甲醛储罐V1021A/B仪表的安全改造
2014-04-01王佑兵
王佑兵
(海洋石油富岛有限公司，海南 东方 572600)
海洋石油富岛有限公司甲醛生产装置的甲醛储罐原设计为1 000m3，后因甲醛项目缓建，为了满足尿素生产装置的需要，根据尿素生产对甲醛的需求量和甲醛的外购及贮存量等因素，将原设计的两个1 000m3甲醛罐改为500m3。鉴于设备材料采购在前，设计修改在后，为了较好地利用已购材料以尽量减少浪费，主要部件在满足要求的前提下，尽量选用原设计材料。根据工艺管道专业的要求，取消泡沫缓冲器和循环管口，增加N2入口，缸底增加加热盘管(未接出)及喷淋冷却管等。此外，为了减少呼吸阀的呼吸损耗增设了呼吸阀挡板。由于原设计无液位、压力、温度和可燃气的远程测量与报警系统，操作监控繁杂不方便，而且时有溢流等事故发生。为此，公司组织技术人员设计增加相关的液位、压力、温度和可燃气的远程测量与报警系统。
1 设计变更事项说明①
在阐述此项设计变更之前，先列出甲醛储罐V1021A/B的技术特性，具体如下：
设计压力 1 961Pa
设计温度 40℃
操作压力 -295～1 765Pa
操作温度 35℃
全容积 561.5m3
材料 0Cr19Ni9
规格φ9 500mm×7 922mm
壁厚 7mm
罐区火险类别 甲
甲醛储罐V1021A/B原设计无液位、压力、温度及可燃气等远程测量与报警系统，不利于监控操作，容易造成溢流等安全事故，不符合重大危险源的安全管理要求。每个甲醛储罐新增液位、压力和温度检测系统各一套，检测信号远传至主控DCS集中监控。
1.1 液位
在现有的UHZ56000型磁翻板就地液位计的基础上配套增加UB型电阻-电流液位变送器，输出4～20mA(DC)信号到DCS，实现电动远传，简捷安全、无需动焊且性价比高。同时在磁翻板液位计下根部阀处新增差压液位变送器，负相接大气。
尿素装置甲醛储罐液位计LT3554增加了1/2NPT三通一个、φ12mm针形阀一个、1/2NPT(M)-φ12mm终端接头一个和差压变送器一台。施工时无需动焊，但仪表根部阀和管线易堵塞导致测量的准确度差，尽量不采用。
在罐顶透光孔处安装一台雷达液位计，雷达液位计是通过天线向被测介质发射微波，然后测出微波发射和反射回来的时间就能够得出容器内液位的一种仪表。无位移、无传动部件、非接触式测量，不受温度、压力及蒸汽等限制，适用于有毒、有腐蚀性介质的物位测量，适合甲醛储罐的液位测量，本次仪表改造时预留部分备用电缆及接线端子、DCS卡件，改造完成后视改造效果可增加雷达液位计，在主控室实现双重液位指示。
1.2 温度
拟取消就地双金属温度计一支，安装Pt100热电阻和温度变送器。测温元件和温度变送器的规格：Pt100 ～100℃双支活动螺纹M27X2(M)
1.3 压力
取消罐顶就地压力表，安装带表头显示的压力变送器。增加1/2NPT-φ12mm终端接头一个、压力变送器一台(型号3051CD1A2ZA1AB4K5L4M5Q4C1DF)和M21X1.5(M)-φ12mm终端接头一个。
1.4 可燃气体检测信号
新增可燃气体泄漏监测点6个(甲醛储罐围堰内5点，甲醛输送泵房1点)，监测信号引入总控室进行集中监控，带声光报警。
最后更新了旧的磁翻板液位计。
2 实施
设计变更的实施步骤如下：
a. 编制更新改造方案并报批；
b. 联系并落实施工单位和DCS服务商(组态)；
c. 提报更新改造所需材料和备件采办计划；
d. 编制甲醛储罐清洗置换方案；
e. 清洗置换并联系中化分析合格后开工；
f. 施工单位进入现场安装仪表并配线、配管和调试；
g. 质量验收，合格后投入运行；
h. 检查并评估改造效果。
