液氨罐区工艺及安全设计

司晓凤

(上海电气国控环球工程有限公司，山西 太原 030000)

1 概述

目前，工业用液氨主要以煤为原料制得。液氨作为一种重要的化工原料，且在工业上应用广泛，随着工业化生产规模的不断扩大，液氨行业已发展为国家重要的生产工业之一。随着我国农业、工业等产业的快速发展，将会带动液氨行业市场规模扩大，液氨应用的深度和广度也会获得很大提升。

液氨，又称为无水氨，呈无色液体状，有强烈刺激性气味。相对分子质量为17.03,相对密度为0.597,沸点为-33.33 ℃,爆炸极限为15.7%～27%。氨气易溶于水。

氨气属可燃性气体,与空气混合能形成爆炸性混合物,遇明火、高热能引起燃烧爆炸,与氟、氯等接触会发生剧烈的化学反应,若遇高热,容器内压增大,有开裂和爆炸的危险。

氨主要对上呼吸道有刺激和腐蚀作用,低浓度氨对人的黏膜有刺激作用,高浓度时可危及中枢神经系统,还可通过三叉神经末梢的反射作用而引起心脏停搏和呼吸停止。

近年来我国液氨需求量将近5 000万t。介于液氨理化性质的特殊性，对液氨的临时存储运输也是一大难题，中石化《关键生产装置和重点生产部位管理规定》,液氨罐区被定为重点生产部位。

本文以某硝酸装置15万t/a为例，来介绍如何进行液氨罐区的工艺及安全设计。液氨主要通过外购，经过存储输送至生产装置。

2 工艺设计

2.1 存储量及存储设备设计

设计条件：

规模：15万t/a硝酸装置配套液氨罐区

年工作时间：7 200 h

根据设计条件核算出液氨年耗量为4.3万t，小时耗量为5.97 t，液氨的密度按600 kg/m3，小时耗量折体积为9.95 m3/h。

本设计的液氨主要采用公路运输，根据《石油化工储运系统罐区设计规范》采用公路运输的原料储存天数宜为7 d～10 d,本次设计储存天数为10 d，存储量为2 388 m3。共采用4台1 000 m3球罐(Φ12 300 mm)三用一备。

液氨的存储方式主要有常压存储和带压存储。常压储存工艺是将液氨冷冻到-33.4 ℃，使得液氨对应的气相压力与大气压力相同或相近，从而采用常压容器储存，最大限度地降低储罐投资,但需另配套冰机冷冻系统。

液氨0 ℃饱和蒸汽压为0.429 MPa(a)，40℃饱和蒸汽压1.554 MPa(a)，我国夏季温度一般不超过40 ℃[1]。本工艺采用带压存储，虽带压存储较常压存储的设备投资大，但液氨基本可以靠自身的饱和蒸汽压力输送至硝酸生产装置，带压存储较常压储存工艺每年节约电耗约8 000 kW。

带压存储，储罐为压力容器。按照《固定式压力容器安全技术监察规程》规定临界温度大于50 ℃的液化气体的设计压力取50 ℃饱和蒸汽压[2]，液氨储罐的设计温度为50 ℃，设计压力取2.16 MPa(a)。由于Q345R板材强度韧性都较好，且钢板的力学性能稳定，尤其是焊接性好，具有良好的安全及经济性[3]，本工艺液氨球罐材质推荐选择Q345R。

2.2 卸车量及卸车方式选择

单台鹤管液氨日卸车量为240 m3，采用4台卸氨鹤管，日卸氨量为960 m3，连续卸氨3 d可满足10 d生产用氨。

液氨卸车目前主要有两种方式一种是采用泵卸车，另一种是采用氨用压缩机卸车。

泵卸车流程：拟卸车槽车中的液氨经卸氨泵泵送至拟进料的液氨储罐。该法液氨卸车完成后，及时停泵，避免产生泵的气蚀现象。液氨在卸车过程中会不断在槽车中气化，以及避免泵的气蚀需及时停泵，易导致卸氨不完全。

氨用压缩机卸车：拟进料的储罐中的氨气抽出，经氨用压缩机加压送到拟卸车的槽车中，使槽车中的氨蒸气压力升高，储罐中的氨蒸气压力降低，在槽车和储罐之间形成的压力差为0.15 MPa～0.3 MPa，这样槽车中的液氨就借此压差被压送到需要进料的储罐中去。这是液氨卸车中最常采用的方法，该法具有较高的生产能力，可以同时对几个槽车进行加压，槽车内的液氨卸完后，还可以用压缩机将槽车中的气氨蒸气抽回至储罐，可以保证卸氨完全。

