海上平台储罐呼吸系统通气量计算研究

郭健

摘 要 本文通过对不同规范中储罐呼吸系统通气量计算方法进行分析，以埕岛油田EDC DPB平台开排罐呼吸系统计算为例，阐明了在实际工程中，尤其是海上平台小型储罐呼吸系统设计中，计算储罐紧急通气量的重要性。

关键词 储罐；安全；呼吸系统；正常通气量；紧急通气量

1、前言

为了保证储罐的安全生产和各项作业的正常操作，储罐在设计和安装过程中，必须配置完善的储罐附件。同时对防火安全问题也应高度重视。据统计，石化行业发生的火灾中因储罐引起的火灾最多，造成的损失也最大。储罐的防火安全性大小主要取决于储罐内油气空间的大小，油气空间越大，越容易形成易爆的混合气体。由于储罐通气，必然产生石油和石油产品的蒸发损耗和储罐通气时的安全问题。储罐呼吸系统就是针对这两个问题而设置的[1]。储罐呼吸系统是控制储罐大小呼吸的专用附属设备，可以保护储罐在超压或超真空时免遭损坏，它主要由通气管、呼吸阀、阻火器等组成，通常安装于储罐通气管路上。只有选用合适的油罐呼吸系统，同时正确的对油罐呼吸系统加以检查和维护，使之正常处于良好状态，才能为整套油罐系统提供可靠的安全保证。

2、储罐呼吸系统设计规范分析

正确计算储罐通气量是设计储罐呼吸系统的前提。我国标准SH/T 3007-2007《石油化工储运系统罐区设计规范》[2]和美国API Std2000《常压及低压通气储罐》中对储罐的通气都有一定的要求，储罐正常通气所需通气量（以下称为正常通气量）一般由下列条件确定：1）储罐在最大出液量时的吸气量；2）在气温降至最低时，罐内气体收缩时的吸气量；3）储罐在最大进液量时，又在罐内最大蒸发时的呼出量；4）在气温升至最高時，罐内液体膨胀和蒸发时的呼出量。除此之外，API Std2000还规定了一种紧急情况下的呼出量，即由于外部发生火灾，储罐吸收外部火源来的热量而造成液体汽化以及气体膨胀，导致的通气量，以下称为紧急通气量。紧急通风能力是任何储罐的最大通风要求。任何压力容器或带压设备，在处理或加工易燃液体或气体的生产平台上，在其使用期间内都可能受热，即使容器内介质不易燃烧，这种危险依然存在。当含油烃类液体的容器暴露在周围明火时，容器将吸引热量。如果这种吸热持续到足够长的时间，容器内压力将上升，若不进行紧急通气放空，罐内压力超过其设计压力，从而引起容器内出现应力破坏。

陆上储罐通气放空一般选择在通气口位置就近排放至大气中，且设有事故泄压设备，紧急通气量造成的管路及阻火器损失影响较小。但对于海上通气放空，根据《海上固定平台安全规则》[4]规定，通常来自压力低的释放源，且通常是间歇释放源，需要在一个安全位置排放至大气中。由于海上平台设施布局紧凑，储存易燃物品的设备通常被集中布置，安全排放点一般距离储罐较远，常需要由管路接至排放点，且开排罐、柴油罐之类的小型常压低压储罐上一般不设置安全泄压装置，紧急通气量将全部通过通气管路进行排放。因此，若通气管路及阻火器按照正常通气量进行确定，则放空开口可能不适合处理紧急通气排放，导致罐中气体无法排出，影响储罐安全。以埕岛油田EDC DPB平台用开排罐为例，进行通气量计算，来分析采用正常通气量与紧急通气量计算的区别。

3、储罐通气量计算应用举例

以下均根据美国API Std2000《常压及低压通气储罐》[2]标准进行计算。1）正常通气量计算。

① 吸气量计算（液体移动的吸气量和热效应产生的通气量之和）a）液体移动产生的吸气量计算。

吸气量Q1=0.94q1=33GPM=264SCFHair（见API Std2000表1） 储罐最大出液量按开排泵排量考虑，DPB平台共设有1台开排泵，q1=35GPM；b）热效应产生的通气量计算。开排罐尺寸：17ft（长）×6ft（宽）×5ft（高）；根据API Std 2000 表2，吸气量在数量上等于储罐容积，开排罐容积V=17×6×5=510ft3=91bbl，则热效应产生的吸气量Q2为91SCFHair。因此吸气量Q3=Q1+Q2=281+91=355SCFHair；② 呼出量计算（液体移动的呼出量和热效应产生的通气量之和）。a）液体移动产生的呼出量计算。呼出量Q4=1.01q2=154GPM=1232SCFHair（见表1）。 储罐在最大进液量按甲板收集的含油雨水量及撬块排水量考虑，q2=152GPM；b）热效应产生的通气量，同吸气量计算，Q5=91SCFHair。因此呼出量Q6=Q4+Q5=1232+91=1323SCFHair。

2）紧急通气量计算。储罐紧急通气量应按下式计算：SCFH =3.091×（QF/L）×（T/M）1/2=95362 SCFHair；SCFH = 放空要求， 标准立方英尺空气/小时；A = 罐的润湿表面， 用ft2表示；润湿面积等于到地上高度为30ft（9.14m）那部分立式壳体的总表面积。对于安装在地面上的立式储罐，底板面积不包括在润湿面积内；A=2×（17×5+6×5）+17×6=332 ft2；Q = 火灾输入的热量， Btu/hr；Q=199300×A0.566 （200

3）计算结果讨论。DPB平台开排罐紧急通气量为95362SCFHair，其值远大于正常通气量1323SCFHair（吸入量与呼出量的最大值）。按正常通气量计算选择管径及阻火器，则管路及阻火器损失见下表1。可见选择4寸管径及阻火器即可满足储罐正常通气要求。但由于该储罐未考虑安全泄压装置，在外部着火等紧急情况下，储罐正常设计压力1psi，若选用4寸管线及阻火器，则通过全部紧急通气量，总损失已达到3.55psi，远超过储罐设计压力，将导致大量气体无法排出，从而引起容器内应力破坏，影响储罐安全，因此必须按6寸管径进行选择。

式中： λ-摩擦系数；V-风管流速；D-管径；r-油蒸汽密度；g-重力加速度；V2r/2g-动压；ζ-局部阻力系数；∑ζ（V2r/2g）-局部阻力损失。说明2：阻火器损失，这里参考Groth 公司生产的7618型号波纹型阻火器，阻火器损失数据来自Groth7618型样本。说明3：管路总损失（△P）△P=RL+Z1+Z2，L-储罐至安全排放点通气管长度。

4、结论

合适的呼吸系统可为储罐提供可靠的安全保证，而正确计算储罐通气量是设计储罐呼吸系统的前提。储罐呼吸系统应不仅适于排放正常通气量，还应适于排放紧急通气量。在进行呼吸系统设计时，应首先对储罐所处环境、本体条件进行充分的分析，尤其在对海上平台上未安装安全泄压装置的小型储罐，如开排罐、柴油罐进行设计时等，更需要慎重。

参考文献：

[1] 朱彤. 油罐阻火器的选择与使用[J].石油库与加油站，2003，12（6）：29-33.

[2] 中华人民共和国石油化工行业标准. 石油化工储运系统罐区设计规范. SH/T3007-2007.