液体石化物料储罐雾化喷淋系统的设计

陈世新，兰善红 ，方昆钊，严旌武，黄志坤

(1.东莞三江港口储罐有限公司，广东 东莞　523000；2.东莞理工学院 生态环境与建筑工程学院，广东 东莞　523808)

轻质液体石化物料在储运过程中，由于环境温度相对较高(在夏季温度可达40 ℃，甚至50 ℃以上)，此时罐里储存物料的蒸发损失非常大，据资料报道蒸发损失每天可达0.01 %[1]。石化物料蒸发损耗一来造成巨大的经济损失；二来对周围环境产生极大的危害。以一座50万m3罐容量的库来说，每月损失0.1%，约3900 t。这些损耗造成的直接经济损失是巨大的，而轻质烃类化合物对环境的污染也相当严重。为防止轻质物料的挥发损失，传统的做法是加浮盘，盖住物料；大量的水喷淋降温[2]；最完美的做法是完全回收挥发气体，但是投资成本高，难于实现。目前行业内最流行的做法是采用大量水喷淋，降温[3]。大量水喷淋降温法能有效地降低罐体的温度，减少罐内液体的挥发损失。但是由于水资源的不断紧张以及后期受污染水的净化处理费用直线上升，因此亟需开发出一套有效的、节能的喷淋冷却方法。

1　设计

本工程项目以宏川集团三江库区为试点，以T601、T602、T702、T1002四个储罐为试验罐体，配置有雾化喷头，可调式喷头，可控式喷头，镀锌水管，气动加手动V型球阀，时控开关等。T601、T602和T702三个储罐型号与规格都相同，型号和直径×高度分别是1250 m3和11.5×15.266 m，罐顶装备了一个可调式喷头，喷洒直径为3～5 m，流量0.3～0.7 m3/h，工作压力1.5～4.5 kg，可调式喷头喷水后，水流沿着拱顶壁流下降低罐顶温度。三个储罐罐顶圆周长C=πd=11.5π=36.1 m，而2P雾化喷头的喷洒直径为1.0～1.5 m，2个喷嘴夹角固定50°，根据罐体实际情况，喷头距离罐壁距离为0.3 m，若要达到喷洒直径为1.0～1.5 m，则最佳喷雾夹角为80～100°(tan40°≈0.25/0.3=0.83；tan50°≈0.375/0.3=1.25)[4]，故每个储罐罐周需要37个喷头，因此T601、T602和T702罐周共装备了111个2P雾化喷头，流量0.1～0.2 m3/h，工作压力1.5～4.5 kg。

T1002型号和直径×高度分别是7000 m3和23 m×19 m，罐顶装备了一个可控式喷头，喷射直径10～20 m，流量0.8～1.63 m3/h，压力1.5～5.0 kg，可控式喷头可360 ° 旋转，水流沿着拱顶壁流下降低罐顶温度；罐顶圆周长C=πd=23π=72.3 m，而2P雾化喷头的喷洒直径为1.0～1.5 m，同上计算，故T1002罐周装备了73个2P雾化喷头，喷洒直径为1.0～1.5 m，流量0.1～0.2 m3/h，工作压力1.5～4.5 kg。

罐顶整个喷淋管设计以及喷嘴的安装见图1和图2。

图1　喷淋管设计简图

图2　喷嘴安装简图

罐顶合理布局雾式喷头，保证在现有的喷水强度下使冷却水有效分布均匀，整个罐体喷淋无盲区，以降低能量消耗，罐顶及罐周喷淋配置布局如图3。其中，T1002罐壁加强圈位置镶嵌安装一个40目不锈钢导流网，起引流作用，将储罐上层的水流引导到下层罐边流淌而下，形成挂幕式，更加均匀细腻地洒水；且导流网的设置对消防水及消防泡沫起到辅助作用。导流网具体安装设计如图4。

图3　罐顶及罐周喷淋配置布局简图

图4　导流网安装设计图

2　工程设备及其费用一览表

表1　工程设备及其费用一览表

表1(续)

3　效益评估

3.1　能源效益

传统的储罐喷淋降温方式是粗放型铺设水管直接喷淋降温，喷射的水量不好控制，哗啦啦地从罐顶沿着罐壁流下来，虽然达到了降温效果，但喷淋的水量远远大于所需要用于蒸发的水量，造成水资源的极大浪费。据统计[5]，以传统方式喷淋一个储罐(以T702为例)需要花费25 t/d，而如今新工程采用精细可控型喷雾降温系统，能够有效地控制水雾的喷射方式及水量，达到同样降温效果只需约3.45 t/d，节约水资源达86.2%。三江库区一年有5个月需要开喷淋降温，每个月平均开启18天，平均每天约15个储罐，则每个储罐节约21.5 t/d，一年可节省水资源29025t；新鲜水的单价是3.0元/m3，因此一年可节约水资源成本是87,075元，外加喷淋水提升泵(35 KW)运行费约13,500元，每年合计节省成本约10万元；而排放污水处理费用约3.0元/m3，则一年可节约排污成本约87,075元。因此，新型的罐顶喷雾降温方式在很大程度上为国家能源作出贡献，符合国家能源政策，在节约水资源的同时，也给企业从源头上节省经营成本。

