生物燃料乙醇工厂储罐区工艺安全设计

张宁

摘要：本文首先对生物燃料乙醇工厂储罐区的构成进行分析，并分别从选择设备型号、设计安全距离、布置管道等角度探究生物燃料乙醇工厂储罐区工艺安全设计。如今，在社会经济发展过程中，生态环境和能源消耗问题逐渐突出，在石油资源大量消耗下，找寻其替代品已是大势所趋。在总结现行安全规范要求的前提下，综合实际情况对生物燃料乙醇工厂储罐区工艺安全设计提出了个人见解，希望能够对相关工作人员提供一定借鉴。

关键词：生物燃料乙醇;工厂储罐区;工艺安全;设计

前言

人们对于环境保护和资源节约的关注度越来越高，石油资源的替代品研发已提上日程，乙醇作为可再生能源，其燃烧之后所排放的二氧化碳和硫化物含量远低于石油能源燃烧之后所排放的二氧化碳和硫化物。相比于应用普通汽油，应用乙醇汽油可降低30%的二氧化碳排放，完全符合如今我国低碳环保、低耗能的节能环保要求。但生物燃料乙醇的储罐区的设计工艺要比酒精厂储罐区复杂的多，不能够单纯按照酒精厂储罐区的设计工艺开展生物燃料乙醇工厂储罐区设计工作。

1 生物燃料乙醇技术进步

1.1 利用多种原料生产燃料乙醇

近些年来，随着我国陈化粮库存量的不断增加，除了可以使用玉米、木薯等作为原料对燃料乙醇进行生产之外，生物燃料乙醇行业的加工原料也变得更为多样，其加工方式也变得更加灵活。具体而言，相关企业可对大量陈化水稻和小麦等进行使用，从而有效生产生物燃料乙醇。在小麦原料当中，蛋白质含量在小麦粒中约占14%，而面筋成分麦胶蛋白和麦谷蛋白在总蛋白含量当中占比约达到80%。当其原料组成不同时，在工艺上也会产生相应的差异，同时还会引发相关问题，例如由于原料质量存在波动，进而产生生产波动等，最终对生物燃料乙醇的生产效率产生影响。通过相关研究可以发现，采用原料精制的方式，对指标进行严格把控，并实现品质分级，可以使此类问题得到解决，而且还能够使蛋白提取率得到提高。除了可以对多元化的单一原料进行使用之外，还可以将多种原料进行配合使用[1]。

1.2 工艺优化及节能降耗

高效对比生产条件变化所产生的效益变化，是对产品转化率进行科学评价的一种方式。一些研究在实验室条件下，对干法研磨工艺的相关研究成果进行了模拟，可以更为深入的了解玉米乙醇的发酵指标评价。相关研究具体对59穗玉米样品进行了测定，分析了样品生产燃料乙醇所具有的发酵特性，同时还对其淀粉含量和完全水解淀粉含量进行了对比和分析，以此来作为具体的玉米乙醇发酵评价指标。通过此项研究，CHS可以将不能被液化酶和糖化酶水解的部分淀粉进行排除。而根据研究结果发现，玉米样品中的淀粉含量和乙醇产量虽然具有显著正相关关系，但只能对81%的乙醇产量差异进行解释。对于CHS产量和乙醇产量间的决定系数进行分析，其为0.9096，这证明采用CHS含量对乙醇产量进行预测，对比淀粉含量要更加可靠。

1.3 经济、社会、环境效益

生物质燃料乙醇的相关研究工作是十分重要的课题，而燃料乙醇的使用与生产对社会经济发展具有重要影响，同时和环境也有着密切联系，如自然资源消耗以及温室气体排放等。现如今，针对生物燃料乙醇的效益研究，已逐渐从原本的经济、环境和能效等方面，向综合可持续研究进行扩展。通过可持续性分析生物燃料乙醇的全生命周期，一方面可使环境污染问题得到有效预防，另一方面还能够使相关产品的功能质量得到提高，为产业的发展和决策制定提供有力依据[2]。

