裤 ★ 石油化工安全环保技术★ PETROCHEMI CAL SAFETY ANDENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY 2013年第29卷第6期 苯／ 甲醇罐区工艺安全防护层设计 刘桂玲，林彩虹，徐华 ( 山东三维石化工程股份有限公司，山东青岛266071) 摘要：苯、甲醇具有火灾爆炸及有毒的特性，其储存运输工程的安全防护设计至关重 要。从过程系统的三个区域：正常工况区、非正常工况区和灾害发生区，对装置的安全设计 水平及其可靠性进行了分析。正常工况区从工艺过程优化、设备选型、安全设施配置、基本 控制要求等方面进行安全防护设计；非正常工况区则致力于对装置运行偏差进行控制，采取 必要措施，纠正偏差，促使装置继续运行；灾害发生区的安全防护层即所谓的应急响应系统。 关键词：过程系统安全设计防护层苯甲醇 石油化工企业涉及的产品原料多为易燃易爆 的危险化学品，随着国家对安全生产及可持续发 展要求的提高，石油化工企业必须从设计阶段开 始考虑其工艺、设备及控制方案的本质安全性， 对整个过程系统分别采取不同的安全防护措施， 保障装置运行直至报废全过程生命周期的安全与 环保性，保障人民群众的生命和财产安全。 1彩甲醇罐区规模 苯／甲醇罐区新建2台10 000 m3甲醇储罐、 4台10 000 m3苯储罐、相关输送泵10台。 2正常工况区安全防护层设计 正常工况是指在过程控制系统的作用下，各 过程参数处于正常操作范围，无须操作人员进行 控制和调整，过程运行平稳，装置系统在设计工 况下正常运行。此工况下装置系统的安全防护层 分为固有安全设计特性层和基本过程控制系统层 (DCS，PLC) 。 2． 1 固有安全设计特性层 1) 苯／甲醇罐区工艺与设备 苯、甲醇原料来自西港区码头，经系统管网 进入罐区内储存，按下游装置的需要，油品经泵 加压后甲醇送往PO／MTPE、丙烯酸及脂、甲醛装 置；苯由泵送往硝苯装置作原料。罐顶设置有自 立式调节阀控制的氮封系统，当罐内压力过低 时，通过氮封阀向罐内补充氮气，压力过高时， 压力变送器检测压力，一方面氮封阀关闭，停止 补充压力，另一方面，向罐外排放气体，并启动 油气回收装置回收排出的废气，减少油气向大气 中的排放。呼吸阀、水封罐排出的气体密闭送人 气体回收系统进行回收处理，泵区物料排放介质 送入苯污油罐、甲醇污油罐回收处理，整个系统 在密闭状态下运行，储运流程成熟可靠。 储罐的规格及数量见表1。 从表1可以看出，为保证设备的安全运行， 设置了两道安全?；ご胧汉粑?、紧急泄压人 孑L。在满足油品进出储罐时气体的补充与排放需 要的同时，可以保证罐体在正常运行工况下不会 发生超压或憋压对设备造成的损坏。 从工艺设计上，为避免设备沉降造成的设备 管口损坏，在罐的进出物料管线上设置金属软管 连接。对处于封闭状态因温度变化而可能造成超 压的管道设置了泄压阀，防止管道超压。 为防止管线长期处于静止状态，管内介质因 环境温度受热膨胀，罐区内较长的工艺管道上设 泄压安全阀，出口介质返回储罐。 收稿日期：2013—07—16。 作者简介：刘桂玲，女，1984年毕业子华东石油学 院有机化工专业，从事科研开发工作，并负责石油化 工装置的职业病防护设施、安全设施设计工作，高级 工程师、注册石油化工工程师、注册安全工程师。 电话：0532—8 1701 106，E-mai l ：gui l i ngqun@126．t om ! Q! !生笠望鲞筮鱼塑! 型挂坠釜—茎盟堡堡垦兰堇窒全堕翌墨堡盐生一一5 表1储罐的规格及数量 序号储罐编号储存介质储存温度／℃ 罐数容量／m3 比重d。