连续重整装置中间罐区设备布置与管道设计

刘 钊

(中石化广州工程有限公司配管室，广东 广州 510000)

连续重整装置中间罐区设备布置与管道设计

刘 钊

(中石化广州工程有限公司配管室，广东 广州 510000)

中间罐区在石化装置中起到了承上启下的重要作用。中间罐区的设计主要包括设备布置和管道设计两部分。本文以某连续重整装置为例，对中间罐区的设备布置和管道设计进行了分析和探讨。

中间罐区；防火堤；设备布置；管道设计

罐区在石化装置中起到了承上启下的重要作用。按用途区分，罐区可分为原料罐区、中间罐区和成品罐区三类。一个典型罐区主要由储罐(组)、防火堤和配套泵区及管桥组成。本文以某连续重整装置的中间罐区为例，介绍如何进行罐区的设备布置和管道设计。

此装置包括连续重整和苯抽提两个独立的单元，主要生产脱戊烷重整汽油、苯和混合二甲苯。装置中间罐区存储物料包括苯、C6馏分油(含苯及同族芳香烃<30%的汽油)、湿溶剂(含水、含油的环丁砜溶剂)三种，性质各异，设计时需要考虑较多的因素，是罐区布置和设计工作中比较典型的例子。

1 存储物料的火灾危险性分类

进行罐区的设备布置之前需要了解所存储物料的相关物理性质、火灾危险性、职业性接触毒物危害程度等参数。该项目罐区存储物料性质见表1。

表1 装置存储可燃液体性质[1]Tab.1 Properties of Flammable Liquid

火灾危险性依照GB 50160-2008《石油化工企业设计防火规范》[2]进行分类，危害程度依照GB 5044-85《职业性接触毒物危害程度分级》分类。

C6馏分油(重整液)在常温、常压下为无色透明或浅黄色混合液体，有特殊气味，不溶于水。闪点<28℃，火灾危险级别属甲B类。危害程度属中度危害。

2 储罐的布置

罐区内四座储罐全部采用Q235C材质的内浮顶常压钢罐，浮盘材质为铝合金。湿溶剂罐的罐体直径7m，罐壁高度9302mm；C6馏分油罐的罐体直径6m，罐壁高度8702mm；两座苯罐的罐体直径均为5m，罐壁高度6342mm。四座罐容积分别为300 m3、200 m3、100 m3和100 m3。

苯和C6馏分油的火灾危险性同属甲B级，湿溶剂(环丁砜)的火灾危险性为丙B级。储罐应成组布置，并留有一定的防火间距(表2)。在同一罐组内应当集中布置火灾危险性相同的储罐，这样有利于油罐之间相互调配和统一考虑消防设施，但因为四座单罐的体积均小于1000 m3，不会造成大的危害，也可布置在同一罐组内。考虑到罐组平面的合理布置和火灾安全，固定顶罐组的总容积不应大于120000 m3。而浮顶和内浮顶罐的安全性较固定顶罐高，事故频率很低，故浮顶、内浮顶罐组的总容积不应大于600000 m3。本装置罐组总容积为700 m3，符合规范要求。

考虑到万一发生火灾时，为了便于扑救，不出现起火储罐四周其他储罐妨碍消防的现象并考虑整个装置布局，将罐组布置成2排，两座较小的苯罐在前排，C6馏分油罐和湿溶剂罐布置在后排。两排立式储罐的间距不应小于5m。同一排内储罐间距以直径最大的湿溶剂罐考虑，间距大于0.4×7m=2.8m。

因为四座储罐容积均较小，罐组内没有设置隔堤。但若储罐容积之和大于20000 m3时，为了在溢漏事故发生时控制污染范围，减小事故影响，则必须设置隔堤，将罐组内分割成若干小分区，便于收集、清洁和处理。

表2 罐组内相邻可燃液体地上储罐的防火间距Tab.2 Distance of Fireproof in Flammable Liquid Storage Tanks

3 防火堤的布置

防火堤是用于常压液体储罐组，在油罐和其他液态危险品储罐发生泄露事故时，防止液体外流和火灾蔓延的构筑物[3]。

当储罐区发生火灾时，火场温度极高，因此防火堤必须采用不燃烧材料制造。且为了防止火焰外泄危及其他设施，防火堤必须具备良好的密封性，进出防火堤的管道宜从防火堤顶部跨越或从地面以下穿过，当必须穿过防火堤时，则应设置长度不小于防火堤厚度的钢制套管，套管两端应做防渗漏的密封处理。常用的防火堤有土堤和钢筋混凝土防火堤两种。

土堤具有良好的耐燃烧性能，也没有管道穿堤时密封不严的问题。但土堤的缺点是宽度大(堤顶宽度不应小于500mm，基础宽度更大)、占地面积多且维护工作量大。钢筋混凝土堤占地少(堤顶和基础宽度不应小于200mm)、强度高，但耐燃烧性能不如土堤，需要在堤内侧培土或者喷涂隔热防火涂料来保护。且需要考虑热胀冷缩而设伸缩缝，密封性能不如土堤。

