低温丙烷罐安全设计
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摘 要：针对低温丙烷的危险特性，本文从工艺、布置、外部安全间距等方面对设计要点进行了总结，并对低温丙烷罐设计细节进行了探讨。
关键词：低温丙烷罐；安全设计
1 前言
丙烷作为LPG的组成成分，在国内具有巨大的需求量。近年来随着丙烷脱氢工业化技术的成熟，进一步加大了对丙烷的需求量。目前国内丙烷主要来源于海外，通过大型液化气体运输船（VLGC）运至码头，再通过泵加压后送至陆域储罐储存。由于常温球罐容积限制（<10000m3），难以接收大型液化气体运输船（一般1次运量约为4.4万t）的物料，故大量丙烷一般采用低温丙烷罐储存，低温丙烷罐需配备蒸发气（BOG）回收系统来处理各种工况下产生的BOG。目前国内大型库区一般设置2-6台低温丙烷罐，单罐容积一般为4-8万m3，库区丙烷储存量大，一旦泄露后果将不堪设想，故低温丙烷罐的安全设计应放在设计的首要地位。本文针对低温丙烷储罐的危险特性，对低温丙烷罐的安全设计要求进行了探讨。
2 危险特性
根据原安监总局《首批重点监管的危险化学品安全措施和事故应急处置原则》（安监总厅管三〔2011〕142号），丙烷具有燃烧和爆炸性，低温丙烷罐存在的主要危险有害因素有：①燃烧爆炸：丙烷极易燃，一旦泄露能与空气混合能形成爆炸性混合物，遇热源或明火有燃烧爆炸危险。丙烷比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇点火源会着火回燃；②中毒：丙烷主要侵犯中枢神经系统。急性轻度中毒主要表现为头昏、头痛、咳嗽、食欲减退、乏力、失眠等；重者失去知觉、小便失禁、呼吸变浅变慢。
3 工艺设计要点
根据安全保护层理念，低温丙烷罐的安全保护层分为：本质安全设计、基本过程控制系统（BPCS）、过程报警及操作员干预、安全仪表系统（SIS）、减灾及缓解设施（安全阀、呼吸阀等）。
3.1 本质安全设计
由于低温丙烷罐存储温度（-42℃）远低于环境温度，会持续地从环境吸收热量而产生BOG；低温罐运行期间会存在多种工况（如卸船、外输、大气压变化以及以上工况的组合），故BOG压缩机的设计选型需满足所有工况的要求。低温丙烷罐选择安全性高的双金属全容罐，金属内罐和外罐均选用满足低温丙烷储存设计条件下的金属材料，当内罐发生破裂时，外罐也能储存低温丙烷，从而大大提高储罐的安全性；为减少罐壁泄露的几率，低温丙烷罐采用罐内泵对低温丙烷进行加压出料，避免罐壁开孔，从而提高储罐的安全性。
3.2 基本过程控制系统（BPCS）
低温丙烷罐设置DCS自动控制系统，DCS系统自动监控储罐的温度、压力、液位。储罐罐壁、罐底、内外罐、罐内液体中均设置多点温度计，保证能够实时监测储罐内温度；储罐设置多个雷达、伺服液位计，监测储罐内液位；储罐气相空间设置多个压力计（压力变送器），监测储罐内压力。
3.3 过程报警及操作员干预
当低温丙烷储罐温度、压力、液位超过或低于正常限值时，DCS系统发出报警信号，提醒操作人员采取相应措施保证系统的安全运行。储罐设置有紧急停车系统（设置于SIS系统中），在紧急情况下操作人员可通过紧急停车按钮实现一键紧急停车。
3.4 安全仪表系统（SIS）
低温丙烷储罐设置安全仪表系统（SIS），SIS系统的测量仪表、最终元件、逻辑控制器均和DCS系统分开设置，测量仪表采用“三取二”或“二取一”的冗余仪表，控制阀采用冗余设置。当DCS控制系统和操作员干预均未达到使储罐的温度、压力、液位得到控制，SIS系统将动作，当压力过高时，通过打开泄放管道，将丙烷气体排往火炬；当压力过低时则打开进入低温丙烷罐的常压丙烷物料阀，利用常温丙烷闪蒸给低温丙烷储罐补压。
3.5 减灾及缓解设施
低温丙烷罐设置有超压泄放安全阀和低压呼吸阀。防超压安全泄放分为两级，第一级为安全阀泄放，第二级为泄压人孔泄放，泄放压力梯级设置。
4 布置设计要点
为保证低温丙烷罐的安全，低温丙烷罐和其它设置间的间距应满足《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-2008）表4.2.12的要求，对于低温丙烷罐和低温丙烷罐的间距，《石油化工企业设计防火规范》的要求是不小于0.5D，而《建筑设计防火规范》（GB50016-2014[2018年版]）的要求是不小于1.0D，根据《关于进一步加强危险化学品建设项目安全设计管理的通知》（安监总管三〔2013〕76号）文件的要求，储罐和储罐的间距应不小于1.0D。
5 外部安全间距
低温丙烷罐与厂界外的防火间距满足《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-2008）表4.1.9、4.1.10的要求，与居住区、医院、学校等重要社会场所、区域的距离应满足《危险化学品安全管理条例》（国务院令第591号）和其他法律、法规的要求。
6 结语
本文根据国家、行业法规、规章及标准规范和相关设计经验，对低溫丙烷罐的设计要点进行了多方面的探讨，以期对从事低温丙烷罐设计者的设计工作起到参考和帮助作用，从而达到提高低温丙烷罐安全水平的目的。
参考文献：
[1]冯永舒.丙烯制冷系统模拟器的研制[J].石化技术与应用，1989，4（z1）：199-204.
作者简介：
甘万强（1981- ），男，现就职于武汉江汉化工设计有限公司，研究方向：化工工艺设计。
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