鹤管选型及装卸栈台布置探讨

(中国五环工程有限公司，湖北 武汉 430223)

据统计，全球60%以上的化工原材料及产品是通过汽车或火车槽车进行运输。绝大多数化工原料及产品的槽车装卸都应选择专用的鹤管。石油化工企业设计防火规范[1]第6.4.1条规定：对于甲B、乙、丙A类的可燃液体，严禁采用沟槽卸车系统，应采用液下装卸车鹤管。另外，液化烃、腐蚀性介质、有毒介质、易挥发性介质及对环境有污染的介质等，都应使用鹤管来实现安全、环保及高效的装卸。

1 鹤管选型

鹤管的型式需根据装卸介质的特性、装卸车方式及槽车车型来综合考虑。常用化工流体介质装车要求及鹤管选型见表1。

对于液化烃类介质，因其饱和蒸汽压高，极易挥发，而密封帽与槽车之间的密封效果不理想，所以在装卸液化烃、液化气介质时，应采用管法兰接头[2]；同时，为避免静电的产生与积聚，液化烃类介质应采用液下装车方式。因此，液化烃类介质通常从槽车底部进行装卸。液化烃类气相介质与储罐气相平衡或送火炬放空系统，严禁就地排放。

对于甲B、乙类可燃液体介质，应采用密闭液下装车，将气相返回储罐或者进入油气回收系统。采用液下装车的方式是为了避免静电的产生与积聚。当此类介质在槽车顶部装车时，需使用带密封帽的长垂管分流口或者伸缩管出口，将垂管伸至槽车底部。丙类液体闪点较高，不易挥发，相对比较安全，可采用敞开式装卸。GB50160及HG/T21608上均要求丙A类可燃液体采用液下装卸车，对丙B类液体未提出明确的要求。但在实际生产中，为防止静电的不良影响，对丙A、丙B类液体均推荐采用液下装车方式。

表1 不同介质装车要求及常用的鹤管类型

注：常用鹤管型号参考HG/T 21608-2012液体装卸臂工程技术要求。

在装卸车时，对于常用的酸或碱等腐蚀性介质，应避免液体喷溅并确保人身安全，如果介质易挥发，则宜采用密闭装车方式；对不易挥发的腐蚀性介质，可采用敞开液下装车方式。

对于有毒液体及对环境有污染的液体，在装卸车时应注意防止液体泄漏及有毒气体的扩散，选用密闭装卸车方式，可采用管法兰接头或带回气管的顶部密封帽/盖式密闭装车。

当一种物料同时具备以上几种特性时，应综合考虑并且选择鹤管。比如苯胺，属于丙A类可燃液体，按照安监总厅管三 [2015] 80号文件《危险化学品目录(2015版)实施指南》，苯胺具有急性毒性，综合考虑后认为选择AL1412型顶部装卸鹤管较合适。

2 装卸鹤位数量的计算

2.1 汽车装卸车鹤位计算

汽车鹤位数量应按以下公式计算：

(1)

其中，N为装卸所需液体装卸臂的台数；G为年装卸物料量，kg/a；K为运输不均衡系数，宜取1.4～2；τ为年操作时间，d/a，1年按330d计算；ρ为液体介质的密度，kg/m3；F为每台鹤管每小时的灌装能力，m3/h；t为汽车槽车的日作业时间，8～12h/d。

鹤管的灌装能力F可通过以下公式计算：

F=900πD2V

(2)

其中，D为液体装卸臂的内径，m；V为控制装车流速，m/s，油品流速不大于4.5m/s。

计算出的N值按四舍五入取整。如果使用泵来装车，还需要根据N×F来计算总装车流量，对装车泵的输送能力进行校核。

2.2 火车装卸车鹤位计算

根据装车速度的不同，火车装卸鹤管可以分成大鹤管和小鹤管。大鹤管液体臂口径为DN200，装车流速宜取小于3.9m/s，按公式(2)可计算出最大装车能力约为440m3/h；小鹤管液体臂口径小于DN100，装车流速宜取小于4.4m/s，可计算出最大装车能力约为120 m3/h。对于同一种物料装卸，小鹤管数量一般与所需槽车数量相等，即在一批装运作业中，1台小鹤管只装1台槽车；而大鹤管装车能力强，在一批装运作业中，大鹤管的装车数量与所配套槽车牵引设备在规定时间内的一次牵引定数相同。因此，单个装车栈台上对同一种物料一般只设置1～2台大鹤管。

小鹤管鹤位的数量与单批装运作业所需槽车数量相同，可按以下公式计算[3]：

(3)

