油品储罐实现紧急停车功能的研究

张 鹏

(九江石化设计工程有限公司，江西 九江 332000)

石油化工行业生产工艺通常属于高温、高压，且加工原料和生产产品大多数性质是易燃、易爆、有毒有害和易腐蚀，一直是属于高危行业。储罐是石油化工企业中常用于储存原料和产品的主要设施，相同或类似性质的油品储罐基于土地的利用率及经济成本通常成组布置成罐区。石油化工企业储存物料的大部分罐区构成了重大危险源。

一、紧急停车功能设置背景

随着经济快速发展，我国工业企业数量急剧增多，伴随发生的各种事故也越发频繁。2011年7月22日，国家安全生产监管管理总局局长办公室会议审议通过了国家安全生产监督管理总局令第40号《危险化学品重大危险源监督管理暂行规定》，规定要求一级或二级重大危险源，具备紧急停车功能；对重大危险源中的毒性气体、剧毒液体及易燃气体等重点设施，设置紧急切断装置[1]。

根据规范《危险化学品重大危险源辨识》GB18218-2018的有关规定，危险品重大危险源是指长期地或临时地生产、储存、使用和经营危险化学品，且危险化学品的数量等于或超过临界量的单元；其中储存单元是用于储存危险化学品的储罐或仓库组成的相对独立的区域，储罐区以罐区防火堤为界限划分为独立的单元，仓库以独立仓库(独立建筑物)为界限划分为独立的单元[3]。石油化工企业储存物料的大部分罐区构成了重大危险源，需实现紧急切断功能。

二、紧急停车原因分析

紧急停车功能是指对石油化工等生产单元可能发生的危险或不采取措施将继续恶化的状态进行响应和干预，从而保障生产安全，避免造成重大人身伤害及重大财产损失的控制系统。

经分析，构成一级或二级重大危险源的罐区需紧急停车的主要原因如下：

(1)罐区储罐发生火灾、储罐破损泄露等事故，需快速切断物料进出管道，使其与其它储罐或设施进行隔离，防止事故扩大化。

(2)上、下游装置发生紧急事故，需快速切断储罐与装置之间联系的管道，防止事故蔓延至罐区。

(3)公用工程物料供应中断时，如停风、停电等，一级或二级重大危险源的罐区失去动力源，无法正常工作。为保护罐区储罐的安全，快速关闭储罐进出口阀门。

(4)人为操作失误时，能快速切断储罐进料或出料。

三、实现紧急停车功能

国家安全生产监督管理总局令第40号文件对于一级或二级重大危险源如何实现紧急停车功能未做详细说明。紧急停车通常采用的方式分为自动停车和人工干预停车两种方式。储罐区紧急停车通常是关闭储罐进出管道上的紧急切断阀来实现。石油化工企业液化烃储存通常采用球形储罐，其它介质储存采用常压立式储罐。液化烃储罐与常压立式储罐由于储存介质危险特性不同，其紧急切断阀设置方式也不同。

1、液化烃储罐

液化烃属于甲A类火灾危险性介质且遇火极易爆炸，其储罐的储存压力高，一般采用球形压力储罐。液化烃储罐在石油化工企业中通常属于重点监管对象。

规范GB/T50160-2008《石油化工企业设计防火标准》(2018年版)中条文规定，全压力式液化烃储罐根部宜设紧急切断阀；液化烃的储罐应设液位计、温度计、压力表、安全阀，以及高液位报警和高高液位自动联锁切断进料措施[4]。规范SH/T3007-2014《石油化工储运系统罐区设计规范》中条文规定，压力储罐应另设一套专用于高高液位报警并连锁切断储罐进料管道阀门的液位测量仪表或液位开关。高高液位报警的设定高度，不应大于液相体积达到储罐计算容积的90%时的高度[2]。所以，液化烃储罐无论是否达到一级或二级重大危险源，其进出口都应设置紧急切断阀。

液化烃储罐实现紧急切断功能需满足以下条件：

a.储罐进出口设置紧急切断阀，紧急切断阀可控制室远程遥控手动关闭及现场手动关闭。

b.当储罐介质液位达到高高液位时，液位检测仪表报警且联锁关闭与进口紧急切断阀，实现自动切断控制进口紧急切断阀；

c.储罐是否设置低低液位信号可根据现实情况决定，如设置，储罐低低液位信号可联锁关闭储罐出口紧急切断阀门并机泵停止运行，实现自动切断控制出口紧急切断阀。

储罐高高、低低液位联锁关闭储罐进出阀门需要考虑联锁后造成的上下油装置的影响。

2、立式常压储罐

立式常压储罐通常储存石脑油、芳烃、汽柴油、蜡油等火灾危险性为甲B、乙类及丙类的介质。储罐区是否构成重大危险源可根据规范《危险化学品重大危险源辨识》GB18218-2018中有关规定进行计算。构成一级或二级重大危险源的储罐区需实现紧急停车功能。

规范AQ3053-2015《立式圆筒形钢制焊接储罐安全技术规范》中条文规定，储罐物料进出口管道靠近罐体处应设一个总切断阀，对大型储罐，应采用带气动型、液压型或电动型执行机构的阀门，切断阀应具有自动关闭和手动关闭功能，手动关闭包括遥控手动关闭和现场手动关闭[5]。规范SH/T3007-2014《石油化工储运系统罐区设计规范》中条文规定，储存Ⅰ级和Ⅱ级毒性液体的常压储罐、容量大于或等于3000m3的甲B和乙A类可燃液体常压储罐、容量大于或等于1×104m3的其他液体常压储罐应设高高液位报警及联锁，高高液位报警应联锁关闭储罐进口管道控制阀[2]。所以，常压储罐需根据储存介质属性、储罐容量来设置紧急切断阀。

