上海百斯特能源发展有限公司 周志奇 上海 201912
摘要：通过对液化气储配站的改造，新增液化气储罐的注水系统，以满足现行法规的安全要求，同时提高工艺安全系数。本文通过对新增的注水系统从设计，设备选型，施工等方面的实践情况进行说明和探讨。
关键词： 液化气储罐 注水系统
序言
液化气石油气是一种易燃易爆的气体，作为一种最普通的燃气和化工原料被使用，在液化气储配站中大量的存储于液化气储罐中。一旦泄漏将造成严重的环境影响，并导致发生安全事故。注水系统的设置可以在出现紧急情况的应急处置 提供安全的保障，防止重大事故的发生。
本文将结合公司的实际情况，说明新增储配站注水系统的设计，设备选型，施工情况，以达到相关安全法规的要求，提高工艺安全系数。
1.液化气储罐注水系统的概述
注水系统是指在储罐底部液相管道发生液化石油气泄漏事故时，通过专用高压注水管道或液相进出口管道向储罐内注水，使储罐底部破裂的阀门或管道泄漏出的液体是水而不是液化石油气，以便抢修的一套高压加水与控制的系统。
注水系统的运行机理是当储配站内某个储罐底部的液相管（如进液管、出液管、回流管、排污管等）或阀门出现泄漏而不能通过关闭阀门的措施实施控制时，通过连接好注水系统的半固定连接管，开启储罐的气动注水阀门及注水泵，并同时联锁PLC以关闭所有储罐的紧急切断阀、断开液化石油气压缩机和烃泵的动力电源，向泄漏储罐内注水。由于水比液化石油气的密度大，水将液化石油气托起，在泄漏点处漏出的是水，以减少液化气的泄漏，为抢修抢险人员创造抢堵漏、倒罐创造条件，降低抢修抢险的危险性。
2. 液化气储罐注水系统的设计总体方案
注水系统设计包括：水源、注水泵、注水点、注水管线、注水控制系统等。
2.1注水水源
按现有的液化石油气气站所用的消防水作为泄漏事故状态下储罐的注水水源,在设计时，应考虑卧式储罐泄漏状态下30~50M3/小时的流量、满足不少于2小时的用水需求。设计注水系统前，应评估（计算）消防水池的水量是否满足GB50160和GB51142对连续喷淋时间的用水需求。
公司现有气站消防水源一般为利用河涌、池塘的自然水源。在确定使用天然水源作为注水系统的水源时，应同时评估作为注水水源的可靠性，防止带有杂质的水源带来的危害，如阀门关卡而关不严等。
2.2注水泵
设计原则：注入的水量储罐通过注水管道应大于或等于流出的水量从泄漏点,以确保从泄漏点流出的水是水而不是液化石油气和防止液化石油气泄漏。随着水箱内的液位持续上升，从泄漏处流出的水量是保证注入系统有效运行所需的最小水量。
注水管内的水必须有足够的压力，压力应大于过程摩擦阻力、局部摩擦阻力、增大的势能，注水点与球罐最高能级的势能差和破坏点的压力，工作温度下的饱和蒸汽压与势能差引起的压力之。注水压力应大于注水罐所需的最大工作压力和路径阻力下降之和（包括增加势能和动能增加）。 [1]由于储罐设计是按50℃丙烷的饱和蒸汽压作为设计压力，因此注水压力应满足此要求，为了使在注水时不导致安全阀启座，注水压力亦不宜大于安全阀的整定的启座压力。因此，注水压力宜选择大于1.6MPa，小于等于1.8MPa为宜（考虑到注水的压力损失）。
2.3注水量和破坏时压头的测定
在设计时要将阀门法兰密封损坏和泄漏的问题考虑进去，主要因为储罐泄漏或火灾通常发生在进出管道的阀门，而阀门体本身泄漏的可能性很小。
法兰垫片断裂引起的泄漏可以近似为储罐壁上的一个孔，该泄漏可以近似为出口流量，泄漏量可根据以下公式计算：
.png)
表2-1
2.4注水点
新采购的储罐应设独立的注水口，注水口与储罐工艺管口一字排列并设置于最外侧。储罐内的注水管口应设计挡流板或注水管弯头，以免水注入后冲到罐顶后再回落，影响到水与气分层效果。
对原有储罐安装注水管时，优先考虑在进液管或回流管共用管口，接入点宜位于储罐第一阀门下、止回阀前，水注入罐后直接储于底部，与液化石油气容易分层。
注水点也可以从排污管共用管口，由于其注水后的水气分层效果差，不推荐采用。
2.5注水管线
注水管线在罐区防护堤外应设半固定式连接管方式，连接管可采用同等压力等级的不锈钢波纹管或钢管，连接方式应采用快速接头或法兰。连接管两侧分别设置一道阀门，其中注水管进入罐池内的阀门宜设置在围堰和消防通道之间，以便进入操作。
储罐底部的注水管上应各设置一道常开的防火式球阀（从原有管道接入的注水管可与原有防火阀共用）、单向阀和气动的常闭阀门。
在罐池内注水管线内应按液化石油气管道设计与管理，分别设置管道安全阀和压力表。罐池外的注水管接口应朝上方，以便测试水泵时排水。接口高度以容易接管操作为宜。
注水管线的管材应采用20号无缝钢管，注水管道、阀门以及法兰等压力等级不低2.5MPa。
2.6注水自控系统
储罐应独立设置一个可靠的二位三通电磁阀来控制注水的气动阀门，电磁阀由PLC系统单独的按钮控制，电磁阀两侧应设阀门隔离。当注水系统处于备用状态时，电磁阀使气动阀门侧管道与大气相通，气动阀门关闭。当启动注水时，操作PLC按钮，电磁阀动作，打通氮气管路与气动阀门的通道，关闭大气侧通道，气动阀门打开后注水。为保证注水控制的可靠性，应设置二位三通电磁阀的旁路系统，一旦二位三通电磁阀失效，可打开旁路，也可使气动阀门打开注水。
