簡(jiǎn)述了防止儲(chǔ)罐內(nèi)部發(fā)生超壓事故的技術(shù)措施;介紹了美國(guó)石油化工協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)--API中關(guān)于儲(chǔ)罐遭遇火焰時(shí)必須緊急泄放相應(yīng)氣量的計(jì)算方法;闡述了目前國(guó)內(nèi)外普遍采用的緊急泄放閥的結(jié)構(gòu)形式和選用方法;以實(shí)例計(jì)算了儲(chǔ)罐頂部緊急泄放人孔的規(guī)格尺寸和數(shù)量。

　　大型儲(chǔ)罐在操作時(shí)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)非正常狀況，如罐內(nèi)加熱器損壞造成大量熱載體的注入或遭遇外部火焰使儲(chǔ)罐內(nèi)部發(fā)生超壓等事故，此時(shí)如不采取緊急放空措施，勢(shì)必導(dǎo)致儲(chǔ)罐破壞。為此大型儲(chǔ)罐應(yīng)設(shè)置安全緊急泄壓裝置，以防事故發(fā)生。

1、安全泄壓裝置的設(shè)置

　　按美國(guó)石油學(xué)會(huì)API20005常壓和低壓儲(chǔ)罐的通氣6的規(guī)定，為了防止儲(chǔ)罐內(nèi)部發(fā)生超壓事故可采用以下措施。

　　(1)加大壓力閥的尺寸或增加壓力閥的數(shù)量。

　　(2)改進(jìn)量油孔結(jié)構(gòu)，使之在罐內(nèi)超壓時(shí)可使緊急泄放的氣體將儲(chǔ)罐頂蓋向上推開，泄放罐內(nèi)壓力。

　　(3)裝設(shè)緊急泄壓閥，如API2000標(biāo)準(zhǔn)中所列的大型重力式緊急泄壓閥(見圖1)以及目前國(guó)內(nèi)常用的緊急泄壓入孔(見圖2)。

圖1 大型重力式緊急泄壓閥

圖2 緊急泄壓入孔

　　(4)設(shè)置爆破膜片。較小的儲(chǔ)罐可不設(shè)置緊急泄壓裝置，但據(jù)API650的規(guī)定，其罐頂與罐壁的連接必須采用弱頂結(jié)構(gòu)。

　　上述措施中最常用的是依據(jù)所須緊急泄放的氣量，在儲(chǔ)罐的頂部裝設(shè)相應(yīng)規(guī)格及數(shù)量的緊急泄壓閥或緊急泄壓人孔，以便事故發(fā)生時(shí)使罐內(nèi)氣體緊急放空，保護(hù)儲(chǔ)罐不因超壓而被破壞。

2、泄放氣量的計(jì)算

　　根據(jù)美國(guó)API2000標(biāo)準(zhǔn)，儲(chǔ)罐遭遇火焰時(shí)必須緊急泄放的氣量計(jì)算有如下幾種。

　　(1)按式(1)計(jì)算。

　　式中，V為排氣量，m3/h;Q為來自火焰的輸入熱量，W(其值詳見表1);A為儲(chǔ)罐濕潤(rùn)面積(wetted surface)，m2;F為環(huán)境系數(shù)，見表3;L為儲(chǔ)液在泄放壓力及溫度下的蒸汽潛熱，kJ/kg;T為泄放蒸汽的溫度，K，一般取儲(chǔ)液在泄放壓力下的沸點(diǎn);M為蒸汽的分子量。

表1 不同濕潤(rùn)面積和不同設(shè)計(jì)壓力時(shí)的輸入熱量

表2 儲(chǔ)罐遭遇火焰時(shí)的緊急排放量

　　注：

　　<1> 設(shè)計(jì)壓力 ≤ 103.4kPa以及濕潤(rùn)面積<260m2。

　　<2> 表2所列數(shù)據(jù)是由正己烷蒸氣在大氣壓下遭遇火焰得出的數(shù)據(jù)(正己烷蒸氣的潛熱為334 900J/kg，分子量為86.17，溫度為15.6℃)，這些數(shù)據(jù)適用于其特性相類似的介質(zhì)。

　　(2)儲(chǔ)罐遭遇火焰時(shí)必須緊急泄放的氣量也可按下述方法選�。�

　　<1> 設(shè)計(jì)壓力≤103.4kPa，濕潤(rùn)面積<260m2儲(chǔ)罐的緊急泄放的氣量為表2列出的排氣量乘以表3中選取的環(huán)境系數(shù);

　　<2> 設(shè)計(jì)壓力≤7kPa，濕潤(rùn)面積≥260m2的儲(chǔ)罐須緊急泄放的氣量為19910m3/h乘以從表3中選取的適合環(huán)境系數(shù)。

表3 無冷卻裝置地上儲(chǔ)罐的環(huán)境系數(shù)

　　(3)設(shè)計(jì)壓力為7～103.4kPa，濕潤(rùn)面積≥260m2的儲(chǔ)罐須緊急泄放的氣量，按式(2)計(jì)算。

　　式中，F(xiàn)為儲(chǔ)罐的環(huán)境系數(shù)，從表3選取;A為儲(chǔ)罐的濕潤(rùn)面積，m2。

　　(4)濕潤(rùn)面積(A)的計(jì)算方法：

　　<1> 球形儲(chǔ)罐及橢圓形儲(chǔ)罐，濕潤(rùn)面積為儲(chǔ)罐總面積的55%，或≥儲(chǔ)罐罐體9.14m高度的表面積;

