液氯罐区的工艺安全设计

李森林

液氯罐区的工艺安全设计

李森林

（辽宁省石油化工规划设计院有限公司，辽宁 沈阳 110000）

氯气是一种用途十分广泛的基本化工原料，在工业生产中很多领域的应用占有重要的地位。由于氯气具有的毒性，一旦发生事故，将会对环境和人员的生命造成伤害，因此，对氯气的安全储存，有着严格的要求。本文分别从储罐的设计参数、储罐容量计算、工艺设计和其他安全设施方面，要严格执行国家、行业的标准要求进行设计，从而达到液氯储存安全的目的。

液氯；罐区；工艺设计；安全

氯气是一种用途十分广泛的基本化工原料，在农药、橡胶、塑料、漂白剂和消毒剂等的工业生产中的应用占有重要的地位。

氯气为黄绿色有刺激性气味的气体，沸点为-34.6 ℃，熔点为-101 ℃，在常压下即汽化成气体，蒸气相对密度(空气=1)为2.5； 在20 ℃，6.86 ata下，相对密度（水=1）为1.4。

通常氯气是在液化状态下储存，称为液态氯，为黄绿色的油状液体，它具有剧毒性，人体吸入后能严重中毒，同时还具有刺激性、腐蚀性，属于危险化学品。因此，对液氯的安全储存，有着严格的要求。

本文分别从液氯储罐的设计参数、储罐容量计算、工艺设计和其他安全设施方面进行探讨。

1 储罐设计参数

液氯通常选用卧式常温压力储罐储存，储罐的设计压力和设计温度参数、储罐容积必须规范的选择。

1.1 设计压力

设计压力是指设定的容器顶部的最高压力，其值不应低于工作压力。取50 ℃氯气的蒸汽压作为液氯储罐的最大工作压力。

另外，液氯储罐为压力式储罐，同时需要考虑安装安全阀，因此，液氯储罐的设计压力为1.05～1.10倍最高工作压力，且不低于安全阀开启压力[1]。

1.2 设计温度

设计温度是指容器在正常工作情况下，设定的元件的金属温度。需要考虑工程所在地区的历年来平均最低气温的最低值。另外，还需要考虑事故状态下，液氯向大气环境泄漏汽化时吸热引起的罐体表面温度的下降[2]。

2 储罐容量计算

液氯罐区的储存容量，应按全厂总工艺流程规定的原料一次最大用量周期的需求，同时，还要考虑运输方式和运输距离对物料储存周期的影响。

罐区中设置的储罐数量，根据储存的容量，以及单台储罐储存的介质重量来选择。

单台液氯储罐容积的确定，通过式（1）计算：

式中：—单台储罐的容积，m3；

—单台储罐中储存介质的质量，kg；

—液氯的密度，kg/m3；

—液氯储罐的充装系数,取0.8[5]。

同时，考虑到液氯的毒性为剧毒，在罐区设计时还需要根据单台最大液氯储罐的体积，设置一台备用液氯储罐，在正常情况下保持空槽，作为事故情况下液氯泄漏的应急备用储罐[2]。

3 工艺设计

液氯罐区的工艺设计主要考虑其流程设计和相关的仪表设计。

3.1 流程设计

（1）进出料的管线

液氯储罐设置进出物料的管线，在管道上设置紧急切断阀门，与储罐的高低液位联锁。同时，在管道上靠近储罐根部阀设置为带波纹管密封的截止阀。

（2）气相平衡管线

液氯储罐设置气相平衡管线，用以保证储罐在装卸物料时储罐压力平衡，气相平衡管线与各储罐相连，同时，气相平衡管线还应连接至氯气捕集工艺装置中的尾气排放处理工序，处理在液氯卸车过程中汽化超压的氯气。

（3）安全阀排放管线

液氯储罐设置安全阀排放管线，用以排放储罐超压的液氯气体，保证储罐的安全，由于氯气具有毒性，不允许直接排放大气，因此安全阀排放出的气体，通过安全阀的排放总管线送至氯气捕集工艺装置中的尾气排放处理工序，避免环境的污染。

