张 健

(南京扬子石油化工设计工程有限责任公司，江苏 南京 210000)

1 项目概况

液化烃是指在15℃时，蒸汽压大于0.1MPa的烃类液体及其他类似的液体，不包括液化天然气，危险性为甲A类，是易燃易爆介质。液化烃气相密度大于空气，液相密度小于水，一旦泄漏，遇明火极易造成火灾或爆炸事故。

《石油化工企业设计防火标准》(GB50160-2008)第6.3.16条指出：“全压力式储罐应采取防止液化烃泄漏的注水措施[1]。”

《石油化工储运系统罐区设计规范》(SH/T3007-2014)第6.4.6条指出：“常温液化烃储罐应采取防止液化烃泄漏的注水措施[2]。”

某石化企业球罐区T1011/1012/1013/1014(丙烯球罐)不满足规范要求，所以需要对其进行改造设计，增加防止液化烃泄漏的注水设施。

2 注水系统的安全设计

液化烃球罐根部法兰连接处由于密封结构选择不当或垫片老化，极易造成法兰垫片密封失效。球罐罐底法兰泄漏措施有三种(1)采用边强行堵漏边进行倒罐或打开紧急放空阀放空，由于液化烃汽化需要大量吸热，发生着火、爆炸、冻伤的可能性很大。(2)采用向法兰密封面处高压紧急注胶的方法，但此方法较难实施。(3)设置注水措施方法，从稳高压消防水管处敷设一条注水管线至球罐底，泄漏时，立即启动注水泵，由于水的密度大于液化烃的密度，水会在球罐底部，起到水封的作用，为抢修争取时间。比较几种措施可知，设置注水措施是比较可行的方法[3]。

2.1 注水水源

该改造项目采用稳高压消防水系统作为注水水源，操作压力为1.1MPa(G)。在进行稳高压消防水系统管网设计时需考虑球罐泄漏状态下的注水用水量，一般为50～100t/h的水量[4]。

2.2 注水点的设置

液化烃球罐底部注水点，一般有三种流程：直接注水法、借用工艺泵注水法、设置专有泵注水法。

2.2．1 直接注水法

当稳高压消防水系统压力满足注水压力要求时，注水点设置在液化烃储罐进泵线上，按照规范要求，水和液化烃这两种不同介质的工艺管道相连需设置2个阀门，1个导淋，防止液化烃和水互串。当需要注水时，打开注水管道阀门，稳高压消防水通过进泵线进入球罐，实现注水操作。

2.2．2 借用工艺泵注水法

当稳高压消防水压力不能保证稳定时，需借用物料泵提压进行注水，注水点设置在液化烃储罐进泵线上。当需要注水时，打开物料泵，稳高压消防水通过倒罐线进入球罐，实现注水操作。

2.2．3 设置专有泵注水法

当稳高压消防水压力不能保证稳定，同时物料泵不能满足注水要求时，需增设专有注水泵，专有注水泵的流量、扬程等参数需满足注水要求，与专有注水泵相连的注水管线的等级需与注水的工艺物料的等级保持一致。当需要注水时，打开专有注水泵，稳高压消防水通过倒罐线进入球罐，实现注水操作。

3 注水泵流量及压力

3.1 设计原则

通过管道向液化烃球罐注入的水量应大于等于从法兰处泄漏的物料量，以保证从泄漏处流出的是水而不是液化烃。当球罐的液位不再上升，从泄漏处流出的完全是水，此时的水量就是保证注水管道有效工作的最小水量[5]。

注水管道内的水必须具备足够的压力，此压力应大于系统的沿程阻力、局部阻力、升高的位能(注水点到球罐最高液位的位能差)、破损处的压力(为液化烃在操作温度下的饱和蒸汽压和该处的位能差引起的压力)之和。如罐组内有多个液化烃品种，应按照最苛刻的原则进行考虑，比较各种液化烃球罐的计算压力，取最高值为注水系统的设计压力。

3.2 注水量的确定

由于液化烃球罐的泄漏部位通常是进出口管道阀门法兰处，可以把法兰密封处的破损而引起的泄漏看作容器壁上开一个口，这种泄漏看作孔口出流，泄漏量按公式(1)计算。

(1)

式中：P——气相饱和蒸汽压， Pa(a)；

P0——大气压， Pa；

ρ——密度，kg/m3；

Q——泄漏量，m3/h；

g——重力加速度，9.8m/s2；

μ——流量系数，0.62；

h——球罐的最高液位到泄漏点的高差， m；

A——破损处泄漏面积， m2。(按缠绕式垫片的破损裂缝一般不超过周围的1/7进行计算。在近似计算的情况下，可取A等于垫片周长的1/7乘以垫片的厚度。)

丙烯40℃时的饱和蒸汽压为1639000 Pa(a)，大气压力取101300 Pa(a)，ρ为478 kg/m3，高液位h为13.69m，丙烯管径为14寸，计算出垫片内径为371.6mm。计算出T1011/1012/1013/1014球罐所需的注水量为137m3/h。

3.3 注水压力的确定

对于操作压力较低的液化烃球罐，由于环罐组四周的高压消防水系统压力基本稳定在0.8MPa(G)左右，稳高压消防水管网的压力完全可以满足操作压力低于0.4MPa(G)的球罐的注水压力要求。当高压消防水系统压力不能保证稳定时，需要考虑借用物料泵或设置专有注水泵进行注水。

以T1011计算，90%容积时液位为13.69m，40℃丙烯密度478kg/m3，液位产生的压力为0.066MPa(G)，40℃时注水量为137m3/h,取1.1倍安全系数，为150m3/h，球罐最高操作压力1.54 MPa(G)，消防水压力1.1MPa(G)，克服高差及沿程阻力降，注水泵出口压力为1.665 MPa(G) ，进出口压差为0.565 MPa(G)，取1.2倍安全系数，进出口压差为0.678 MPa(G)，扬程为70m。

3.4 注水流速

为防止静电的产生和积聚，并考虑液化烃和水的分层速度，向球罐内注水的流速不宜过大，建议设计注水流速为1.5～2.5m/s。

4 结语

液化烃球罐设置注水系统是防止球罐泄漏事故的一项重要措施，通过分析、计算，确定注水水源、注水量、注水压力等问题，液化烃球罐的设计时，必须严格执行国家、行业标准规范相关注水系统的设计要求，运行单位应做好可行的应急预案，及时消除安全隐患，确保液化烃球罐的安全运行。