20 型式安全附件 1 105T0101．1—4 苯30 4 X10 000 O．88 内浮顶呼吸阀、紧急泄压人孔 2 105如102．1—2 甲醇常温2×10000 0．792 内浮顶呼吸阀、紧急泄压人孔 苯及甲醇输送泵选用密封性能良好的屏 闭泵。 所有设备及管道按规范规定设置静电接地 设施，在操作部位附近按规范规定设置静电消 除设施，避免由静电引起的火灾爆炸事故的 发生。 管道设计时，在考虑安全的前提下优先选用 经济流速。 调节阀的选用：对泄漏量小、阀前后压差较 小的场合选用直通单座阀；对苯介质选用波纹管 密封阀盖；调节阀的连接形式为法兰连接；选材 不低于工艺管线材质的要求；泄漏等级都为ANSI Cl ass V。储罐人口联锁阀选用气动开关球阀，其 他阀门选用气动开关闸阀，配气动执行机构和隔 爆电磁阀。 罐区内的设备与管道均按规范要求进行接 地，以防止静电引起火灾或爆炸事故的发生。 苯／甲醇储罐内外壁及罐底均按照相关规范 的要求进行防腐处理。 2) 仪表与控制系统设计 装置采用集散控制系统DCS控制，通过DCS 的操作站完成装置的工艺参数监测、显示、累 积、报警和控制。 苯／甲醇储罐的进口根部设置可?？夭僮鞯?切断阀。该阀受罐顶设置的液位开关控制，当液 位达到高高限时，启动关闭进口阀，以防液位超 高。根部阎后设置金属软管，再设置用于正常生 产操作用的?？夭僮鞣?，根据生产运行需要开启 或关闭，阀门的开关状态在机柜问及DCS系统中 显示。 苯／甲醇储罐的出口设置手动开关的根部阀， 阀后设金属软管，再设置?？夭僮鞯牟僮鞣?，根 据生产运行需要开启或关闭，阀门的开关状态在 机柜间及DCS系统中显示。 储罐的液位检测选用单法兰液位计和雷达液 位计，两套液位计均具有就地指示、远传到控制 室DCS系统及报警功能，可互相校验测量性能， 在一套液位计失灵时也不会影响生产监控；储罐 设高低液位开关，当罐内液位达到高限时，及时 报警并关闭储罐的根部阀门。阀门的开关状态在 机柜间及DCS系统中显示，方便操作人员监控 调整。 苯／甲醇储罐上设置温度和压力监测仪表， 具有现场指示及检测报警功能，检测信号远传至 控制室集中显示。 罐区仪表全部选用隔爆型(EEXd) 。本罐区 仪表防爆等级为d 11 CT4。现场仪表防护等级为 IP54或NEMA3／4／6。室内监控系统DCS都为双 路UPS( 10KVA) 供电。 2．2基本过程控制系统层( DCS) 装置采用集散控制系统DCS控制，用DCS完 成装置的工艺参数监测、显示、累积、报警和控 制，在控制室进行一体化统一管理。 根据工艺特点和安全要求，设置了液位指示 及高液位报警设施，将液位及高液位报警信号引 人控制室，其中高高液位报警与人口切断阀联 锁，并给相关的卸车单元提供报警信号，停止卸 车并关闭进口阀门，确保在报警的第一时间切断 阀门，防止储罐超高冒液现象的发生。 储罐的温度、压力数据( 信号包括高低限值 报警) 引人控制室。 储罐的进出口阀门及切断阀门开关状态引人 控制室，并且可在控制室中对其进行开关操作。 机泵的运行信号引入室内，对机泵运行达到 有效的监测，出现运行问题及时处理，确保生产 的安全、平稳。 罐区、泵区设置了可燃气体及有毒气体检测 报警系统、火灾监测与报警系统、工业卫生和环 境污染监测仪表及报警系统，并由UPS供电。信 号引入控制室内DCS独立卡件上，并设置与工艺 其它报警有区别的声光报警。 本罐区所有仪表信号均引入现场机柜室( 采 用微正压空气净化系统，设置了机柜间、操作 间、UPS间及空调机房) ，机柜室信号通过冗余 光缆传输到中心控制室。 