长距离输煤管道储浆罐与石油储罐对比研究

梁霏飞　吴崇　李用芝

(中煤科工集团武汉设计研究院有限公司　武汉 430064)



长距离输煤管道储浆罐与石油储罐对比研究

梁霏飞吴崇李用芝

(中煤科工集团武汉设计研究院有限公司武汉 430064)

摘要对比研究长距离输煤管道储浆罐与石油储罐搅拌设计特点、罐顶设计特点、消防安全设施特点。经分析可知，长距离输煤管道储浆罐宜选用推进式搅拌器，罐壁上设置导流结构，宜采用固定顶、锥顶，设置简单消防安全设施，宜选用难燃保温材料；石油储罐优先选用旋转喷射式搅拌器，罐内油品进行定期搅拌，采用浮顶，大型的一般选用外浮顶，需设置完善消防安全设施。

关键词长距离输煤管道储浆罐石油储罐

A Comparative Study on Long Distance Coal Transportation Pipeline Slurry Storage Tank and Oil Storage Tank

LIANG FeifeiWU ChongLI Yongzhi

(WuhanDesign&ResearchCo.,Ltd.ofChinaCoalTechnology&EngineeringGroupWuhan430064)

AbstractThe stirring and tank top design features, as well as fire protection installation design are discussed by comparative study on the properties of long distance coal slurry storage tank and oil storage tank stored. Long distance coal transportation pipeline slurry storage tank is suggested to use propeller agitator and set baffles diversion structure inside the tank wall, adopt fixed roof, generally suitable for cone roof and set simple fire protection installations, also appropriate for fire resistant thermal insulation materials. The oil storage tank is prior to the rotating spray agitator, regularly stirred, in which the floating roof is adopted, external floating one is preferential to large scale oil storage tank and also the fire protection installations should be completed.

Key Wordslong distance coal transportation pipelineslurry storage tankoil storage tank

0引言

长距离输煤管道储浆罐作为长距离输煤管道工程的关键设备，起着缓冲和调节作用，既担负着首端制浆系统与管输系统的缓冲，又担负着管输系统与终端用户之间的缓冲，直接影响整个管道输煤系统的运行。长距离输煤管道的规模一般较大，需足够的缓冲能力以确保管道输送的连续与安全，因此长距离输煤管道储浆罐的容量较大，要求单罐容积为3 000 m3～1万m3，国内尚未建成适用于长距离输煤管道的大型储罐。长距离管道输送煤浆为便于终端用户再加工利用，一般不添加分散剂，因此不易保持均匀状态、易发生固液分离，煤浆储存搅拌要求较高，现有储罐难以满足长距离输煤管道的工艺要求。

石油储罐是石化企业原料、中间产品和成品的储存装置，目前世界各国储存石油的主体罐型为单罐容积10万m3～15万m3。鉴于大容积石油储罐具有单位容积的耗钢量小、投资少、运行成本低、占地面积小的特点，为降低石油储存成本，需建造更大容积石油储罐。石油储罐储存的物质具有易挥发、易爆炸的特点，石油储罐容积变大也将使危险性增加[1]。

1搅拌设计特点

1.1长距离输煤管道储浆罐搅拌设计特点

长距离管道输送煤浆要求保持储浆罐上、下煤浆重量浓度差很小且不发生沉淀，并且保证24 h全天候连续工作，否则可能导致不合格的煤浆进入长距离输煤管道。同时，搅拌效果不过关的搅拌器可能导致煤浆固体颗粒分布的均匀性达不到合格范围，进而成为不合格煤浆。不合格煤浆供给输送管道可能导致堵管、爆管等事故，影响长距离输煤管道安全运行，即使不合格煤浆输送到终端，也会影响终端用户的使用。长距离管道输送煤浆固体颗粒粒径大，比重为水的1.2～1.6倍，固体颗粒在水中有沉降性且沉降速度快，因而长距离管道输送煤浆的搅拌难度大，对搅拌器的要求高，需具备足够的上下循环泵送能力和全容积搅拌的特点。