本次卸氨工艺采用此法，选两台氨用压缩机，进出口压差0.6 MPa，出口流量0.8 m3/min。

2.3 液氨输送方式

温度为14 ℃时，液氨的饱和蒸汽压为0.704 MPa(a)，即温度低于14 ℃时储罐内的压力不能将液氨输送至生产装置，为满足生产要求需配备原料输送泵两台，一用一备，流量10 m3/h，扬程60 m。

2.4 主要管线管径及材质选择

流速过快，管线的阻力增加，及防止静电产生；液氨的经验流速1 m/s～1.5 m/s,气氨流速3 m/s～8 m/s。液氨管道材质选用20#，管材标准GB/T8163-2018《输送流体用无缝钢管》。

根据管径计算公式可计算出各物料管径：卸车液氨主管管径：DN200；卸车气氨主管管径：DN80；球罐进出口管径：DN150；物料输送管管径：DN50。

3 安全设计

3.1 设备布置

根据GB 50160-2008(2018年版)《石油化工企业设计防火标准》将液氨划分为乙类可燃液体。

液氨储罐间的防火间距要求应与液化烃储罐相同，无事故排放至火炬的措施全压力式球罐间距离为相邻较大储罐直径的1倍；液氨储罐间的防火间距取13.4 m。液氨储罐距防火堤间距满足防火堤内堤脚线不应小于3 m，液氨储罐距防火堤间距取7 m。液氨储罐区占地初估52 m×52 m，隔堤按单罐单堤要求设置。

液化烃全压力式或半冷冻式储罐组宜设不高于0.6 m的防火堤，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[4]。本次防火堤高度取0.6 m，防火堤有效容积为1 622 m3，满足规范要求：防火堤内的有效容积不应小于一个最大储罐的容积。

隔堤高度0.3 m，隔堤有效容积为202 m3，满足规范要求：隔堤内有效容积不应小于隔堤内一个最大储罐容积的10%。

液氨鹤管之间间距取5 m，满足装卸车鹤位之间的距离不应小于4 m要求；液氨鹤管与储罐间间距取16 m，满足汽车装卸站与1 000 m3储罐之间的距离不应小于15 m要求；液氨鹤管与氨用压缩机间距取12 m，满足汽车装卸站与罐区甲、乙类泵(房)、全冷冻式液化烃储存的压缩机之间的距离不应小于10 m要求。

3.2 仪表配备

根据《石油化工企业设计防火标准》、《石油化工企业可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》、《石油化工储运系统罐区设计规范》、《危险化学品重大危险源安全监控通用技术规范》、《危险化学品重大危险源罐区现场安全监控装备设置规范》等要求，液氨储罐根部均设有根部阀，物料进、出口设有紧急切断阀；液位设置高液位报警，高高液位停氨用压缩机，低液位报警，低低液位停泵。与氨气压缩机相连的气相管道均设有紧急切断阀。液氨球罐设有温度监测仪表。液氨球罐设有压力监测仪表，并设有超压报警，并连锁喷淋降温阀。罐区周围设有可燃有毒气体报警探头，并与消防喷淋系统连锁。以上所有信号均接至控制室，所有运转设备、紧急切断阀门均在控制室可操作并可看开关状态。

3.3 主要安全附件

每个液氨球罐顶部设有全启式安全阀2个，安全阀型号A42Y-40，安全阀的起跳压力低于设备设计压力。

3.4 消防及给排水

液氨储罐上部设计与厂区供水管网和消防水系统相连接的水喷淋装置，一旦发生液氨泄漏时，启动雾状水喷淋装置进行稀释、溶解，产生的大量废水排至全厂事故池收容。

罐区的正常排污实现清污分流。

3.5 其他注意事项

卸车过程中，槽车中剩余压力应大于0.3 MPa(G)，以免形成负压，空气渗入，在内部形成爆炸性气体环境。

液氨罐区周围设置洗手池、洗眼器、淋洗器等安全卫生防护设备；洗眼器、淋洗器防护半径不大于15 m。

液氨罐区配备过滤式防毒面具、氧气呼吸器或正压式空气呼吸器，必须满足每人一具；隔离式防护服、防护手套、防护眼睛等应配备两套以上。

液氨罐区装设风向标，其位置和高度应设在库房顶的最高处。

液氨罐区配备应急通讯电话，并保证畅通。

4 结论

液氨罐区属于重大危险源，液氨储罐的设备布置、仪表配备要严格满足标准规范要求，同时也要在工程设计中根据实际情况如上下游配套、成熟工艺等合理选择其储存方式，综合考虑其安全性和经济性。