焦油加工成品罐区设计分析与优化

王 超

(赛鼎工程有限公司,山西 太原 030032)

引 言

石油化工储运系统是指包含通常不发生化学反应、部分带有搅拌和混合功能的储存设施以及具有物料装卸功能的系列装置。罐区按照功能分为储存生产原料的原料罐区，储存成品物料的成品罐区和临时储存工艺单元反应物料的中间罐区[1]。本文以山东某地50万t/a煤焦油深加工工程的成品罐区为例(以下简称成品罐区)，就罐区的设备布置和管道布置进行分析优化。

1 罐区的设备布置

1.1 储罐型式的选择

储罐按照与地面的相对高度，其类型可分为地上储罐(整体地面以上)、半地下储罐(部分地面以下)和地下储罐(整体地面以下)。化工企业通常采用地上储罐类型。根据操作压力的不同，储罐可分为常压式、低压式和压力式等。按照结构型式，储罐一般分为固定顶、内浮顶、浮顶、球形和卧式等类型。

储罐的类型根据贮存介质的特征(沸点、饱和蒸汽压等)、操作条件以及火灾危险性等级等因素来考虑。不同介质的火灾危险性等级分类以及推荐的储罐型式如表1[2]所示。

当介质的操作温度超过自身闪点时，乙类液体火灾危险性等级应划分为甲B类，丙A类液体火灾危险性等级应划分为乙A类，丙B类液体火灾危险性等级应划分为乙B类。当介质的操作温度超过自身沸点时，丙B类液体火灾危险性等级应划分为乙A类。

表1 不同介质火灾危险性等级

成品罐区储存的介质有：轻油、萘油、洗油、脱酚酚油、粗酚和液态沥青。各介质物性如表2所示。

表2 焦油成品罐区介质物性表

因为轻油闪点与操作温度接近，故火灾危险性等级划分为甲B类。萘油的结晶温度为75 ℃，为防止萘油结晶，其操作温度取100 ℃，因此萘油的操作温度超过了自身闪点，故其火灾危险性等级划分为乙A类。

储罐类型根据不同物料的火灾危险性等级和相关规范确定如下：洗油、粗酚、脱酚酚油、萘油和液状沥青等选用固定顶罐，轻油选用内浮顶储罐。

1.2 可燃液体储罐的布置

根据GB50160—2008《石油化工企业设计防火规范》(以下简称GB50160—2008)以及相关规范的要求，易燃液体地上储罐应成组排列，并应符合下列要求：储罐火灾危险性等级相同或相近时，可布置在同一罐组内。储罐火灾危险等级不同的，当单罐容积≤1 000 m3时，也可布置在同一罐组内。

罐组总容积的规定如下：由固定顶和内浮顶组成的混合罐组，总容积≤12×104m3，其中，内浮顶罐按一半容积计算。当单罐容积<1.0×104m3时，罐组内的储罐个数≤16台。同一罐组内的储罐应≤2排。

成品罐区设备包括各类储罐、杂油地下槽、排气洗净塔、尾气分液器以及泵和风机等定型设备。储罐的具体数据如表3所示。

表3 焦油储罐容积及数量

储罐总容积计算：

1 000×2+500×2+300/2+1 000×2+1 000×5=1 0150 m3<12×104m3

储罐个数计算：

1+2+2+1+1+5=12台<16台

虽然成品罐区各物料具有不同的火灾危险性等级，由于储罐单台容积均≤1 000 m3，所以不同物料储罐可布置在同一罐组内。储罐总容积和个数也均符合相关规范的要求，因此成品罐区中的储罐可同组布置。

1.3 可燃液体储罐的防火间距

根据GB50160—2008及相关规范的要求：在同一罐组内，可燃液体相邻地上储罐的防火间距应不小于表4中的间距规定，同时不得小于5 m。两排立式储罐(直径<5 m)间距以及卧式储罐的间距应≥3 m。

表4 可燃液体地上式相邻储罐防火间距的要求

成品罐区中储罐最大容积为1 000 m3，火灾危险性为乙A类，储罐尺寸(直径×高度)为11 m×11 m。两排储罐的防火间距按乙A类取0.75D，即，防火间距≥8.5 m，同时，根据管道布置的需要适当增大，故间距设定为11 m。相邻储罐的防火间距根据物料火灾危险性等级按表4的规定进行选择。