（4）排污管线

液氯储罐在长时间储存后，在储罐的底部容易积聚三氯化氮，因此，在储罐的底部设置排污装置和污物处理设施，用以排除储罐中积聚的三氯化氮，设置取样点用以监测排污物中的三氯化氮含量不应大于60 g/L，如发现排污物中的三氯化氮的含量超标，则增加排污次数和排污量，并加强监测以保证储罐的安全[5]。

（5）氯气捕集工艺

氯气捕集工艺分为事故处理工序和尾气排放处理工序。

事故处理工序用于处理储罐泄漏事故氯气的吸收和处理。通过设置的有毒气体检测报警器联锁启动事故风机，将有害气体送至事故应急吸收塔，在应急吸收塔内与碱液逆流接触，处理合格后的尾气通过无害化气体放空管高空排放。风机的事故通风量，宜根据工艺设计条件通过计算确定，且换气次数不应小于12次/h[7，8]。尾气吸收塔的处理能力要与风机的风量相匹配。

尾气排放处理工序用于处理储罐尾气的排放氯气的吸收和处理。卸车过程中和安全阀事故状态下的尾气，通过排放总管排至尾气吸收塔，在尾气吸收塔内与碱液逆流接触，在尾气吸收塔后设置尾气风机，保证尾气的排放和处理，处理合格后的尾气通过无害化气体放空管高空排放。尾气风机的风量和尾气吸收塔的处理能力要满足工艺条件的需要。

同时，设置各自的吸收塔循环泵、碱液储罐和碱液循环泵，以保证工艺过程的需要。

无害化气体放空管高度不得小于25 m，并应高于现场建构筑物或设备高度2 m以上，不得无序排放[2]，在防空管上设置监测设施，监测氯气浓度是否超标。

（6）事故应急倒罐泵

为保证对事故储罐中液氯的应急处理，设置事故应急倒罐泵，将事故罐中的液氯倒至液氯应急备用储罐。同时，也可兼做液氯的输送泵，设置数量不少于2台。

3.2 仪表设计

（1）压力表、液位计、温度计[6]

液氯储罐设置压力表、液位计、温度计应能就地显示，并应传至控制室集中显示。

（2）报警联锁[6]

确保生产安全，液氯储罐设置高低液位报警，对储罐的液位进行监控。设置的高高、低低液位联锁切断进料管道和出料管道上的紧急切断阀门，保证储罐内的液位不超出最高或最低液位。

对储罐的压力设置高压报警的功能，与设置在气相平衡管线上的压力调节阀联锁调节，保证储罐的安全。

（3）有毒气体报警器

根据《建筑设计防火规范》（2018年版）GB50016 -2014中，氯气是助燃气体，火灾危险性类别为乙类，同时，氯气的燃烧爆炸危险性中的爆炸上下限无意义，说明氯气不具有爆炸性，在储罐区中只考虑氯气的毒性。因此，根据《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》GB50493-2019中的要求，氯气设置有毒气体浓度检测报警器，有毒气体报警设定值的确定：一级报警设定值应小于或等于100% OEL（职业接触限值），有毒气体的二级报警设定值应小于或等于200% OEL。同时，报警信号应送至有人值守的控制室，报警器应有声、光报警功能。

4 其他方面安全设计

（1）总平面布置

在总平面布置中，液氯储罐应布置在厂区全年最小频率风向的上风侧及地势较低的开阔地带[4]。

（2）厂房的形式

液氯储罐推荐采用密闭式厂房[2，3]，便于事故氯的捕集和处理，防止泄漏到大气中给环境和人员造成伤害。

（3）用电负荷等级

氯气捕集工艺中的事故处理工序中的设备用电负荷为一级，满足在紧急情况下事故氯的捕集处理。

（4）设备布置

地上液氯罐区地面应低于周围地面0.3～0.5 m或在贮存区周边设0.3～0.5 m的事故围堰，防止一旦发生液氯泄漏事故，液氯气化面扩大[2]。

5 结束语

总而言之，由于液氯本身的毒性，一旦发生事故，将会对环境和人员的生命造成伤害。所以，要严格执行国家、行业的标准要求进行设计，从而达到液氯储存安全的目的。

［1］工艺系统工程设计技术规定-设备和管道系统设计压力和设计温度的确定.HG/T2.570.1-1995[S].北京：中华人民共和国化学工业部，1996.

