武漢江漢化工設(shè)計有限公司 武漢 430223

周建振 中國五環(huán)工程有限公司 武漢 430223

隨著石油化工行業(yè)的不斷發(fā)展，越來越多的腐蝕性工藝介質(zhì)被廣泛應(yīng)用于化工生產(chǎn)，常見的酸堿有鹽酸、硫酸、硝酸，氫氟酸、氫氧化鈉等。為便于工廠管理，通常設(shè)置一個酸堿罐區(qū)用于存放這些呈酸性或堿性液體介質(zhì)，酸堿罐區(qū)作為工廠的一個重要組成部分，長周期的安全穩(wěn)定運行也成為現(xiàn)代化工廠的一個重要關(guān)注點。

本文結(jié)合某石油化工項目中的酸堿罐區(qū)的管道設(shè)計和布置設(shè)計，分析罐區(qū)儲罐、管道及機(jī)泵等方面的設(shè)計要點，從設(shè)備、管道布置設(shè)計方面統(tǒng)籌考慮，做到在滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的前提下，使酸堿罐區(qū)布置合理、操作簡單，安全運行以及投資合理。

1 罐區(qū)的劃分

在石油化工裝置中，罐區(qū)起著承上啟下的作用。按用途劃分，通?？蓪⒐迏^(qū)分為原料罐區(qū)、中間原料罐區(qū)、成品罐區(qū)。原料罐區(qū)用于連續(xù)穩(wěn)定地供給主裝置正常生產(chǎn)所需的各種原輔材料；中間原料罐區(qū)用于儲存半成品，能在上下游裝置之間起到緩沖作用，當(dāng)上、下游裝置出現(xiàn)緊急停車或者短期停車時，可利用中間原料罐區(qū)內(nèi)貯存的中間原料、中間成品來維持工廠的連續(xù)生產(chǎn)，避免短期的停車帶來不必要的浪費；成品罐區(qū)用于承接主裝置輸出的產(chǎn)品，當(dāng)產(chǎn)品價格出現(xiàn)波動或者整個市場低迷，暫時無法銷售時，可以暫存起來。由此可見，罐區(qū)對于整個化工裝置的長周期穩(wěn)定運行至關(guān)重要。

2 酸堿罐區(qū)的重要性

在現(xiàn)代大型的石油化工企業(yè)中，酸堿通常作為原輔料來供給工藝主裝置，如用于調(diào)整脫鹽水、鍋爐水及部分工藝裝置的PH值等，降低工廠內(nèi)部工藝及公用工程管道、設(shè)備的腐蝕速率。因此腐蝕性液體罐區(qū)對于整個化工裝置的長周期的穩(wěn)定運行、達(dá)標(biāo)排放等至關(guān)重要。為便于工廠統(tǒng)一管理，通常根據(jù)工廠對于相關(guān)酸堿的需求設(shè)置統(tǒng)一的酸堿罐區(qū)。儲罐的數(shù)量及容量根據(jù)每日消耗及相應(yīng)的運輸方式進(jìn)行設(shè)計；酸堿罐區(qū)的布置既要考慮原料運輸?shù)谋憷?，同時又要靠近用戶裝置降低工廠內(nèi)部輸送的動力消耗，節(jié)約管道材料等。因此在全廠總圖布置過程中，應(yīng)充分考慮罐區(qū)的合適位置。

3 酸堿罐區(qū)布置分析

3.1 酸堿罐區(qū)布置實例

(1)案例一。4臺500m3含硫酸15g/L的酸性廢水罐罐區(qū)，見圖1。

圖1 酸性液體罐區(qū)設(shè)備布置

4臺酸性廢水罐呈排沿一條中心線布置在防護(hù)堤內(nèi)，將4臺酸性廢水罐對應(yīng)的輸送泵布置在儲罐的一側(cè)，為便于輸送泵的檢修，通過隔堤將輸送泵與儲罐分開。隔堤內(nèi)均設(shè)有地溝和集水井用于收集地面沖洗水和雨水。

(2)案例二。 1臺25m398%(wt)的硫酸罐，1臺25m375%(wt)的硫酸罐，4臺50m3TMAH(四甲基氫氧化銨)儲罐和1臺30m3TMAH再生儲罐，1臺22m3氫氧化鈉溶液儲罐。