1.4 乙醇燃料电池

在乙醇的创新应用当中，乙醇燃料电池是十分重要的一项前沿课题，而我国也对乙醇在新型对称双阴极结构固体氧化物燃料电池当中所具有的内重整反应进行了相关研究和报道。

2 生物燃料乙醇工厂储罐区的构成

乙醇工厂储罐区通常由防火堤、装车鹤位、变形剂罐、班次罐、成品储罐、泵房等部分组成，各个乙醇工厂储罐区的构成可能会存在一些差异[3]。其中防火堤是防止储罐泄露、液体外流的构筑物;變形剂罐主要用来存储车用乙醇汽油调和组分油，将其加入到成品乙醇中，使其不能食用，乙醇与变性剂的添加比例一般控制在100：1-100：5之间。班次罐是用来存储从蒸馏车间出来的乙醇，其体积通常在1000立方米以下。而成品储罐的体积普遍较大，最大容量能达到10000立方米。泵房中有机泵、配电室和控制柜。

3 生物燃料乙醇工厂储罐区工艺安全设计

乙醇作为可燃液体具有较高的火灾危险性，在生产过程中有很高的安全标准要求。但由于乙醇工厂类别不同，其所需要参考的设计规范存在差异。目前，相关设计规范分别有GB50957-2013《生物液体燃料工厂设计规范》、GB50694-2011《酒厂设计防火规范》、GB50160-2008《石油化工企业设计防火标准》等。在当前，生物燃料乙醇工厂储罐区酒精储量几乎都在500t以上，因此本文以《石油化工企业设计防火标准》作为储罐区安全设计标准，并在设备型号、设计安全距离、布置管道等角度开展研究。

3.1 选择设备型号

钢制立式圆筒形固定顶储罐是以往储存乙醇常用的设备，其具有构造简单的优势[4]。但在乙醇存储过程中会存在一定的气体空间，若发生火灾将带来较大危害。在《石油化工企业设计防火标准》（GB50160-2018）规范要求使用钢制金属浮舱式浮顶或内浮顶储罐这一储罐类型，其罐内几乎没有气体空间，即使发生火灾也是发生在罐壁和浮顶间的密封处，不会造成较大火势，易于扑灭。

3.2 设计安全距离

在储罐区设计中设计安全距离是很关键的，规范储罐区各组成部分间距离的同时，还对储罐区和厂区中道路、围墙、装置等之间的距离加以约束，因此在设计中应加以重视。例如在《石油化工企业设计防火标准》（GB50160-2018）中对5000-20000立方米内浮顶储罐和厂区各设备的防火间距进行了明确规范：与罐区甲类泵房距离为15米;与厂区围墙距离为30米;与原料运输道路距离为15米;与厂内重要设施距离为45米;与甲B类液体汽车装卸站应保持20m距离;与甲类工艺装置距离为35米;防火堤的堤脚线应大于罐壁高度的二分之一等。

规范中已对安全距离进行了明确规范，在设计时参照规范即可。但由于近年来安全生产事故发生概率越来越大，对于化学物品罐区设计要求也越来越高，除了上文所提及的规范标准外，国家安监局等部门对罐区设计提出了更高的要求，在文件中明确规定“可燃液体储罐按照单罐单堤的要求完善防火堤或者防火隔堤”，也就是说不管储罐体积多大，都应落实单罐单堤。这要比《石油化工企业设计防火标准》的要求更加严格。其次在《关于加大危险化学品储罐间距的通知》中也明确提出，地上立式储罐间距离应大于现行标准规定距离下限的二倍，若该距离大于相邻罐体直径或高度，则可以以该罐体直径或高度较大值为依据确定安全距离。例如：假若现行规范中储罐间距离下限为15米，相邻储罐直径或高度最大值为28米，那么最终两储罐距离应为15米的二倍，即30米进行布置。这一规定更为严格，但首先应当保证生产经营企业厂内面积足够大，不然可能出现乙醇工厂储罐区的占地面积太大，其他设备装置无处布置的现象。

在明确储罐与防火堤间安全距离后，需计算出防火堤高度。但在计算过程中，相关人员往往存在理解上的偏差，误以为规范标准中防火堤的容积为防火堤面积乘以防火堤高度。为了避免计算失误，在《储罐区防火堤设计规范》（GB50351-2014）明确给出了防火堤参数计算方法。公式如下所示：

V=AH-（V1+V2+V3+V4）

在公式中，V代表防火堤有效容积（m³），A代表防火堤中心线所围成的水平投影面积（㎡），H代表设计液面高度（m），V1为防火堤设计液面高度范围内最大的油罐露出地面的体积（m³），V2为除了最大的油罐外，其他油罐防火堤设计液面高度范围内最大的油罐露出地面的体积之和（m³），V3为防火堤设计中心线以内在设计液面高度内内培土和防火堤体积之和（m³），V4为防火堤液面高度设计内构筑物及配管设备的体积和（m³）。