其中，N为装卸所需液体鹤位数量；G为年装卸物料量，kg/a；K为运输不均衡系数，一般石化产品宜取1.5～2；τ为年操作时间，d/a，1年按350d计算；ρ为液体介质的密度，kg/m3；V为槽车平均容积，m3/辆；m为每天装运批数，批/d，每天不应大于4批；A为槽车装满系数，液化烃取0.8～0.85，可燃液体宜取0.9(丙B类可取0.95)，酸碱类宜取0.85。

2.3 计算实例

某40亿Nm3/a煤制天然气项目，副产中油20万t/a，取运输不均衡系数为2，中油相对密度为1.2，下面分别计算使用汽车运输或火车运输需要的装车鹤管台数。

(1)使用汽车运输，取汽车作业时间12h/d，汽车鹤管装车能力为50m3/h，按330d/a计算，需要鹤管台数可根据式(1)计算：

(2)使用火车运输，取火车槽车平均容积为60m3，装满系数为0.9，操作时间按330d/a计算，装运4批/d，则需要的鹤管台数可根据式(3)计算：

=4.7≈5

通过计算得出，该项目副产品的中油若全部使用汽车运输，需要汽车装车鹤管2台；若全部使用火车运输，需要火车装车小鹤管5台。

3 汽车及火车装卸栈台的布置

3.1 汽车装卸栈台的布置

3.1.1 汽车装卸栈台尺寸

装卸栈台的高度H应根据槽车装卸口的高度及鹤管垂直方向的包络线范围综合考虑。槽车装卸口应尽可能位于鹤管垂直包络线范围的中间位置。顶部装卸栈台高度H可通过下式计算：

(4)

其中，h为槽车装卸口到EL0.000的高度，常用油罐车或液化烃槽车的高度一般在2.8～3.8m范围内；Ymax、Ymin分别为鹤管垂直包络线范围的最大值及最小值(高于立柱底板时取正值，低于立柱底版时取负值)，汽车装车鹤管立面布置示意见图1。

图1 汽车装车鹤管立面布置示意

汽车装卸栈台高度H一般取2.5～4.0m。装卸栈台的宽度需根据计量撬块尺寸、相邻鹤管之间的间距来确定，双侧装卸车栈台宽度一般取3m。装卸栈台的长度需根据计量撬块尺寸、活动梯子位置以及相邻鹤位之间的距离等综合考虑，双侧装卸车栈台一般取5～6m。典型双侧装卸车栈台鹤管的平面布置见图2。同一栈台上相邻汽车装卸车鹤位之间的距离宜不小于4m。

图2 汽车装车鹤管水平布置示意

3.1.2 鹤位到槽车之间的距离

顶部装卸的槽车，其装卸口一般在槽车的正上方，装卸口中心线一般与槽车中心线重合。在鹤位布置时，应保证槽车行车道中心线处于鹤管水平包络线范围内，理想情况是槽车行车道中心线与鹤管水平包络线中心线重合(见图1)。行车道中心线到栈台柱中心的距离L可以通过式(5)来计算：

(5)

其中，L1为单侧汽车装卸栈台宽度，一般取1.5m；L2为鹤管到雨棚中心立柱的距离，根据计量撬块及鹤管进出口管线的布置情况确定；Xmax、Xmin分别为鹤管水平包络线范围的最大值及最小值。

鹤管应尽可能靠近栈台边缘，保证有足够的空间来操作鹤管及计量撬块上的阀门。另外，因槽车停放位置的不确定性，槽车与栈台边缘之间应预留至少500mm的净距。

3.1.3 活动梯子的布置

汽车栈台鹤管一侧应布置活动梯，槽车装卸时方便操作员从栈台上牵引鹤管到槽车顶部。活动梯通常布置在鹤管一侧，当鹤管为左悬臂时，活动梯一般布置在鹤管的右侧；当鹤管为右悬臂时，活动梯一般布置在鹤管的左侧。鹤管的左右悬臂判断方法：人面向槽车站立，当鹤管收拢时内臂在立柱左边时，鹤管为左旋臂；当鹤管收拢时内臂在立柱右边时，鹤管为右悬臂。活动梯的位置不能阻挡鹤管的展开与收拢空间，同时要避开计量撬的布置空间，方便操作员从栈台上通行到槽车顶部。