i；§蠹 ★石油化工安全环保技术★ 2013年第29卷第6期 3非正常工况区 该区也称为危险预防有效区。该区内的防护 层设计分为操作人员介入层和安全控制系统作 用层。 苯／甲醇罐区的非正常操作工况主要包括： 液位超高、压力超高、介质泄漏、火灾等。 3．1液位超高 液位达到高液位限值时，液位计和液位开关 将发出报警信号，此时，操作人员与卸车人员沟 通并关闭储罐进口阀门，可避免发生非正常工 况。当由于某种原因，液位超过高液位限值达到 高高液位限值时，液位开关发出报警，通知卸车 部门，并联锁关闭储罐进口的截断阀，保持罐内 的液位在设计的许可控制范围之内。 3．2压力超高或过低 压力达到设定的高压限值，会在控制室显 示并报警，此时，操作人员需确认引起压力超 高的原因，并根据具体情况进行处理。正常情 况下使用氮封阀组维持罐内气相空问压力在 1．2 kPa( 表) 左右，当气相空间压力高于1．4 kPa ( 表) 时，氮封阀关闭，停止氮气供应，连锁开 启油气回收风机，苯罐罐顶油气通过通气管排 放到油气回收系统处理回收；当气相空间压力 低于0．8 kPa( 表) 时，氮封阀开启，开始补充氮 气；当氮封阀需要检修或故障时，使用限流孔 板旁路给储罐内补充氮气。当氮封阀因事故失 灵不能及时开启，造成罐内压力降低至 一0．3 kPa( 表) 时，通过带阻火器呼吸阀向罐内 补充空气，确保罐内压力不低于储罐的设计压 力低限。每台储罐罐顶设置2台DN300全天候 防火呼吸阀。 为确保没置氮封储罐事故工况下的安全排 放，在储罐上设置紧急泄放阀。紧急泄放阀定压 不高于储罐的设计压力上限( 2．0 kPa( 表) ) 。紧 急泄放的介质，通过泄放阀的出口排放到油气回 收系统同收。 3．3泄漏 苯／甲醇罐区的另一个非正常工况是介质发 生泄漏。由于这两种介质均为可燃易爆且具有毒 性的介质，在装置区内设备与管道附件易发生泄 漏的部位均设置了可燃气体及有毒气体检测报警 仪。当报警仪发出报警时，操作人员需确认报警 发生的部位及原因，并进行相关处置。各品种的 储罐均设置了倒罐设施，必要时可进行倒罐 处理。 3．4火灾爆炸 苯／甲醇罐区储运的介质是可燃易爆且具有 毒性的介质，如果泄漏易引起火灾或爆炸，对人 身和财产会造成伤害等。在装置罐区设置了一定 数量的火灾报警仪并配备对讲系统，如果现场发 生局部小型火灾，操作人员可及时接收到报警信 息，并组织危险处置。通过现场配备的灭火设施 或启动局部消防设施，可以避免大型火灾发生， 使装置的生产运行得以维护。 4灾害发生区 灾害发生区的防护层可分为三个层面： 一是积极防护层。如罐内压力由于某种原 因超高或超低时，设置在储罐上的紧急泄放阀 启动，由泄放阀的m口排放到油气回收系统 回收。 二是消极防护层。装置发生不可抑制的爆炸 或火灾，或介质出现大量的泄漏，有毒介质会对 大气和土壤造成污染。此时，如果发生火灾，消 防灭火系统启动，介质泄漏量与消防污水均存放 在防火堤内，防火堤的容量大于最大储罐的介质 泄放量及其消防污水量的总和。如果防火堤的容 量不足，工厂区内还设置了事故池，可以存放事 故时泄放的介质及污水。 三是紧急应急响应系统，包括社会应急响 应，如人员疏散、伤员救治、火灾抢救、环境保 护等。 5 结语 苯／甲醇属于火灾爆炸有毒的危险化学品， 其储存、生产及运行、运输等必须执行相关的 国家政策和国家及行业标准规范的规定。本设 计在充分考虑工艺过程及装置的可操作性的基 础上，对罐区操作运行过程各层面的安全防护 进行了严格的设计，并采取合理有效的措施。 只要能够按照规程进行操作，避免人为失误造 成的事故，可在极大程度上保证装置系统和工 艺过程的安全?？?