注水前，手动连接好注水管上的半固定连接管，关闭储罐的安全阀。操作PLC按钮注水时，应能同时触发ESD系统、注水泵按钮和接通二位三通电磁阀，所有储罐的紧急切断阀关闭，机泵动力电源断电，注水泵启动。 发生泄漏事故进行操作时，应禁进入罐池，以免人员冻伤。（注：按ESD按钮时，不应触发二位三通电磁阀。）
注水自控系统应在PLC系统单独设置启动/停止按钮。
罐区注水系统的氮气管道上应设置压力表，以监测氮气的压力状态。
对注水泵距储罐区较远(超过50米)时，可考虑在半固定连接管前设置一道气动阀门，当操作PLC按钮注水时，气动闸阀打开，从而实现快速注水。
2.7 注水系统设计图
.png)
3．公司月浦储配站基本运营工况
公司月浦储配站位于上海市宝山区月春路518 号，为一家外国法人独资的有限责任公司。公司经营危险化学品为液化石油气（民用），丙烷（工业），主要工艺为危险化学品的充装工艺。该储配站目前拥有充气平台一座，年生产能力44500吨，储罐14个，储存能力为1300m3，其中工业气（丙烷）200m3，液化石油气1100m3（民用液化石油气）。
.png)
月浦储配站建设较早，于1991年建设，储配站内设备老旧，无法满足现有安全环保等法规的要求。首先，根据《GB 50160-2008(2018年版) 石油化工企业设计防火标准 6.3.16》的要求：全压力式储罐应采取防止液化烃泄漏的注水措施[2]。再者，月浦储配站内的PLC仪表控制系统也无法满足《安监总管三[2014]116号 国家安全监管总局关于加强化工安全仪表系统管理的指导意见》对于不满足要求的安全仪表功能，要制定相关维护方案和整改计划，2019年底前完成安全仪表系统评估和完善工作[3]。最后，月浦储配站14个储罐的使用寿命均为近30年，不能满足《GB 17681-1999 易燃易爆罐区安全监控预警系统验收技术要求》的规范：液体储罐必须配置液位检测仪表同一储罐至少配备两种不同类别的液位检测仪表[4]。因此，公司决定在不影响生成的情况下对14个储罐分二批进行更换。在更换储罐的同时按照注水系统的设计要求，进行施工。
4．现场施工情况
4.1注水水源的确定
月浦储配站南侧为马路河是天然水源，消防水池依河建设，消防水池长20m、宽10m、深4m，容积：800 m3，并且配有过滤和自动补水设施。因此，水质和水量同时满足储罐区消防和注水系统同时使用时的要求。
4.2注水水泵的选取
本次工程安装流量和压力的需要，选择了以下型号的D型多级泵，作为注水水泵。
.png)
4.3 新储罐的设计
新储罐设计和制造由公司通过招标选定的供应商，安装公司的相关要求对新储罐进行设计和制造，在储罐的一侧设置了DN50的注水预留口，并在储罐内设置了水管弯头，防止水注入后冲到罐顶后再回落，影响到水与气分层效果。
.png)
图4-1
4.4 注水管线的现场施工情况
现场注水管线施工按照图2-1的方案进行，管道参数确定为管径N50，压力等级PN25，长度120m；介质：水，管道材质为不锈钢304；管道中间连接方式为法兰。
4.5远程切断阀的选取
.png)
4.6工程完成和验收
工程完成后，公司组织各相关方对工程进行验收，通过储罐区内的排水口的开启，查看水量，水质，水压的情况及管道各部件的承压情况。通过工程验收。
5.下一步计划和工作
对安装完成的储罐注水系统，公司应定期对罐区内的注水系统进行检查，定期清理过滤器；对储罐下第一道防火阀进行灵活性启闭测试。
注水系统处于备用状态时，每月应进行一次注水泵测试。测试时，脱开半固定连接软管，打开注水泵一侧的阀门，启动注水泵以判断注水泵的好状态。
在本次工程中注水水泵仅仅设置了一台，在后期的HAZOP分析中发现可能会发生在紧急情况下水泵故障而无法使用的情况。因此，后续已计划增加同型号的水泵一台，作为备用泵。
6．总结
由于公司大部分液化气储配站都是50m3和100m3的卧式储罐，且大部分建站时期较早未设置注水系统。在现行的安全要求下对这些储配站进行改造提供了适用于本公司的公司标准和实践，有利于其他站点的注水系统新增工作的推进和实施。从而提高了公司对液化气的存储工艺安全。
参考文献：
[1]中国石化 .液化烃球罐区安全注水系统设计规定[Z].2011.5.20
[2]中华人民共和国住房和城乡建设局. 国家市场监督管理总局.GB 50160-2008(2018年版) 石油化工企业设计防火标准[Z].2018.12.18
[3]国家安全监管总局. 安监总管三[2014]116号 国家安全监管总局关于加强化工安全仪表系统管理的指导意见[Z].2014.11.13
[4]中华人民共和国经济贸易委员会安全生产局.GB 17681-1999 易燃易爆罐区安全监控预警系统验收技术要求[Z].1999.03.02