HAZOP也需要定量計算-常壓儲罐壓力高的風險

HAZOP也需要定量計算

常壓儲罐壓力高的風險

作者：謝清 北京聯合普肯公司 HAZOP主席

原創文章，轉載請註明出處。

前言

近年來，隨著我國經濟的迅速發展，石化行業規模不斷擴大，中國已經成為世界上最大的化工產品生產國之一。但是隨著規模的不斷擴大，安全形勢卻日益嚴峻，行業事故不斷，尤其是隨著儲運罐區呈大型化、複雜化、整合化發展的趨勢，罐區帶來的風險日益增加，如今年發生的騰龍芳烴（漳州）有限公司“4。6”爆炸著火重大事故。針對罐區關注度高，影響面廣，一旦失控後果嚴重的特點，8月4日，國家安監總局印發了《油氣罐區防火防爆十條規定》，要求各企業嚴格執行。規定中有很多關於工藝引數偏差如壓力、溫度、液位的內容，下面我們就常壓儲罐的壓力高這個偏差展開討論。

討論前，我們先熟悉一下常壓儲罐的定義。一般來說，設計壓力小於或等於6。9kPa（罐頂表壓）的儲罐為常壓儲罐；設計壓力大於6。9kPa且小於0。1MPa（罐頂表壓）的儲罐為低壓儲罐；設計壓力大於或等於0。1MPa（罐頂表壓）的儲罐為壓力儲罐。

常壓儲罐風險分析

儲罐在操作時有時會出現非正常工況，如罐內加熱器損壞造成大量熱介質注入或儲罐遭遇外部火災使儲罐發生超壓事故，儲罐一旦發生事故，影響範圍大，持續時間長，事故處置難度大。為此常壓儲罐應考慮各種安全措施，以防事故的發生。

常壓儲罐超壓原因

除了罐內加熱器損壞造成加熱介質洩漏和外部火災的原因，還有其它的原因也會造成儲罐超壓。

液體進入儲罐。液體進入儲罐如果進料速度過快，會導致儲罐超壓。再者，如果進料溫度接近或高於罐內壓力下的沸點時，罐內也會超壓。

天氣變化。由於環境溫度升高或其它天氣變化，引起罐內液體蒸發、汽化加劇，會導致儲罐超壓。

化學反應。如往酸罐里加水，溫度上升蒸發成蒸汽導致超壓。

惰性氣封。對於有惰性氣體保護的儲罐，可以保護罐內物料不受汙染、維持儲罐內非爆炸性氣體環境。惰性氣封通常有一個供氣調節閥和一個背壓調節閥將罐內壓力維持在較窄的範圍內。一旦供氣調節閥故障會導致氣體大量進入儲罐或背壓調節閥故障關閉都會導致儲罐超壓。

安全措施

針對儲罐超壓我們可以採取安全措施，如儲罐採用弱頂設計，減少爆炸對罐體的損毀程度；可燃氣體探測器、火焰探測器監測；消防噴淋和泡沫滅火系統；儲罐的防火隔熱措施；罐區儲罐之間的間距符合設計規範等。

以上安全措施針對儲罐超壓都可採用，但不同原因所造成儲罐超壓，我們也可以採取不同的安全措施，如進料流速過快，我們從本質安全的角度，選用輸送泵和管徑時，應考慮物料的輸送流速，並核算背壓閥的通氣量是否足夠以保持罐內壓力穩定。外界環境溫度過高導致的儲罐超壓，則可以採取儲罐加保溫絕熱材料或塗刷防輻射塗料。

儲罐超壓的事故

儲罐或與儲罐相鄰的生產裝置一旦著火，相鄰的儲罐往往不能倖免，在外部火源的高溫炙烤下，造成儲罐著火甚至是爆炸，因此罐區發生事故一旦發生，就是“一大片”。典型的事故就是騰龍芳烴（漳州）有限公司“4。6”爆炸著火重大事故，二甲苯裝置加熱爐區域發生爆炸著火事故，導致二甲苯裝置西側約67。5米外的607號、608號重石腦油儲罐和609、610號輕重整液儲罐爆裂燃燒，使事故擴大。

