液氨储罐布置和管道安全设计

2020-03-01黄丽

辽宁化工 2020年10期

黄丽

（辽宁省石油化工规划设计院有限公司，辽宁沈阳 110004）

液氨是一种重要的化工原料，不仅是尿素等化学肥料的重要原料，而且还可用做其他领域，如医药和农药等领域甚至是国防领域。由于液氨属于有毒、易燃、易爆介质，具有腐蚀性，且容易挥发，所以其化学事故发生率相当高，近几年发生了数起液氨泄漏、中毒事故，造成了人员伤亡和经济损失。本文就液氨罐区的工艺及管道的安全设计相关内容进行论述。

1 液氨储存方式[1]

为运输及储存便利，通常将气态的氨通过加压或冷却得到液态氨，即将其液化。其储存一般采用压缩、低温或用两者结合的方法，其中低压降温、常压低温和中压常温是国内常用的储存方式。

1.1 低压降温储存

这种方法是采用冷冻系统将液态氨适当降低温度以获得相应较低的储存压力。

1.2 常压低温储存

该方法是将液态氨采用冷冻系统降温到其沸点以下，将液态氨对应的气相压力控制在和大气压相同或接近，这样就可以使用常压方式进行储存。

1.3 中压常温储存

液氨的中压常温储存也被视为全压力储存，这种方法是采用压力式容器进行储存，设计压力为2.07 MPa，设计温度为50 ℃，操作温度与环境温度相同或接近，所以为常温储存。

2 液氨储罐的设备布置[2]

2.1 防火距离的确定

通常依据GB50160—2008(2018年版)（《石油化工企业设计防火规范》）的相关要求，液氨储罐之间的防火距离应与液化烃储罐要求相同。这样，罐组内布置的全压力式或半冷冻式储罐，如有事故排放至火炬的措施，球罐间距为0.5 D(D 为相邻较大储罐的直径)；卧（立）罐间距为1.0 D;如无事故排放至火炬的措施，上述两种罐间距均为1.0 D。

2.2 防火堤及隔堤的设置

全压力式、半冷冻式液氨储罐组的防火堤高度不宜高于0.6 m，堤内的有效容积不应小于罐组内最大储罐容积的60%。储罐外壁距离防火堤内堤脚线不应小于3 m，堤内应采用现浇混凝土地面，并应坡向外侧，防火堤内的隔堤不宜高于0.3 m。

2.3 液氨储罐的消防系统[3]

液氨储罐须安装必要的安全联锁设施，当压力和温度高于设定值时自动开启降温喷淋系统；液位和压力高于设定值时自动停止进料；液氨泄露量检测值高于设定值时自动开启消防喷淋系统。

液氨储罐均应设置独立的用于降低罐体表面温度的降温喷淋系统，喷淋强度不得低于 4.5 L/m2·min。

3 输氨管道的相关设计

3.1 液氨管道材质的选择[4]

氨输送用管材设计应符合《压力管道规范-工业管道》（GB/T20801）的相关规定，可能与氨介质接触的所有管道包括管件、阀门等零部件全部要严格禁铜。输氨介质的管道应采用无缝钢管，其质量最低应符合《流体输送用无缝钢管》(GB8163)的要求，碳钢（20#钢）主要用在热氨管道，其使用的极限温度为-20 ℃；Q345E 用在冷氨管道，但管道温度不能超过-40 ℃，否则钢的应力达到下限，也可以用A33Gr6 低温无缝钢管；不锈钢管道可以用在-196 ℃的低温下。为防止液氨应力腐蚀，要求碳钢管材作焊后热处理。

输送氨介质的金属管道，除需要采用法兰型式连接外其他地方均需采用焊接型式，并按国家相关规范要求对焊缝进行相应的检测。

氨输送管道应设置接地系统。

3.2 法兰、垫片、紧固件的选择

输氨管道宜采用带颈对焊凹凸面法兰，垫片使用不锈钢金属缠绕垫，填料为聚四氟乙烯或石墨，螺栓螺母使用35CrMo 或是不锈钢。

3.3 阀门的选择与设置

输氨管道系统采用氨专用阀门，不得采用闸阀。阀门的布置除考虑满足功能要求外，还能满足操作及维护。输氨管道进入生产车间后要在合适的地方设置一台总隔离阀，而且在用氨设备和补氨用的执行机构之间都要设置双阀控制。

3.4 储罐安全设施的设置[5]

液氨储罐超压泄放火炬系统需安装双安全阀安全设施，安全阀前后均需设置切断阀，切断阀应为全通式阀。为防止安全阀失灵而无法泄压的情况发生，还需设置直接泄放火炬的双阀副线，正常操作时副线的两个阀门均保持关闭状态。安全阀组管道布置在满足工艺要求的同时，也要考虑维修、操作等其他方面。安全阀出口应设导气管。

3.5 管道的保冷设计

液氨管道的保冷材料选用是保证液氨管道能否安全运行的重要因素之一，选用保冷材料时要考虑该材料的好氧指数、保冷结构，还要考虑当地环境温度、湿度等因素。湿度为该地区最热3 个月的平均湿度，如果表面温度过低，空气湿度过大，空气中的水分就会在保冷层外表面产生绿苔，破坏保冷层。当保冷厚度超过80 mm，必须分层施工，且不可使用铆钉，以防止产生孔隙，空气进入遇低温后结冰，降低保冷效果。