此次项目改造的相关工艺技术要求：罐的液位0～7m；罐的操作压力-295～+1 765Pa，严禁超压，原因是超压可能导致甲醛储罐变形或开裂；罐的操作温度35℃，低于该温度时甲醛溶液易聚合沉淀。
仪表改造所需主要备件和材料的规格与数量：UHZ56000磁性翻板液位计两台；UB型电阻-电流液位变送器两台；EJA310A-EMS5A-92/NSI绝压变送器两台；SST-9801T可燃有毒气体探头6个；SST-9801T可燃有毒气体检测控制装置一台；测温元件和温度变送器IEC 584 M1 Pt100双支活动螺M27×2(M)
3 改造的安全技术和可行性评估
甲醛的理化特性参数如下：
分子式 CH2O
熔点 -92.0℃
沸点 -19.4℃
闪点 50.0℃
相对密度(水=1.00) 0.82
临界温度 137.2℃
临界压力 6 810kPa
爆炸下限/V% 7.0
爆炸上限/V% 73.0
甲醛溶液及其蒸气对人的眼睛、皮肤和呼吸系统粘膜有强烈的刺激和毒害。一般50～500‰时便会对眼睛产生刺激，在5 000‰的浓度下甲醛对人的刺激很明显，在50 000～100 000‰浓度下暴露5～10min则可对身体造成严重伤害；接触其蒸气会引起结膜炎和支气管炎，重者发生喉痉挛、声门水肿和肺炎；浓溶液可引起皮肤凝固性坏死；误服30mL甲醛水溶液会导致死亡。因此，工作场所最高允许浓度必须低于0.5mg/m3。
甲醛易燃，其蒸气与空气形成爆炸性混合物，遇明火和高热能引起燃烧爆炸。若遇高热，容器内压增大，有开裂和爆炸的危险，可用雾状水、泡沫和二氧化碳灭火。
可能与甲醛蒸气接触时，应佩带防毒面具。紧急事态抢救或逃生时，佩带自给式呼吸器；操作时戴化学安全防护眼镜，穿防护服，戴化学品手套；进入塔罐或其他高浓度区作业，必须有监护手段。
当检修设备管道时一定要排净物料；若要动火，要对动火部位进行有效隔离、清洗置换并进行动火分析，要求甲醛浓度小于0.5%，分析合格后方可动火。
本次仪表安全改造项目不需要动火、动焊，安装仪表支架、电缆穿线管、接线箱时需用电钻，安全风险总体可控。
4 改造效果和问题
4.1 温度
增加热电阻和带现场指示的温度变送器，信号引入主控室进行监控，在现场和主控室能够同时观测甲醛储罐的温度，DCS设置报警以提示操作人员避免罐体超温(夏季可打开喷淋管线给储罐降温)。
4.2 液位
磁翻板液位计长7.0m，由两块3.5m长的磁翻板液位计及干簧管组成，干簧管由专用卡箍卡在磁翻板液位计侧面，磁浮子随液位变化带动磁翻板反色并改变干簧管的阻值，就地远传表头将阻值的变化转换成4～20mA电流信号到DCS，主控监控画面显示液位指示。该液位变送器在使用过程中，磁翻板液位指示与现场表头指示和主控指示的偏差精确到1cm内。
该磁翻板液位计底部、根部阀与罐底距离400mm，考虑到海南的年平均气温较高，设计时底部加热盘管并未接出。实际上海南的冬季平均温度仍低于甲醛的聚合温度，运行中发现罐底聚合物的沉淀高度已超过底部根部阀的高度，聚合物堵塞根部阀后致使液位计不能正常投用。项目施工前生产部门从V1021A罐清理出聚合物约20t，清理聚合物的工作量较大，清理难度也比较大，安全防护措施必须到位，同时聚合物属危险化学品，处置工作在清理聚合物前必须落实好。
在安装磁翻板中间连接法兰时，由于自制的四氟乙烯垫片边缘不齐整，投用后浮子在此连接处受垫片摩擦力影响，经常卡在该位置不动作，给液位的正常监控带来不利影响。安装时一定要注意垫片的大小要合适，尽量用原厂配的垫片，更换法兰垫片需提前搭脚手架，关闭上/下根部阀并排空清洗浮筒内积存的甲醛。
磁翻板液位计上/下干簧管的端部以及中间接线盒在安装时要做好密封工作，避免雨水从这些部位经干簧管流入底部的液位变送器表头，损坏测量电路板。