★ 石油化工安全环保技术★ PETROCHEMI CAL SAFETY ANDENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY 2013年第29卷第6期 苯／ 甲醇罐区工艺安全防护层设计 刘桂玲，林彩虹，徐华 ( 山东三维石化工程股份有限公司，山东青岛266071) 摘要：苯、甲醇具有火灾爆炸及有毒的特性，其储存运输工程的安全防护设计至关重 要。从过程系统的三个区域：正常工况区、非正常工况区和灾害发生区，对装置的安全设计 水平及其可靠性进行了分析。正常工况区从工艺过程优化、设备选型、安全设施配置、基本 控制要求等方面进行安全防护设计；非正常工况区则致力于对装置运行偏差进行控制，采取 必要措施，纠正偏差，促使装置继续运行；灾害发生区的安全防护层即所谓的应急响应系统。 关键词：过程系统安全设计防护层苯甲醇 石油化工企业涉及的产品原料多为易燃易爆 的危险化学品，随着国家对安全生产及可持续发 展要求的提高，石油化工企业必须从设计阶段开 始考虑其工艺、设备及控制方案的本质安全性， 对整个过程系统分别采取不同的安全防护措施， 保障装置运行直至报废全过程生命周期的安全与 环保性，保障人民群众的生命和财产安全。 1彩甲醇罐区规模 苯／甲醇罐区新建2台10 000 m3甲醇储罐、 4台10 000 m3苯储罐、相关输送泵10台。 2正常工况区安全防护层设计 正常工况是指在过程控制系统的作用下，各 过程参数处于正常操作范围，无须操作人员进行 控制和调整，过程运行平稳，装置系统在设计工 况下正常运行。此工况下装置系统的安全防护层 分为固有安全设计特性层和基本过程控制系统层 (DCS，PLC) 。 2． 1 固有安全设计特性层 1) 苯／甲醇罐区工艺与设备 苯、甲醇原料来自西港区码头，经系统管网 进入罐区内储存，按下游装置的需要，油品经泵 加压后甲醇送往PO／MTPE、丙烯酸及脂、甲醛装 置；苯由泵送往硝苯装置作原料。罐顶设置有自 立式调节阀控制的氮封系统，当罐内压力过低 时，通过氮封阀向罐内补充氮气，压力过高时， 压力变送器检测压力，一方面氮封阀关闭，停止 补充压力，另一方面，向罐外排放气体，并启动 油气回收装置回收排出的废气，减少油气向大气 中的排放。呼吸阀、水封罐排出的气体密闭送人 气体回收系统进行回收处理，泵区物料排放介质 送入苯污油罐、甲醇污油罐回收处理，整个系统 在密闭状态下运行，储运流程成熟可靠。 储罐的规格及数量见表1。 从表1可以看出，为保证设备的安全运行， 设置了两道安全?；ご胧汉粑?、紧急泄压人 孑L。在满足油品进出储罐时气体的补充与排放需 要的同时，可以保证罐体在正常运行工况下不会 发生超压或憋压对设备造成的损坏。 从工艺设计上，为避免设备沉降造成的设备 管口损坏，在罐的进出物料管线上设置金属软管 连接。对处于封闭状态因温度变化而可能造成超 压的管道设置了泄压阀，防止管道超压。 为防止管线长期处于静止状态，管内介质因 环境温度受热膨胀，罐区内较长的工艺管道上设 泄压安全阀，出口介质返回储罐。 收稿日期：2013—07—16。 作者简介：刘桂玲，女，1984年毕业子华东石油学 院有机化工专业，从事科研开发工作，并负责石油化 工装置的职业病防护设施、安全设施设计工作，高级 工程师、注册石油化工工程师、注册安全工程师。 电话：0532—8 1701 106，E-mai l ：gui l i ngqun@126．t om ! 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