针对长距离管道输送煤浆的特性及工艺要求，长距离输煤管道储浆罐应设置大型搅拌器，既要达到搅拌效果，又要安全、可靠。搅拌器以一定转速旋转使煤浆产生涡流，但如果煤浆始终以不变的涡流运动，将造成粗颗粒沉降快而细颗粒将沉降慢，导致粗细颗粒分离，进而影响储浆罐煤浆上、下粒度级配。长距离输煤管道储浆罐需采用搅拌效果好的机械搅拌，同时为了最大限度加强轴向流，宜采用推进式搅拌器。另外，需在储罐中增加导流结构配合搅拌器，如在罐壁上设置挡板辅助搅拌，将切向流转换为径向和轴向流，增加湍流和对流循环强度，从而保证煤浆搅拌效果。

1.2石油储罐搅拌设计特点

石油为单相介质，与长距离管道输送煤浆相比不易沉淀，但储罐内的油品储存一段时间后，会也出现罐底油泥沉积、油品分层、温度不均匀等现象，对储罐的长期安全生产带来不利的影响，因此需对储罐内油品进行定期搅拌。

搅拌器的选型关系到石油储罐的建设成本、安全性和经济性，目前石油储罐搅拌设施主要有叶轮式和旋转喷射式搅拌器。研究表明，叶轮式搅拌器螺旋桨的转动使储罐内液体产生两个方向的运动，一个沿螺旋桨轴线方向向前运动，另一个沿螺旋桨圆周方向运动，使储罐内物质上下翻动以达到搅拌的目的。而旋转喷射搅拌器是由喷嘴喷出物质的反作用力驱动旋转喷射器旋转，喷嘴通过形成环状喷射流态和定向旋转环流全方位搅拌。另外，旋转喷射式搅拌器在能耗、安装成本、维护便利性、运行安全性等方面均比叶轮式搅拌器有优势，并且随着旋转喷射器的广泛应用，其配套的工艺管路设计、风险应对措施也更为成熟，故应优先考虑使用旋转喷射式搅拌器。但是，在北方一些高粘度石油储罐中，仍主要选用叶轮式搅拌器，因为高粘度石油流动性差导致射流强度小，旋转喷射式搅拌器搅拌效果差[2]。

2罐顶设计特点

2.1长距离输煤管道储浆罐罐顶设计特点

储罐罐顶有固定顶和浮动顶两种，固定顶分为锥顶、拱顶和伞形顶，浮动顶结构复杂且加工制造成本高，主要用于储存挥发性物质。

长距离输煤管道储浆罐由于其储存的煤浆受温度、浓度的影响较大，需要对储罐进行封顶处理，以防止雨水、雪、扬沙混入煤浆影响长距离输煤管道的输送效率，且煤浆挥发性不强，因而适于采用固定顶。常规情况下，长距离输煤管道储浆罐都装配有顶装立式搅拌器，但拱顶结构的储罐不适宜顶装立式搅拌器，且拱顶结构制作加工工艺复杂，加工需使用模具，成本较高，而锥顶制作加工工艺简单，便于现场制作，因而一般采用锥顶。

2.2石油储罐罐顶设计特点

国内外石油储罐罐顶类型主要有固定顶、内浮顶和外浮顶。石油中含有的液化烃沸点很低，在常温下具有较大的蒸汽压，容易达到引起燃烧所需的最低限度的蒸发量，火灾危险性大，因此石油储罐密封要求较严格。

固定顶储罐在油品上存在油气混合空间，极易发生爆炸，存储大量油品时不宜采用固定顶储罐。浮顶储罐的顶能随油品液面上下浮动，浮顶与罐壁之间有密封装置，浮顶直接与油品液面接触无气体空间，可减少油品挥发，因此浮顶储罐是石油储罐的主要罐型。浮顶储罐的形式有内浮顶和外浮顶，内浮顶密闭性更好，能够大幅度减少石油挥发，安全性较高，但制造成本也高，多用于储存轻质油[3]；外浮顶的安全性也较高，且易做成大型储罐。

3消防安全设施特点

3.1长距离输煤管道储浆罐消防安全设施特点

水煤浆流化悬浮高效洁净燃烧技术炽热流化床温度高达850～950 ℃左右，水煤浆传统雾化-悬浮燃烧技术工业锅炉燃烧温度高达1 500～1 600 ℃左右[4]，而长距离管道输送煤浆浓度比水煤浆更低，输送到终端还需脱水后才可投入使用，因此，长距离管道输送煤浆也具有与水煤浆相似的特性，即燃烧热值低、不易燃烧。这一特性使得电气、明火、发动机、焊接和其他容易引起火灾的因素都不易引起长距离输煤管道储浆罐发生火灾，因此设置简单的消防安全设施即可。由于仅设置简单的消防安全设施，因而储浆罐保温材料宜选用难燃材料。