在设计过程中，在依照规范标准确定安全距离的同时还应当考虑乙醇工厂实际情况。例如：在乙醇工厂储罐区一般都有便于汽车槽车装车的装车鹤位。因此，在设计装车鹤位时，应充分考虑槽车行驶路线、两鹤位间距离、鹤位与泵房间距离，从而保证槽车能够正常通行和停放[5]。另外，由于满载乙醇的槽车在厂内转弯或者倒车存在一定危险性，在设计装车鹤位时，应充分结合厂内平面图，保证槽车在厂内行使通畅，尽量避免存在转弯或倒车路线。

3.3 布置管道

通常来讲，乙醇生产车间的管道要比乙醇储罐区管道多，因此在储罐区布置管道时，可依据配管规范标准。

首先，根据相关规范要求，在乙醇工厂储罐的进口、出口位置需要安装止回阀、自动切断阀、手动切断阀以及金属软管等阀门管件，根据阀门管件直径不同，安装长度可能达到3米左右。同时根据规范中单堤单罐要求，各储罐应分隔開来，防火堤内空间有限，管道布置空间也受到限制，因此，应充分分析阀门管件所需要的空间，对储罐、管道、隔堤进行合理布置[6]。

其次，为了保证储罐运行安全性，在储罐中设置高液位、低液位报警的同时，还应完善超高液位和超低液位的连锁控制，在储罐进口管道和出口管道出设置安装自动切断阀。当储罐中乙醇液位到达高液位时，自动发出警报，若没有及时人为干预继续进料达到超高液位时，连锁控制管道入口的切断阀。储罐中乙醇液位到达低液位时，自动发出警报，若没有及时人为干预继续出料达到超低液位时，连锁控制管道出口的切断阀。

最后，应注意内浮顶储罐中存储高液位和存储低液位的计算方法与固定顶罐存在差异性。在储罐中存在内浮盘，所以内浮顶罐能够达到的高液位高度是浮顶的最大设计高度，与储罐罐壁高度并不相同。针对于钢制浮盘，设计过程中最大高度可以以储罐罐壁顶以下1.0米左右为标准，同时，考虑到使用储罐时，浮盘和液面间不应有气体空间，要使内浮顶罐的设计储存低液位大于浮顶的落底高度，从而达到避免内浮顶落底的目的。在设计过程中，内浮顶支腿高度有1.5米和1.8米，所以可将设计储存低液位控制在1.7米和2.0米[7]。

4 结束语

综上所述，就目前来看生物燃料等化学危险品对于存储条件的要求越来越高，其设计难度也在逐渐加大，合理的开展设计工作是保证企业安全生产的前提要素。本文分别从选择设备型号、设计安全距离、布置管道等方面对生物燃料乙醇工厂储罐区设计时应注意的问题进行探究，通过规范化储罐区设计保证乙醇工厂运行安全性，为我国工业企业发现奠定坚实基础[8]。

参考文献：

[1] 张沐旭，黄菊文，朱昊辰，等.利用厨余垃圾制备生物燃料乙醇的工艺技术[J].上海节能，2021（1）：26-31.

[2] 王建萍，冯连勇，冯敬轩.中国生物燃料乙醇替代汽油的净能源分析[J]. 中国能源，2019，41（4）：31-37，22.

[3] 任东明，窦克军.生物燃料乙醇产业国内发展现状与国际经验及相关建议[J]. 中国能源，2018，40（6）：5-9.

[4]朱怡然，刘新芳.生物燃料乙醇工厂储罐区工艺安全设计探讨[J].化学工程师，2019，33（10）：49-51.

[5] 董冀欣.浅述生物燃料乙醇的生产及使用现状[J]. 农村科学实验，2019（7）：39，42.

[6] 王梦，田晓俊，陈必强，等.生物燃料乙醇产业未来发展的新模式[J]. 中国工程科学，2020，22（2）：47-54.

[7] 林海龙，林鑫，岳国君.我国生物燃料乙醇产业新进展[J].新能源进展，2020，8（3）：165-171.

[8]殷志敏，白晓宇，赵亚威，陈珏.燃料乙醇产业发展现状及推广建议[J].山西化工，2020，40（02）：15-19.

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