同一罐组内布置的油罐数量越多，发生火灾的概率也相应越大。因此当单罐容量大于或等于1000 m3时，罐数量不应多于12座，当单罐容量小于1000 m3或仅储存丙B类油品时，则不受数量限制。并且防火堤内有效容积不应小于罐组内最大一个内浮顶油罐容量的一半，有效容积的核算见公式1。

规范还指出，立式油罐组的防火堤内侧高度不应小于1.0m，且外侧高度不应大于2.2m。罐壁至防火堤内堤脚线的距离不应小于该罐罐壁高度的一半。考虑体积最大的湿溶剂罐罐壁高为9302mm，依照规范要求，罐壁距防火堤内堤脚线的距离应大于9302/2=4651mm。

综合考虑储罐组和防火堤的布置要求后，最终的布置如图1，图中储罐的直径为罐底螺栓孔的直径。采用外轮廓41.1m×27.6m的钢筋混凝土防火堤，顶高1.0m，壁厚0.3m，防火堤强度经结构专业核算合格。防火堤内地面以0.5%坡度坡向排水沟，为防止防火堤基础受到沟内雨水的侵蚀，沟壁的外侧与防火堤内堤脚线的距离为0.5m。

图1 防火堤和罐组布置

Fig.1 Layout of fire dike and tanks

计算防火堤有效容积的公式为：

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

(1)

式中:——防火堤有效容积(m3)；

Hj——由防火堤中心线围成的水平投影面积，m2；

A——设计液面高度，m；

V1——防火堤内设计液面高度内的一个最大油罐的基础体积，m3；

V2——防火堤内除一个最大油罐以外的其他油罐在防火堤设计液面高度内的液体体积和油罐基础体积之和，m3；

——防火堤中心线以内设计液面高度内的防火堤体积和内培土体积之和(m3)

——防火堤内设计液面高度内的隔堤、配管、设备及其他构筑物体积之和(m3)。

设计液面高度 比防火堤顶高低0.2m为0.8m。防火堤中心线面积 为31.8m×27.3m=868m3，储罐基础高度按0.9m计算，由此计算出的有效容积为550 m3>150 m3，满足规范要求。

4 泵区和管桥的布置

罐组配有专用泵区，露天布置在罐区管桥南侧，为方便布置管道，电机端朝向管桥外。泵上方不布置工艺设备。泵基础前端距两座100 m3甲B类苯罐的直线距离为9.9m，满足规范中距小于或等于500 m3的内浮顶储罐、丙A类固定顶储罐不应小于8m的要求(图2)。接C6馏分油罐的两台抽提蒸馏塔进料泵布置在管桥东侧；接苯罐的两台苯产品泵布置在管桥中间，距两座罐基本等距；接湿溶剂罐的湿溶剂泵和新鲜溶剂泵布置在管桥西侧。

管桥下还布置了蒸汽伴热、疏水阀组和热水伴热、回水阀组，并布置了吹扫、消防用的软管站。管桥上层布置有罐组的工艺管道和公用工程管道，低压蒸汽、氮气引出线在靠近上层平台处设置了根阀。

图2 泵区的布置

Fig.2 Layout of pump area

5 储罐和泵基础高度的确定

储罐基础和泵基础高度应当联合考虑。泵基础高度需要考虑泵附属管道操作的要求，例如泵入口过滤器的抽芯检修空间、导淋阀的地面净空高度等。由此得出泵基础的基本高度后，根据泵基础高度便可反推出储罐的基础高度。但这一高度还必须满足泵进口侧有效汽蚀余量的要求，否则若被输送液体在泵入口叶片处发生气蚀，会极大影响泵的输出效率，甚至导致叶轮损坏。

泵的必需汽蚀余量 由厂家提供，泵进口管路有效汽蚀余量 的计算公式为：

(2)

式中:p0——进口容器液面压力(Pa)，若液面与大气相连通，则液面压力取当地大气压；

ps——输送温度下的液体饱和蒸汽压，Pa；

p——输送温度下液体密度，kg/m3；

g——重力加速度(m/s2)，一般取9.81；

z——泵入口与进口容器液面的高度差，m；

∑hf——从进口容器至泵入口法兰之间所有管道、阀门、管件和设备在设计流量下的总压力降，m。

为了确保泵正常工作不发生气蚀，泵的有效汽蚀余量必须有一个安全裕量S，满足NPSHa-NPSHr≥S。对于一般的离心泵，S取0.6～1.0m。

以必需汽蚀余量最大的抽提蒸馏塔进料泵为例，厂家给出NPSHr为9.16m。C6馏分油罐操作压力P0为0.001MPa(G)，输送温度40℃，正常流量27 m3/h。该温度下物料的饱和蒸汽压为0.03MPa(A)，密度ρ为703 kg/m3，管路总压力降∑hf计算为0.73m。考虑极端情况，即罐体低液位报警时的液面(满足报警开始15min内泵不会抽空)，设z=-0.25m。代入上式计算可得，有效汽蚀余量NPSHa=9.68m，大于必需汽蚀余量9.16m。装置正常运转时的液位远高于报警液位，因此满足设计要求。