如图2所示，2台装车鹤管均为右旋臂，将活动梯布置在鹤管左侧，计量撬块布置在装车鹤管右侧，方便操作与检修。

3.2 火车装车栈台的布置

3.2.1 装卸栈台尺寸的计算

与汽车装卸栈台类似，火车装车栈台的高度H应根据槽车装卸口高度及鹤管垂直方向的包络线范围综合考虑，一般取3.4～3.6m。

装车栈台的长度L一般根据鹤位的数量来计算，同侧同种鹤管间距应为罐车的长度，一般取12m，但有一些特殊车型，如G19型轻油罐车、GY40和GY95A液化石油气罐车等，需根据实际车长进行设计。两端鹤位到栈台端头的距离，宜为3～3.5m，故栈台总长度可由以下公式计算：

L=12(n-1)+6

(6)

对于小鹤管，n取装车台上小鹤管数量；对于大鹤管，应取n=3。

小鹤管双侧装车栈台宽度应为2.5～3m，考虑到计量撬块的布置，一般取3m较合适。单侧装车台宽度不宜小于1.5m；大鹤管双侧装车栈台宽度宜为4m。典型双侧装卸车栈台上鹤管的平面布置见图3。

图3 火车装卸鹤管水平布置示意

3.2.2 装车栈台位置

装卸栈台边缘与铁路油品装卸中心线的距离，自轨面算起3m及以下不应小于2m，3m以上不应小于1.85m[3]。而且，同汽车装卸栈台类似，火车槽车装卸口中心线应处于鹤管水平包络线范围内。

3.3 可燃液体装卸鹤管布置的其他应注意事项

对于易燃及可燃液体，装卸车时容易引起火灾，在布置时还应注意以下几点。

(1)液化烃装卸栈台宜单独设置，当不同时作业时，可与甲B、乙及丙A类可燃液体同台布置；丙B类可燃液体，有些操作温度较高，有些黏度较大，为减少其影响，宜单独设置装卸栈台。

(2)液化烃鹤位与集中布置的泵的距离不应小于10m，甲B、乙A类液体鹤位与集中布置的泵的距离不应小于8m。

(3)甲B、乙、丙A类液体与液化烃(甲A)、丙B类液体的两个装卸栈台的相邻鹤位之间的距离不应小于8m。

(4)同一铁路装卸线一侧的两个装卸栈台相邻鹤位之间的距离不应小于24m，即两个栈台之间保持一个事故隔离车的位置，减少一个栈台发生事故时对另一个栈台的影响。

4 工程应用实例

某40亿Nm3/a煤制气项目的副产品石脑油、中油、焦油及苯酚等通过装车泵输送到汽车及火车装车栈台，用鹤管装车后经汽车及火车运输外卖。汽车及火车装车鹤管台数以及介质火灾危险性分类见表2。

表2 副产品火灾危险性分类及装车鹤管数量

注：焦油、中油本属于丙A类可燃液体，但因其操作温度高于闪点，根据GB50160，按乙A类考虑。

4.1 汽车装车栈台布置

汽车装车鹤管共6套，其中，中油和焦油各设置2套装车鹤管，石脑油和粗酚各设置1套装车鹤管。汽车栈台共设置3个装车平台，平台尺寸6m×3m，装车平台间设置7m宽的通道，能满足2台汽车同时装车。在距离装车鹤位>10m的地方，各种介质的输入管道上均设置了紧急切断阀，在事故状态下紧急切断。

图4 汽车装车栈台平面布置图

4.2 火车装车栈台布置

火车装车鹤管共12套，其中5套中油装车鹤管、3套焦油装车鹤管、2套石脑油装车鹤管和2套粗酚装车鹤管。12套鹤管同台布置，双侧装车。焦油鹤管与粗酚鹤管装车共用一条铁路线，共用活动钢梯；中油鹤管与石脑油鹤管装车共用一条铁路线，共用活动钢梯。同一物料的两相邻装车鹤管间隔12m；同一鹤位不同物料鹤管间隔2m，中间布置活动梯，满足鹤管正常操作检修要求。火车装车栈台总长57m，高3.8m，宽3.2m；栈台两端设置斜梯，方便通行。在距离装车鹤位>10m的地方，各种介质的输入管道上设置紧急切断阀，在事故状态下紧急切断。火车装车载台平面布置见图5。

图5 火车装车栈台平面布置

5 结语

鹤管作为一种安全、高效及环保的装卸车工具，在化工行业中被广泛使用。不同化工介质需根据介质特性及装卸车方式选择合适型号的鹤管。槽车装卸车作业频次高、危险系数大，汽车栈台与火车栈台的布置应在满足标准规范及设计规定的基础上，尽可能地为操作员的通行、操作与检修提供便利。