此罐區(qū)同時儲存有酸、堿性液體的罐區(qū)，見圖2。

圖2 酸、堿性液體罐區(qū)設(shè)備布置

結(jié)合該罐區(qū)在總圖中的位置及占地，所有儲罐呈2排沿兩條中心線布置在防護(hù)堤內(nèi)，根據(jù)工藝流程及工藝介質(zhì)的腐蝕性不同，需明確防腐分區(qū)，故在布置上將罐區(qū)從西到東依次分為酸性貯罐區(qū)和堿性貯罐區(qū)，且以隔堤分開。其中酸性貯罐區(qū)含1臺98%(wt)硫酸貯罐、1臺75%(wt)硫酸貯罐，對應(yīng)的硫酸輸送泵布置在硫酸貯罐的南側(cè)，且設(shè)有隔堤與硫酸貯罐分開；堿性貯罐區(qū)包括4臺25%TMAH成品貯罐、4臺堿區(qū)預(yù)留設(shè)備、1臺25%TMAH再生液貯罐、1臺40%NaOH貯罐，其配套泵均布置在貯罐南側(cè)，且泵組與貯罐間均設(shè)有隔堤。由于本罐區(qū)儲存的介質(zhì)為腐蝕、有毒介質(zhì)，隔堤內(nèi)均設(shè)有管溝，根據(jù)工藝要求用于密閉收集儲罐及管線的低點排液。同時隔堤內(nèi)均設(shè)有地溝和集水井用于收集地面沖洗水和雨水。

3.2 酸堿罐區(qū)儲罐布置要點

基于上述兩個案例，總結(jié)酸堿罐區(qū)的布置要點：

(1)在全廠總圖布置時，酸堿儲罐宜集中布置，充分考慮物料進(jìn)出方便，同時對于后期有改擴(kuò)建要求的罐區(qū)，應(yīng)在罐區(qū)布置設(shè)計過程中一并考慮。且對于酸堿罐區(qū)，不宜布置在人流較多的道路或主要生產(chǎn)設(shè)施附近。

(2)儲罐區(qū)的地面防腐應(yīng)根據(jù)《工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計規(guī)范》GB50046-2008，考慮儲存介質(zhì)對建筑物材料的腐蝕等級，合理選擇耐腐材料。當(dāng)同時存在強(qiáng)弱酸或強(qiáng)弱堿，如案例二中的氫氧化鈉和TMAH，堿性罐區(qū)的防腐區(qū)面積又不大，且工藝上允許其廢液集中收集，則強(qiáng)弱酸或強(qiáng)弱堿之間可不考慮設(shè)隔堤，便于后期采購和施工，防腐材料可統(tǒng)一按高等級考慮。對于防腐區(qū)面積較大工程，為了節(jié)省防腐材料的投資或工藝上不允許廢液集中收集，在考慮界區(qū)內(nèi)強(qiáng)弱酸或強(qiáng)弱堿罐區(qū)的具體布置時，應(yīng)針對儲罐儲存介質(zhì)性質(zhì)的不同，將儲罐分開布置，并以隔堤隔開。

(3)罐區(qū)應(yīng)根據(jù)《石油化工工廠布置設(shè)計規(guī)范》GB50984-2014設(shè)防護(hù)堤，用于防止儲罐破裂時造成儲罐內(nèi)介質(zhì)的流出擴(kuò)散，減少影響范圍。防護(hù)堤內(nèi)的有效容積不應(yīng)小于罐組內(nèi)單個最大儲罐的容積，立式儲罐至防護(hù)堤內(nèi)腳線的距離不應(yīng)小于罐壁高度的一半。如案例一中四個500 m3酸性廢水罐布置在48m×18m的防護(hù)堤內(nèi)，根據(jù)一個最大儲罐破裂時泄漏的液體計算出防護(hù)堤的高度為0.8m，但是在部分工程設(shè)計中，如遇罐區(qū)所在土地資源比較緊張，導(dǎo)致計算出的防護(hù)堤高度過高，影響正常的生產(chǎn)過程中巡檢人員清楚觀察防護(hù)堤內(nèi)生產(chǎn)情況，則應(yīng)綜合權(quán)衡兩者利弊，選擇合適的方案。

(4)對于設(shè)置輸送泵的儲罐，考慮泵的檢修方便，防止檢修泵時儲罐泄漏對檢修人員及泵造成危害，應(yīng)對輸送泵設(shè)置獨立的隔堤，并將泵布置在儲罐的防護(hù)堤之外。當(dāng)泵布置在防護(hù)堤外距離儲罐較遠(yuǎn)時，應(yīng)該提醒工藝和機(jī)泵專業(yè)核實泵的汽蝕余量。