　　<2> 臥式儲(chǔ)罐，濕潤(rùn)面積為儲(chǔ)罐總面積的75%，或≥儲(chǔ)罐9.14m長(zhǎng)度的表面積;

　　<3> 立式儲(chǔ)罐，濕潤(rùn)面積≥儲(chǔ)罐罐體高度9.14m的總表面積。

　　對(duì)于直接安裝在地面上的儲(chǔ)罐，其底板的表面積不算作濕潤(rùn)面積，但對(duì)于采用支座支撐在地面上的儲(chǔ)罐，其底板的部分面積應(yīng)計(jì)入儲(chǔ)罐的總濕潤(rùn)面積之中，因底板遭遇火焰的濕潤(rùn)面積取決于儲(chǔ)罐的直徑以及罐底板距地面的高度，具體數(shù)據(jù)由工程計(jì)算得出。

3、緊急泄放裝置的規(guī)格及結(jié)構(gòu)

　　(1)API2000標(biāo)準(zhǔn)列出的大型重力緊急泄壓閥(見圖1)規(guī)格尺寸有DN400、DN500和DN600等3種，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，由接管頸及其法蘭、泄壓閥法蘭及其頂蓋等組成。接管頸法蘭與儲(chǔ)罐接管法蘭用螺栓連接。泄壓頂蓋兼作閥片，泄壓法蘭兼作閥座。儲(chǔ)罐的泄放壓力必須高于儲(chǔ)罐的操作壓力，但須小于或至少等于儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)壓力，以避免儲(chǔ)罐超壓而被破壞。緊急泄壓閥頂蓋厚度、配重塊重量及頂蓋迴轉(zhuǎn)裝置的摩擦力應(yīng)根據(jù)泄放壓力綜合考慮，以確保罐內(nèi)達(dá)到緊急泄放壓力時(shí)，泄壓閥頂蓋能順利開啟，而泄壓后頂蓋必須準(zhǔn)確恢復(fù)原位置，確保密封。該泄壓閥的迴轉(zhuǎn)裝置必須轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，摩擦力小，且頂蓋與兼作閥片的法蘭密封面必須在同一平面上，確保密封不漏氣，因此對(duì)制造的要求比較高。

　　(2)目前國(guó)內(nèi)使用廣泛的國(guó)產(chǎn)緊急泄壓人孔(見圖2)裝設(shè)有防雨罩，與傳統(tǒng)的單呼吸閥的結(jié)構(gòu)類似，由閥座、閥片等零部件組成。閥座與閥片采用O形密封圈密封，密封性能優(yōu)良，規(guī)格尺寸有DN400、DN500和DN600等3種。

4、緊急泄壓閥及緊急泄壓入孔的選用

　　(1)根據(jù)式(1)詳細(xì)計(jì)算出儲(chǔ)罐在遭遇火焰時(shí)須緊急排放的氣量或采用式(2)，或本文所述的近似計(jì)算方法求得儲(chǔ)罐的緊急泄放氣量。

　　(2)對(duì)照緊急泄壓閥或緊急泄壓人孔制造廠家提供的各種規(guī)格的泄壓閥或泄壓人孔，在各種壓力等級(jí)下緊急泄放氣量的性能曲線圖，選用適合規(guī)格尺寸及數(shù)量的緊急泄壓閥或緊急泄壓人孔。

5、示例計(jì)算

　　現(xiàn)有1臺(tái)3000m3無冷卻地上立式儲(chǔ)罐，直徑為<18.9m，罐體高11.76m，設(shè)計(jì)壓力1765Pa，材料為Q235-A，儲(chǔ)罐底板直接安裝在土建基礎(chǔ)上，保溫厚度50mm，保溫材料的傳熱系數(shù)為11.4watts/m2K。為確保儲(chǔ)罐在遭遇火焰時(shí)罐內(nèi)大量揮發(fā)出的氣體能及時(shí)緊急泄放，按照API 2000求出應(yīng)在儲(chǔ)罐頂部安裝緊急泄壓人孔的規(guī)格尺寸及數(shù)量。

　　(1)如選用近似計(jì)算法，求出濕潤(rùn)面積：

　　A =

　　(2)按API 2000式(2)

　　求出儲(chǔ)罐須緊急泄放的氣量。式中，F(xiàn)為無冷卻地上儲(chǔ)罐的環(huán)境系數(shù)，查表3，該系數(shù)為0.15;A為濕潤(rùn)面積，542.7m2。故儲(chǔ)罐必須泄放的氣量為208.2×0.15×542.7 0.82 = 5456.5(m3/h)

　　(3)根據(jù)緊急泄放人孔制造廠家提供的不同規(guī)格尺寸的泄壓人孔在各種壓力等級(jí)下緊急泄放氣量的性能曲線圖進(jìn)行計(jì)算。如從緊急泄放氣量性能曲線圖中查得：壓力等級(jí)為1765Pa時(shí)，DN400、DN500緊急泄壓人孔排氣量分別為3990m3/h及6116m3/h，為確保安全，則應(yīng)選擇1臺(tái)DN500緊急泄壓入孔。