3.2　经济效益

三江库区是宏川集团仓储版块下的一个库区，主要经营液体化工码头及液体化工品仓储、装卸、管道输送及公共保税仓服务，即库区为客户提供液体化学品的仓储一条龙服务，从装卸、储存、提货出库整个过程对客户产品保质保量。

由于库区储存介质为易燃易爆物质的储存罐，在遇夏季高温季节时，受热膨胀影响，储存罐内部压力增大，呼吸阀作用加强，造成罐体内物料的挥发损耗。如今采用新型精细可控型喷雾降温方式，可及时有效地降低罐体的温度，使储罐内物料温度保持平衡，大大降低了物料的挥发程度，交付予客户的最终物料也是保质保量的最终产品。据估计，采用新式喷淋系统后，库区内每个储罐(以T702为例)节约物料损耗20 ～ 30 kg/d，一年可节约经营成本约6万元，则三江库区约15个应用喷雾技术的储罐一年可节约经营成本90万元。作为一家以液体化学品仓储租赁服务为主营业务的企业而言，降低仓储过程中产品损耗，带来的不仅仅是实质的经济效益，更是客户的信任；若不能保质保量地交付产品，那带来的经济与声誉损失更是无法估量的。

3.3　环保效益

传统粗放型铺设水管直接喷淋的降温方式[6]，造成了至少350 t/d水资源的浪费，而这些浪费的水资源哗啦啦地从罐顶沿着罐壁流下来，但由于现场格局，难以对喷淋水进行收集回用。其中有小部分的喷淋水不可避免的进入污水系统，给污水站处理增加了一定的压力，同时也增加了排污费。当采用新型喷雾式降温系统时，外加加强圈位置的引水网，使储罐上层的水流呈挂幕式沿着罐壁流淌而下，形成水雾罩层，在露天阳光的暴晒下，细腻地水流在地面几乎完全被蒸发，无法汇集到污水站，大大减少了污水处理能力。其实际效果图如图5所示。

另一方面，新式喷淋降温系统能使操作员在调度室里按需求开启或关闭系统，及时有效地控制储罐里的物料处于合适的安全储存温度范围，大大减少了降温不及时或超出温度范围等情况下物料的挥发损耗，减少了通过呼吸阀对大气环境造成的污染影响。

图5罐壁水幕及地面实际效果图

Fig.5Curtain wall water curtain and ground actual effect diagram

3.4　安全效益

目前，我国石化仓储行业在安全方面仍存在着安全监测监控设施不完善、安全监督管理困难、事故预警能力不足等突出问题[7]。喷淋系统应用的一个重要原因即是考虑到安全因素，通过液体蒸发带走储罐上的热量，使得储罐的温度维持在安全的控制范围内，避免事故的发生。如何进行有效的控制管理，把事故发生遏制在源头，这是我们在设计喷淋系统时首要考虑的问题。如今，三江库区试行的新型喷淋系统在确保可以达到降温效果的同时，储罐内的温度可在控制室中实时监控，并远程控制开关，决定喷水量大小及喷雾方式，把安全管理提高了一个层次，从小的角度来讲，大大地降低了企业的经营安全风险，使一切的安全事故在可控的范围之内，避免再次发生8.12天津事故；从行业层面来讲，提高了石化仓储行业的安全管理水平，在节约人力成本的同时提高客户满意度，在提高企业的经营能力的同时达到创赢创收。

[1] 孙冠华,展学成.甲醇罐区消防及喷淋冷却水系统的设计优化[J].河北工业科技,2017,34(4):255-257.

[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部.GB/T 50160-2008 石油化工企业设计防火规范[S].北京:中国标准出版社,2008.

[3] 隋文.水喷雾系统在液化石油气储罐消防冷却的应用[J].辽宁化工,2015,44(3): 337-339.

[4] 匡以武,耑锐,王文,等.液化天然气储罐预冷过程温度场数值模拟[J].化工学报,2015,66(S2):139-142.

[5] 葛鹏,冯腾腾,燕迎春.闭式泡沫-水喷淋系统的设计及注意事项[J].山东化工,2016,45(6):95-96.

[6] 于雪燕.关于环氧乙烷在罐区设计中安全问题的讨论[J].山东化工,2016,45(10):138-139.

[7] 景泉江,王长明.原油储罐喷淋系统优化研究[J].中国石油和化工标准与质量,2014(10):92-92.