針對儲罐超壓的工況，這些儲罐的洩壓設施設定是否合理呢？在罐區HAZOP審查中，有很多罐區的HAZOP審查都處於專案設計階段，我們需要判斷儲罐洩壓裝置的設定是否合理，甚至需要審查儲罐排氣量是否考慮了最大進料速度、洩壓裝置的洩放量是否足夠，在HAZOP審查會上組長一般會詢問設計人員考慮了火災工況、最大進料速度等工況了嗎？而對於具體的數值往往不太關心，僅僅回答有無的問題，HAZOP審查很有可能會遺漏相關的風險，因此HAZOP審查也需要定量計算。下面我們以儲罐洩放氣量計算來說明，在HAZOP審查中我們也可以透過定量的計算、驗證的方法來判斷洩壓設施是否符合安全效能要求。

洩放氣量的計算

按美國石油學會API2000《常壓和低壓儲罐的通氣》的規定，為防止儲罐內部發生超壓事故可採用以下措施：

（1）加大壓力閥的尺寸或增加壓力閥的數量。

（2）改進量油孔結構，使之在罐內超壓時可使緊急洩放的氣體將儲罐頂蓋向上推開，洩放罐內壓力。

（3）裝設緊急洩壓設施，如儲罐常用的緊急洩壓人孔。

（4）設定爆破片。

對於常壓儲罐遭遇外部火災的工況，如果溼潤面積大於260m2，按下列公式計算緊急洩放量

V=208。2FA0。82，（1）

其中F為環境係數，見表2；A為儲罐潤溼面積，m2。

如果溼潤面積小於等於260m2，根據表1中溼潤面積對應的緊急洩放氣量選取。

表1潤溼表面積與緊急洩放量關係

表2無冷卻裝置地上儲罐環境係數

序號

儲罐設計結構

保溫材料傳熱係數W/m2。K

保溫厚度cm

環境係數，F

1

無保溫金屬儲罐

0

1。0

2

保溫儲罐

22。7

2。5

0。3

3

保溫儲罐

11。4

5

0。15

4

保溫儲罐

5。7

10

0。075

溼潤面積的計算

常壓儲罐多為立式儲罐，地面佈置的其溼潤面積等於到地面高度9。14米那部分立式殼體的總表面積，儲罐底板面積不包括在內。而對於高架儲罐，其暴露於火災的底板面積則應計入儲罐溼潤面積，暴露於火災的底板面積取決於儲罐的直徑和離地高度，具體數值由工程計算得出。

計算例項

現有1臺3000m3無冷卻地面鋼製立罐，直徑為18。9m，罐體高度11。76m，設計壓力1。76kPa，保溫厚度50mm，保溫材料傳熱係數為11。4 W/m2。K。為確保儲罐在火災時罐內大量揮發的氣體能緊急洩放，按照API2000中的規定求出應在儲罐頂部安裝緊急洩壓人孔的規格尺寸及數量。

（1）求出溼潤面積

A=π×18。9×9。14=542。4m2

（2）按公式（1）計算，V=208。2FA0。82，F為無冷卻地面儲罐的環境係數，查表3，係數為0。15；A為潤溼面積經計算為542。4m2，則儲罐洩放量為

V=208。2×0。15×542。20。82=5452。3Nm3/h

（3）根據緊急洩壓人孔製造廠家提供的不同規格尺寸的洩壓人孔在各壓力下緊急洩放量的效能曲線圖進行計算。如從緊急洩放氣量效能曲線圖中查得：壓力為1。76kPa是，DN400、DN500緊急洩壓人孔排氣量分別為3990Nm3/h及6116Nm3/h，為確保安全，應選擇1臺DN500的緊急洩壓人孔。

在HAZOP審查中，如果實際設計符合此要求，我們就可以認為符合安全效能要求。當然，我們審查的專案還沒有到詳細設計階段，我們也可以核對洩壓設施的資料表，是不是考慮了火災工況、最大進料速度的工況等，如果考慮了火災工況，我們核對洩放量數值是否正確，要達到這個要求，有時候也需要進行一些定量計算。