磁翻板液位计7.0m高的不锈钢浮筒对于上/下根部连接法兰有一定承压，中间支撑需要安装固定好，法兰与取样管的连接法兰质量要保证.改造施工前发生过磁翻板液位计顶部连接法兰碎裂、中间支撑未固定，致使整个磁翻板液位计悬在空中摇晃，仪表人员当场紧急处置，所幸未发生事故。
磁翻板液位计根部阀的公称通径为DN20mm，对应根部取压管的外径为27mm，若焊缝不扎实，受7.0m高的不锈钢浮筒的承压，根部取压管有断裂风险，另外取压管内径太小容易被聚合物堵塞，造成磁翻板液位指示不准，疏通也很困难。这点在早期甲醛储罐设计时一定要考虑到。
4.3 压力
新增的绝压变送器带现场表头指示，测量指示准确而且精度较高。
4.4 可燃气体监测
SST-9801T为防爆型可燃气报警仪表，由探测器和报警控制器组成。探测器(一次表)安装在可能有气体泄漏的危险场所，其核心元件为气敏传感器，气敏传感器在加热、直接燃烧和电化学反应过程中根据不同的气体浓度引起电阻的变化，从而输出不同的电压信号；报警控制器(二次表)安装在安全场所的值班室内，采集到的电信号经放大处理后，通过CPU计算和分析处理，输出声、光报警和联动控制信号。当空气中有可燃气或可燃性挥发性蒸气时，探测器检测信号通过电缆立即传送到报警控制单元，控制器显示出气体浓度，当超过设定的报警浓度时，报警控制器发出声、光报警信号，保障工厂安全生产，避免事故的发生。
探测器的标定校验一般间隔3个月进行，平时要经常检查报警装置工作是否正常；更换传感器后必须进行零点和量程的标定校验。半导体和催化式传感器的使用寿命为3a、电化学式传感器为1a。使用中要避免探测器经常断电，经常断电将导致检测元件工作不稳定。
目前6台可燃气探测器和控制器使用情况良好，投用后不久甲醛泵房发生可燃气探测器高高报警，浓度值超满量程10 000‰，现场检查确认甲醛输送泵P1008B泵机封泄漏，立即停泵并委托保运部检修处理，避免了一起安全事故。
4.5 其他相关安全设备
阻火呼吸阀的压力设计：呼出1 764Pa，吸入-294Pa。阻火呼吸阀是安装在储罐顶上的通风装置，用来防止罐内超压或超真空致使储罐损坏，目前在呼吸阀的使用过程中，如何检查和维护还没有相关标准规定。甲醛的腐蚀性强，对阻火器和呼吸阀的内部结构和操作功能有着直接影响，如不采取及时有效的检查和维护，难免会造成事故发生。一般来讲6个月应检查一次，有条件的单位在使用2a后应将呼吸阀缷下，做呼吸压力检查和密封性检测。若阀盘或阻火层有腐蚀现象，应将其报废更换。
液压安全阀的开启压力设计为：1 960Pa，-637Pa。液压安全阀使用46#普通液压油，安装于罐顶与呼吸阀配使用，在呼吸阀一旦失灵时起安全作用。视安全阀的动作情况需检查补充液压油、定期年检，其维护工作量比呼吸阀大。液压安全阀的体积比较庞大，检修拆装麻烦，目前甲醛储罐大多采用双呼吸阀配合使用。
氮封阀的氮气供气压力为800kPa，阀前压力800kPa、阀后1kPa，氮气主要起隔离作用，避免空气进入储罐与甲醛蒸气混合形成爆炸性混合气，也是一道非常重要的安全屏障，也需定期进行年检。
5 结束语
甲醛蒸气与空气混合易形成爆炸性气体，甲醛气体与氧化剂和火种接触有燃烧的危险，所以甲醛水溶液的储存要求远离火种、热源与氧化剂，与遇火燃烧的物质隔离，防止暴晒。储罐还要有防雷和消防措施，起火后应采用水、泡沫和二氧化碳做灭火剂。目前，海洋石油富岛有限公司甲醛储罐V1021A/B围堰四周共配备了6台高压消防水炮、两台推车式干粉灭火器、四部手提式二氧化碳灭火器，围堰旁配置一个污水处理池，加上6个可燃气体监测器，液位、压力和温度远传监测，罐顶的阻火呼吸阀、液压安全阀、氮封阀及喷淋冷却管等构成立体式的安全防护系统，为安全生产提供了有力保障。