当储罐和泵的基础高度确定，罐的最低液面高度与泵入口中心线的高差确定后，为提高有效汽蚀余量，应减少入口管道系统的阻力，尽可能缩短管道长度，减少弯头数[5],或尽量用45°弯头代替90°弯头。

6 罐区管道设计

与储罐连接的工艺物料管道上的切断阀尽量布置在靠近储罐嘴子处。考虑到储罐基础沉降的影响和抗震要求，工艺物料管道切断阀后需要连接一段金属软管。管道在防火堤内集中布置，走向力求简洁整齐，在适当的位置设置管墩供邻近多根管道共同使用，墩顶高出设计地面不宜小于300mm[6]，并尽量减少管道的交叉。不得不交叉时，上下层管道应保持合理间距。考虑到一旦罐组发生泄漏和火灾事故时的安全，所有管道均从防火堤顶部跨越后与管桥连接。

当储罐需要蒸汽清洗时，可利用软管站中的低压蒸汽快速接头接管冲洗。罐组中两座苯罐采用热水加热，湿溶剂罐采用低压蒸汽加热，故增设了相应循环水线和蒸汽、冷凝水线。

防火堤内配管还需要考虑操作和检修的因素。阀门是否容易操作，现场观测仪表是否在观察范围内，地面管道高度是否利于人员通行等，在无法直接到达的区域设置了跨桥、梯凳或平台，跨桥底面最低处距管底(保温层顶面)的距离不小于80mm。

7 消防设施的布置

事故一旦发生，为了快速、安全地处理险情，减少生命和财产损失，将影响控制到最低限度，消防设施的合理配置必不可少。内浮顶罐相对固定顶罐的优点在于罐内几乎不存在油气空间，散发出的可燃气体很少，火灾几率小。即使起火，也只在浮顶与罐壁间的密封处燃烧，火势不大且易于扑救，并能够大大降低油气损耗和对大气的污染。

四座储罐均设置了泄压人孔、呼吸阀和氮气气封系统，减少了蒸发损失并可阻止外界气体进入罐内污染物料。除了固定水炮和移动灭火器外，容积较小的两座苯罐和C6馏分油罐各设置了一个泡沫发生器，容积较大的湿溶剂罐设置了两个，起火时由消防车在防火堤外通入泡沫发生液，起到灭火作用。罐区四面皆为行车道，方便了消防车的通行，火灾时也可灵活选择灭火位置。为了在紧急状态下便于区分，后排湿溶剂罐和C6馏分油罐的消防水管接口布置在罐后北侧的防火堤上，前排两座苯罐的消防水管接口则分别布置在防火堤的西侧和东侧。

即便发生罐底炸裂的重大事故，泄露的可燃液体仍然能够限制在防火堤的有效容积内，减小了事故面积。并且在防火堤四个方位上还分别设置了多处人行踏步和跨桥以便及时逃生。

8 总结

合理的规划是设计的基础，满足要求的“能用”和高效简洁的“好用”之间还有很大的距离。从现场施工的经验来看，罐区的设计仍然存在一些虽不致命但需要避免的问题。例如罐体盘梯和消防水管位置的冲突，罐体上一些仪表开口位置设置不合理，部分阀门无法检修操作需要增加跨梯等，这些都需要在设计中多加留心来避免，不断检讨和反思旧有设计是我们进步的根源所在。

[1] 卫生部.GB 5044-1985 职业性接触毒物危害程度分级[S].北京：中国标准出版社，2004.

[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部.GB 50160-2008 石油化工企业设计防火规范[S].北京：中国计划出版社，2009.

[3] 中国石油天然气集团公司.GB 50351-2005 储罐区防火堤设计规范[S]. 北京：中国计划出版社，2005.

[4] 大连理工大学.化工原理,上册[M].北京:高等教育出版社,2002:112-113.

[5] 张德姜,王怀义,刘绍叶.石油化工装置工艺管道安装设计手册.第一篇,设计与计算[M].北京:中国石化出版社,2005:185.

[6] 中国石化集团公司储运设计中心站.SH/T 3007-2007.石油化工储运系统罐区设计规范[S]. 北京:中国石化出版社,2008.

(本文文献格式：刘 钊.连续重整装置中间罐区设备布置与管道设计[J].山东化工，2017，46(12)：147-150.)

Probe on Equipment Layout and PipingDesign of Intermediate Tank Area in Continuous Catalytic Reforming Unit

LiuZhao

(Piping Department，Guangzhou Petrochemical Engineering Corporation/ SINOPEC，Guangzhou 510000，China)

Intermediate tank area plays an important role in petrochemical plant. The design of tank area mainly consists of two parts. The first part is equipment layout, and the other is piping design. According to the Continuous Catalytic Reforming unit, this paper analyzes and discusses both of the two parts and also proposes suggestions and content.

intermediate tank area; fire dike; equipment layout; piping design

2017-04-24

刘 钊(1984—)，甘肃天水人，工程师，硕士研究生，2010年毕业于大连理工大学，一直从事石化装置的管道设计工作。

TQ055.8

A

1008-021X(2017)12-0147-04