［2］中国氯碱工业协会.关于氯气安全设施和应急技术的指导意见.中国氯碱工业协会（2010）协字第070号．

［3］中国氯碱工业协会.关于氯气安全设施和应急技术的补充指导意见.中国氯碱工业协会（2012）协字第012号．

［4］化工企业总图运输设计规范.GB50489-2009[S].北京：中国计划出版社，2009.

［5］氯气安全技术规程.GB 11984－2008[S].北京：中国标准出版社，2009.

［6］石油化工储运系统罐区设计规范.SH/T3007-2014[S]. 北京：中国石化出版社，2014.

［7］工业建筑供暖通风与空气调节设计规范. GB50019-2015[S]. 北京：中国计划出版社，2015.

［8］化工采暖通风与空气调节系统设计规范. HG/T20698-2009[S]. 北京：人民出版社，2009.

［9］张维凡. 常用化学危险物品安全手册[M]. 北京：中国医药科技出版社，1992.

Process Safety Design of Liquid Chlorine Tank Farm

（Liaoning Petroleum-Chemical Industry Planning & Designing Institute Co., Ltd., Liaoning Shenyang 110000, China）

Chlorine gas is a basic chemical raw material with wide range of application. Due to the toxicity of chlorine gas, once an accident occurs, it will cause damage to the environment and human life. Therefore, there are strict requirements for the safe storage of chlorine gas. The national and industrial standards for the design should be strictly implemented from the tank design parameters, tank capacity calculation, process design and other safety facilities, in order to achieve the purpose of liquid chlorine storage safety.

liquid chlorine; tank farm; process design; safety

大连化学物理研究所科研成果介绍

微反应技术硝化合成硝酸异辛酯

负责人：陈光文 联络人：陈光文

电话：0411-84379031 传真：0411-84379327 Email：gwchen@dicp.ac.cn

学科领域：精细化工 项目阶段：中试放大

项目简介及应用领域

异辛醇混酸硝化生产的硝酸异辛酯作为柴油十六烷值改进剂，对柴油油品升级起着重要作用。按典型的0.1%的添加量计，每万吨硝酸异辛酯可以调和1000万吨符合国V 排放标准的优质柴油。随着油品的升级换代，硝酸异辛酯产品的市场需求量势必增加。由于硝酸异辛酯生产比较危险，技术主要由法国SNPE、瑞士BIAZZI等少数军工企业掌握。国内，西安万德能源化学公司采用微管式生产工艺，每年产能为1万吨，但数十条线并行生产工艺弊端明显。

本项目采用微通道反应器技术，在反应热力学和反应动力学研究结果的基础上，创新性开发了微反应技术硝化合成硝酸异辛酯工艺，该工艺的主要特点是：异辛醇和混酸在并行多通道微混合器中接触反应，混合器内体积微小、物料混合均匀，反应时间短，传热速率快，产物和酸可实现连续自动分离。技术指标包括：原料转化率高于 99.9 %，产品纯度高于 99.5 %，水分小于 0.05%，酸度小于3mg KOH/100ml。本项目同时揭示了反应过程中的爆炸机制，因而这项技术具有无可比拟的先进性和安全性。本技术具有自主知识产权，已申请专利 2 件，发表学术论文 2 篇。目前， 已建立 50～100 吨微反应装置一套，并可以快速设计搭建单套 600～1000 吨反应装置。

合作方式：合作开发

投资规模：1000～5000 万

TQ 124.4

A

1004-0935（2020）04-0438-03

2020-01-15

李森林（1980-），男，高级工程师，硕士，辽宁黑山人，2007年毕业于沈阳工业大学材料学专业，研究方向：从事化工管道设计工作。