(5)為了處理罐區(qū)內(nèi)的地面沖洗水、消防水及實現(xiàn)雨水的清污分流，需設(shè)置地溝和集水井。罐區(qū)內(nèi)的初期雨水及地面沖洗水等腐蝕有毒污水應(yīng)經(jīng)閥門等控制裝置，以達(dá)到清污分流的目的；對于儲存腐蝕、有毒介質(zhì)的罐區(qū)，如設(shè)備或管道上設(shè)有低點排盡，應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的管溝進(jìn)行密閉回收。如案例二中考慮堿性的四甲基氫氧化銨為極毒物質(zhì)，罐區(qū)設(shè)備布置時考慮設(shè)置密閉收集的管溝，集水井中設(shè)置密閉收集桶，最后集中送出界區(qū)。

(6)應(yīng)根據(jù)防護(hù)堤和隔堤的高度，在罐區(qū)四周需設(shè)置跨防護(hù)堤的磚砌踏步，且每一罐組的不同方位均設(shè)置人行踏步，相鄰踏步之間距離不大于60m，便于操作人員翻越往來操作、巡檢及緊急情況下的逃生。

(7)由于酸堿罐區(qū)儲存的介質(zhì)都是對人體有灼傷(俗稱腐蝕)，對人體皮膚(包括眼睛和粘膜)有刺激、滲透、容易被皮膚組織吸收而損害內(nèi)部器官組織(俗稱有毒)的化學(xué)品，相應(yīng)的罐區(qū)15m半徑范圍內(nèi)均設(shè)置洗眼器，保證當(dāng)操作人員不慎接觸到腐蝕性介質(zhì)時可在最短時間內(nèi)沖洗，以減小對人的傷害。

(8)同一罐區(qū)內(nèi)，同時存在酸堿儲罐時，應(yīng)以隔堤分別設(shè)在兩個罐組。

3.3 酸堿罐區(qū)管道布置要點

(1)罐區(qū)管道的布置設(shè)計主要有埋地、管溝、沿地及架空敷設(shè)四種方式。其中沿地敷設(shè)是罐區(qū)目前常用方式，主要考慮到相對經(jīng)濟(jì)、便于檢修、不影響消防，且適用范圍較廣。但也有其局限性：占地大，且易與人行通道發(fā)生沖突，因此在罐區(qū)中隨處可見跨梯。

(2)架空敷設(shè)的優(yōu)點是布置占地小，不影響人行通道，布管走向自由度比較大，空間上的利用率高，可同時應(yīng)用于比較緊湊的安全物料管道；缺點是架空敷設(shè)往往受到罐區(qū)布置的限制，且容易影響罐區(qū)消防。

(3)儲罐的配管需具備足夠的柔性，以滿足儲罐基礎(chǔ)和泵基礎(chǔ)及防護(hù)堤之間不同沉降量和抗震要求。當(dāng)儲罐容積或重量較大時，根據(jù)罐區(qū)地質(zhì)情況，儲罐出口可考慮采用柔性軟管連接。

(4)對于大型罐區(qū)，為滿足消防要求，罐區(qū)配管不應(yīng)影響消防車從兩側(cè)到達(dá)罐區(qū)防護(hù)堤外。

(5)防火堤、防護(hù)堤和隔堤不宜作為管道支撐點。

(6)管道穿防護(hù)堤和隔堤處應(yīng)設(shè)鋼制套管，套管長度不應(yīng)小于防護(hù)堤和隔堤的厚度，且套管兩端應(yīng)做防滲漏的密封處理。

3.4 酸堿儲罐安裝高度的設(shè)計要求

(1)對于酸堿罐區(qū)，尤其是儲存強(qiáng)酸、強(qiáng)堿以及極度危害介質(zhì)的儲罐，若罐底采取塊體基礎(chǔ)，在生產(chǎn)過程中，設(shè)備底板出現(xiàn)漏酸，將無法發(fā)現(xiàn)并及時處理，故此類儲罐的基礎(chǔ)一般優(yōu)先采用條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)高度應(yīng)能夠保證操作工可進(jìn)入檢修查看。

(2)酸堿儲罐安裝高度還應(yīng)考慮輸送泵入口管道上過濾器抽芯以及導(dǎo)淋閥的操作空間要求。

4 結(jié)語

酸堿罐區(qū)作為石油化工廠的重要組成部分，其安全穩(wěn)定運行對于整個工廠的安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)運行至關(guān)重要，因此在儲罐的設(shè)備布置及管道布置設(shè)計中，應(yīng)綜合考慮安全、經(jīng)濟(jì)、美觀及方便操作與檢修。