1.4 储罐防火堤的设置

根据GB50160—2008及相关规范要求，罐组周围应设置防火堤，防火堤内堤脚线与立式储罐的距离应大于等于罐壁高度(含基础)的一半。防火堤的有效容积应大于等于罐组内1个最大储罐的容积。

防火堤有效容积的计算公式见式(1)。

V=AHj-(V1+V2+V3+V4)

(1)

式中：V为防火堤有效容积，m3；A为防火堤中心线组成的平面面积，m2；Hj为设计液面高度，m；V1为一个最大储罐在防火堤设计液面高度内露出地面的基础体积，m3；V2为在防火堤设计液面高度内，其他储罐的体积(防火堤内除一个最大储罐以外)加上地面以上自身基础的体积，m3；V3为在设计液面高度范围内防火堤中心线以内的内培土体积加上防火堤自身体积，m3；V4为设备、管道、隔堤以及其他构筑物在防火堤设计液面高度内的体积之和，m3。

根据防火堤有效容积公式计算出Hj(理论液面高度)后，再加上0.2 m为防火堤实际高度。防火堤最高不宜超过2.2 m(基准为防火堤外3 m范围内设计地坪标高)，最低不应小于1.0 m(基准为防火堤内设计地坪标高)。

成品罐区中储罐最大容积是1 000 m3，直径和高度均为11 m，基础高度为0.7 m。故，储罐距防火堤的距离=(11+0.7)/2=5.85 m，取整为6.0 m。防火堤高度计算：

1 000=83×45×Hj-(π×5.52×0.7+π×5.52×Hj×8+π×4.52×Hj×2+π×3.32×Hj)

计算得出：Hj=0.332 m，防火堤高度=Hj+0.2=0.532<1.0 m，故防火堤高度取1.0 m。

1.5 罐区泵房的布置

GB50160-2008中5.3.5节规定应在防火堤外布置罐组的专用泵区，泵区和储罐的防火间距应符合如下要求：

1) 对于甲A类储罐，间距≥15 m；

2) 对于甲B、乙类固定顶罐，当容积>500 m3时，间距应≥12 m，当容积≤500 m3时，间距应≥10 m；

3) 对于内浮顶、浮顶储罐以及丙A类固定顶罐，当容积>500 m3时，间距应≥10 m，当容积≤500 m3时，间距应≥8 m。

罐区泵房的布置需要考虑工艺流程、总图所在方位、上下游主项位置以及内、外管廊的走向。

成品罐区主要是储存成品物料，通过装车站进行外送。山东某地焦油加工项目部分总图见第160页图1，在总图布置中，成品罐区位于全厂的北侧，呈东西走向。主装置区在罐区的南侧，西侧有外管廊，故进口物料管线和公用管线从罐区西侧外管廊进入罐区，内管廊设置在罐区中间。装车站在罐区的东侧，故泵房应布置在东侧，方便出口管线物料经泵房加压后送至装车站用于汽车槽车成品装车外运。

图1 山东某地焦油加工项目部分总图(单位：m)

成品罐区中最大容积的储罐为1 000 m3的固定顶罐，储罐罐壁与防火堤内堤脚线距离为6.0 m，在防火堤和泵房之间区域设置内管廊，泵房和防火堤间距取8.5 m。泵房与储罐的防火间距为6+8.5=14.5 m>12 m，满足相关规范的要求。

泵房位置确定后，需根据物料的不同特性确定储罐的相对位置。萘油易结晶，为减少管道长度，布置在东侧靠近泵房；液状沥青也容易凝固，故靠近萘油储罐布置；轻油为甲B类，防火间距要求高，布置在罐区最外侧；其余介质根据物性相同或接近相邻布置。5台液状沥青储罐分两排布置，3台液状沥青储罐与2台洗油储罐布置一排；2台液状沥青储罐与轻油、酚油以及脱酚酚油储罐布置在一排。