3.2石油储罐消防安全设施特点

石油储罐储存的油品具有易挥发、易燃烧、易爆炸等特性，是火灾、爆炸多发区域，一旦发生火灾，必须在短时间内灭火。因此，石油储罐消防安全设施至关重要，不但要满足日常防火的需要，还应具备发生火灾时的技术保障[5]。石油储罐设置的消防设施需具备以下特点：

(1)防雷、防静电设施。设置防雷设施，避免雷击引起火灾事故。设置防静电措施，例如通常将浮顶与罐壁用导线做电气连接并设置接地装置。

(2)合理的电气设备及电器防爆设施。应合理选用、使用防爆型且防爆等级足够的泵房电机、灯具、开关等电气设备。

(3)火灾报警系统联动设施及可燃气体检测装置。设置火灾报警系统联动设施，储罐发生故障立即报警。设置可燃气体检测装置，储罐泄漏导致可燃气体浓度超标立即报警[6]。

(4)保护设施。为减少石油储罐罐面燃烧产生的辐射热对着火储罐及邻近储罐的危害，需在储罐外壁和相连的管道上喷涂防火隔热涂料形成保护层。另外，设置水冷却系统，设置一定数量水炮。

(5)固定灭火系统。设置固定灭火系统，发生火灾时可按照预定程序立即启动，实施灭火。

(6)消防系统。消防系统包括水冷却系统和泡沫灭火系统，储罐区必须设置储水、输水设备，往往设置稳高压给水系统和临时高压给水系统，还应在输水管线和泡沫管线上分别设置消火栓和泡沫栓[7]。

4结论

结合长距离输煤管道储浆罐与石油储罐储存物质的特性以及储罐大型化的特点，分析比较了长距离输煤管道储浆罐与石油储罐的搅拌设计特点、罐顶设计特点以及消防安全设施特点，并提出长距离输煤管道储浆罐应具备的特点，得出如下结论：

(1)长距离输煤管道储浆罐建议选用推进式搅拌器，并在罐壁上设置挡板导流结构，需保证全天候24 h连续工作。石油储罐应优先选用能耗、安装成本、维护便利性、运行安全性等方面均有优势的旋转喷射式搅拌器，但高粘度石油流动性差导致射流强度小，宜选用叶轮式搅拌器，石油储罐需对储罐内油品进行定期搅拌。

(2)长距离输煤管道储浆罐宜采用固定顶，并且由于装配有顶装立式搅拌器，一般采用锥顶。石油储罐的主体罐型是可减少油品挥发的浮顶罐，且大型石油储罐一般选用外浮顶。

(3)长距离输煤管道储浆罐设置简单的消防安全设施即可，因此储浆罐宜选用难燃保温材料。石油储罐消防安全设施要求严格，需设置完善的消防安全设施，需设置防雷设施、防静电设施、合理的电气设备和电器防爆设施、火灾报警系统联动设施及可燃气体检测装置、石油储罐保护设施、固定灭火系统以及消防系统等消防安全设施。

参考文献

[1]邱宗君,孙莉莉．大型原油储罐上搅拌器的选用[J]．中国化工贸易，2014，6(24)：61．

[2]边煜盛,尹亮,周琦．大型储罐搅拌器选型分析[J]．化学工程与装备，2012(2)：89-92．

[3]斯新中．国内储罐罐顶的形式和发展趋势[J]．石油化工设备技术，1998，19(5)：4-8．

[4]马玉峰,李建强,万启科,等．水煤浆燃烧技术及其发展[J]．洁净煤技术,2003,9(3)：13-17．

[5]陈南,徐晓楠．石化消防安全监测技术[M]．北京：化学工业出版社，2004．

[6]邢淑荣,程佳成,曹文红．浅谈成品油罐区消防技术与管理[J]．消防科学与技术，2005 (Z1)：71-72．

[7]葛晓霞,董希琳,郭其云．大型石油储罐区消防安全对策研究[J]．石油工程建设，2008，34(3)：1-5．

(收稿日期：2015-02-15)

作者简介梁霏飞，女，1985年生，山西忻州人，硕士研究生(中国矿业大学化工学院化学工程与技术)，助理工程师，主要从事长距离输煤管道的设计和研究。