huán)形空間中的氧含量進行測試。環(huán)形空間保溫層形成積液區(qū)的，必須注意避免液池突然移動。 1.5 其他風險因素 排球比賽、籃球比賽，或者參加戶外拓展活動，既可以讓各個部門加強溝通聯(lián)系，也可以鍛煉館員們的身體素質，一舉多得。 3.4 多對館員進行定期培訓 人類社會步入知識經(jīng)濟時代，在現(xiàn)代科學技術迅猛發(fā)展的今天，圖書館必須要創(chuàng)造條件讓每個館員都能有針對性地自我補充和自我更新知識和技能。通過自學培訓、實際操作等方式，來進行知識和技能的更新。對于計算機應用能力和網(wǎng)絡技術能力不足這方面來說，應該進行定期專門的培訓，由初級到高級慢慢延伸，讓館員們慢慢學

14、習，慢慢消化這些知識和技能的應用操作。讓新員工帶動老員工，幫助老員工學習，充分利用計算機、網(wǎng)絡技術。 3.5 具備創(chuàng)新素質 圖書館館員必須要有開拓進取、敢于創(chuàng)新的精神，只有創(chuàng)新才能取得進步。只有在工作中能夠運用創(chuàng)造性思維，勤于思考，善動腦筋，敢于破除各種舊觀念，積極探索有利于圖書館事業(yè)可持續(xù)發(fā)展的新理論、新機制、新領域，圖書館的事業(yè)發(fā)展才能不斷取得新成績，才能不斷滿足社會發(fā)展的需要。近些年來，圖書館的發(fā)展變化，其實都是源于創(chuàng)新，要善于發(fā)現(xiàn)一些新技術新方法，敢于把這些方法在工作得以實踐。最近，太原理工大學圖書館新開通了微信平臺，這就是一種創(chuàng)新，較之以往又邁出了新的一步。所以說，圖書館的每一步發(fā)展

15、，都需要每一位館員具備創(chuàng)新素質。 平底儲罐運行過程中，除以上存在的風險因素外，還可能存在如下風險因素：，窒息性氣體（氮氣、氬氣）或富氧氣體的放散；儲罐頂部墜落的物體（例如維修工具和冰，從儲罐頂部墜落的物體可能導致設備嚴重損壞）；起重機或車輛與平底儲罐或其輔助系統(tǒng)相撞（可能導致平底儲罐出口管路截斷破裂）；儲罐珠光砂保溫材料損失等。 應對措施： 必須將所有的窒息性或富氧氣體排放到安全位置，必須考慮到所有天氣條件下的窒息性或富氧氣氛的煙羽范圍。平底儲罐頂部的所有欄桿都必須安裝踢板或金屬絲網(wǎng)。必須對車輛通道進行評估并且采取相應的預防措施以防止相撞。針對儲罐珠光砂保溫材料損失，應加強對平底儲罐壓力的監(jiān)測

16、，并且對平底儲罐壓力升高進行排放。 2 結束語 本文結合本公司多年以來的低溫液體平底儲罐的設計實踐，對低溫液體平底儲罐可能存在的風險因素進行了分析?？赡艽嬖诘闹饕L險有儲罐本體（包括管道）失效導致的風險，也有操作和使用過程中帶來的風險，更有外部不可控因素導致的風險等，并針對各種風險提出了相應的應對措施。低溫液體平底儲罐儲存了大量的低溫液體，它的安全對企業(yè)的正常運行和穩(wěn)定生產提供了有力的保障。從本文的分析也可看出，低溫液體平底儲罐的風險涉及到方方面面，低溫液體平底儲罐的安全需要有參與到低溫液體平底儲罐的各方如設計、制造、運行、維護、使用等共同努力予以保證。 參考文獻 1毛雪東，張杰，周凱崧，王明

17、富.基于實體模型的低溫液體儲罐有限元結構分析J.化工學報，2010，61（5）：1107-1111. 2吳全龍.低溫液體儲罐爆破片失效原因分析J.石油化工設備，2012，41（3）：18-21. 3孫雅卓.低溫液體儲罐的安全使用及定期維護J.中國化工貿易，2013（3）：88. 3.6 加大投入，積極開展學術研究活動 圖書館各級領導應全力重視館員素質的提高，充分認識到館員在圖書館工作中的作用，加強對館員的培養(yǎng)和教育，在意識上進一步加大對館員的培養(yǎng)力度，積極提供各種可以學習和進修的機會，以提高他們的文化知識和業(yè)務知識水平。而且要在教學科研上加大投入，開展各種學術研究活動，引導和開發(fā)圖書館館員的積極性和創(chuàng)造性，進一步為建設圖書館的現(xiàn)代化事業(yè)培養(yǎng)和提供更好更多的復合型高素質人才，以適應科技信息飛速發(fā)展的需要。 4 結束語 總之