罐区设备除机泵和风机外，还有杂油地下槽、排气洗净塔、尾气分液器以及凝液回收罐。杂油地下槽用来收集管线排净的废油，布置在泵房的北侧，有利于放净的集中收集；排气洗净塔和尾气分液器用于回收放空气中含有的液体油分，布置在泵房的南侧，有利于缩短来自装车站放空管线等管道的长度；凝液回收罐用于储罐和管线蒸汽伴热冷凝液的加压回收，布置在管廊下界区接口处，便于凝液的全面回收。最终设备布置图上排从西到东为1台轻油储罐、1台粗酚储罐、1台脱酚酚油储罐、2台液状沥青储罐以及1台萘油储罐，下排从西到东为2台洗油储罐、3台液状沥青储罐以及1台萘油储罐。具体布置如图2所示。

2 罐区的管道布置

2.1 罐区内管廊的布置

罐区管道布置首先要根据管道仪表流程图、设备布置图以及外管廊的相对位置确定管道的界区进出口方位和主体走向。根据管道命名表和界区接管条件表分析管道的数量和口径。

图2 成品罐区设备布置三维示意图

罐区内管廊布置应符合以下规定：1) 管道宜采用步步低或步步高的型式，防止形成袋型或局部高点。2) 管道集中布置时，避免通往各储罐的支管相互交叉。3) 罐区采用多层布置时，需考虑操作和检修空间。4) 腐蚀性介质、冷介质及易燃介质管道在热介质管道的下方布置。

成品罐区中轻油来自焦油蒸馏和洗涤分解装置，液状沥青来自焦油蒸馏装置，洗油、脱酚酚油和萘油来自工业萘蒸馏装置，粗酚来自洗涤分解装置。进出界区管线有27根，管线总数有172根。主要分为储罐进料管线、泵进口管线、泵出口管线、回流管线、放空管线以及公用工程管线等。

罐区内管廊布置分两层，标高分别为EL 0.500和EL 3.500。上层布置进料管线和回流管线，下层布置储罐出口管线和公用管线，放空管线在上层管廊上作T型架单独支撑。分类布置的原则是管线步步高或步步低，并且带阀门常操作的公用管线布置在下层。两层管廊之间设置横向通道便于操作和检修。管廊布置如图3所示。

图3 成品罐区内管廊三维示意图

罐区和泵房之间管廊布置分3层，标高分别为EL 0.500、EL 4.500和EL 5.500。一层布置泵进口管线，二层布置公用工程管线、回流管线以及部分泵出口管线，三层布置部分泵出口管线和仪表电缆桥架，放空管线在三层管廊上作T型架单独支撑。管廊布置如图4所示。

焦油罐区内管廊布置的优化如下：管线分类布置，简洁整齐，减少了管道材料；合理分层，例如，排气洗净塔放空管线入口较高，利用管廊设置单独支撑避免袋型的产生，公用工程管线吹扫、伴热等操作较多，故布置在一层；合理利用内管廊，增加装车站所用公用工程管线，减少了外管廊公用工程管线数量和长度。

图4 成品罐区泵房侧内管廊三维示意图

2.2 储罐进出口管线的布置

储罐进出口管线布置有如下要求：

1) 储罐管口的布置应满足相关规范的要求，进出物料管线应集中布置，便于设置操作平台。

2) 应在储罐水压试验使基础完成初期沉降后，再确定储罐的管接口标高，并且基础的后期沉降量也要严格控制。进出口管要采用柔性设置，防止管口变形发生泄露。

3) 工艺管道上的根部切断阀与储罐管口连接，应尽量靠近储罐布置。

成品罐区储罐出口管线布置如图5所示。进出储罐物料管口集中布置，方便设置操作检修平台。储罐进出口物料管线切断阀与管口直连，避免泄露和积液。考虑储罐基础初期沉降，在储罐进出口物料管线阀门后设置金属软管吸收储罐基础沉降产生的变形，管线支架在金属软管后支撑，保证管线变形的有效吸收。焦油产品黏稠不易流动，因此设置吹扫装置防止管道堵塞。

图5 成品罐区储罐进出口管线三维示意图

3 结语

罐区是企业安全生产的重要组成部分，如何从设计角度确保罐区安全稳定运行显得十分重要。这就要求设计人员严格遵守相关的标准和法规，采取先进的设计理念，避免安全隐患，确保罐区安全、合理、高效的运行，为企业的安全生产提供可靠的保障。