常压储罐实现紧急切断功能需满足以下条件：

(1)储存Ⅰ级和Ⅱ级毒性液体、构成一级或二级重大危险源的常压储罐

Ⅰ级和Ⅱ级毒性液体储罐与液化烃储罐类似，无论是否达到一级或二级重大危险源，其进出口应设置紧急切断阀装置。Ⅰ级和Ⅱ级毒性液体储罐的紧急切断功能实现参照液化烃储罐。

规范SH/T3007-2014《石油化工储运系统罐区设计规范》中条文规定，装置原料的常压储罐宜设置低低液位报警，低低液位宜联锁停泵[2]。一级或二级重大危险源的常压储罐进出口应设置紧急切断阀装置，建议低低液位是否自动联锁关闭阀门及停泵，其它紧急切断功能实现参照液化烃储罐。

储罐高高、低低液位联锁关闭储罐进出阀门需要考虑联锁后造成的上下油装置的影响。

(2)未构成一级或二级重大危险源的其它常压储罐

根据规范SH/T3007-2014，甲B、乙A及容量大于或等于1×104m3的其他液体常压储罐应设置高高液位报警及联锁，高高液位报警应联锁关闭储罐进口管道控制阀。对于未构成一级或二级重大危险源但容量大于或等于1×104m3的除甲B、乙A介质的其它储罐进口设置紧急切断阀。其它紧急切断功能实现参照液化烃储罐。

3、紧急切阀的选型

紧急切断阀指事故工况下，用于防止物料大量释放到环境中，造成严重危害的切断装置。石化行业中，紧急切断阀根据储存介质性质主要分为两种，一种液化烃用紧急切断阀，另一种易燃和可燃常压储罐用紧急切断阀。查石油化工行业的各种文件及相关规范，对两种紧急切断阀的选型要求整理主要如下：

(1)液化烃用紧急切断阀[6]

专用于安装在液化烃球罐的进出口管道上，当罐区内发生火灾、泄漏等事故时能够快速及紧密切断和隔离易燃及有毒物料的开关阀。紧急切断阀应具有自动和手动关闭功能，手动关闭功能应包括控制室遥控手动关闭及现场手动关闭。

a.当液化烃球罐区有可靠的仪表空气系统时，应选用气动紧急切断阀。

b.当液化烃球罐区无仪表空气系统、但有负荷分级为一级负荷的电力电源系统时，应选用电液执行机构或电动执行机构驱动的紧急切断阀。

c.球阀、闸阀和蝶阀均可用于紧急切断阀，但不得选用截止阀。

d.在同时作为进出口总管紧急切断阀时，应选用双向密封型阀内件，阀门泄漏等级应满足相关标准。

e.紧急切断阀的全行程关断时间不应超过1s/英寸阀门通径，紧急切断阀的全行程打开时间应符合安全和工艺操作要求。

f.在液化烃球罐区的火灾危险区外应设置紧急切断阀的现场操作开关，其接点信号直接送至气动执行机构的电磁阀或电液、电动执行机构的ESD动作端子，用于在紧急情况下现场手动关闭紧急切断阀。

g.紧急切断阀应首选仪表空气故障关型，选用弹簧返回型单作用气缸执行机构，弹簧表面应做防腐处理。

h.当工艺特别要求阀门为仪表空气故障保持型时，应选用双作用气缸执行机构并配有仪表空气储罐，阀门保位时间不应低于48小时。

i.电动执行机构的整体防爆等级不应低于Exd IIB T4，防护等级不应低于IP65。

j.电液执行机构应选用单作用弹簧返回型液压执行机构。

k.电液执行机构应确保在系统断电时阀门处于全关状态，不允许自行打开，仅当执行机构接到上位系统开阀信号时才能打开。

l.气动执行机构及其附件、电液执行机构及其附件、电动执行机构的动力电缆及信号电缆应采取防火保护措施。

(2)易燃和可燃常压储罐用紧急切断阀[7]

a.紧急切断阀应能在控制室远程操控关断。

b.炼油厂、石油化工厂、石油化纤厂储罐的紧急切断阀宜采用气动阀，并宜具备故障关功能；原油库、成品油库、输油管道附属站场储罐的紧急切断阀可采用电动阀。

c.紧急切断阀阀型可以是闸阀、球阀或大口径进口三偏心蝶阀。

d.储罐进出料管道上的紧急切断阀可以与工艺控制阀共用。

e.电动紧急切断阀的供电系统应符合下列规定：原油库、成品油库电缆在罐组内应采用直埋或电缆沟充砂敷设，需在地面敷设的电缆应采用阻燃或耐火电缆；炼油厂、石油化工厂、石油化纤厂、输油管道站场罐区电缆在罐组内应采用耐火电缆。电动紧急切断阀应配置可移动式应急动力电源装置，可以采用可移动式应急动力蓄电池组，也可以采用车载柴油发电机组。应急动力电源装置的专用接口宜设置在罐组防火堤外电缆入地处，并应位于爆炸危险区之外。

f.不具备故障关闭功能的气动紧急切断阀的控制信号电缆、未埋地敷设的电动紧急切断阀的控制信号电缆应采用耐火电缆。

g.紧急切断阀通过气动或电动执行机构全开或全关的时间不应超过180秒。

四、上下游装置关系的处理

罐区储罐实现自动紧急切断功能后，为不影响上下游装置的生产，保证罐区安全的前提下，需考虑上游装置来物料的去处及如何保证下游装置原料的供应。

储罐进出口紧急切断分为人为操作切断和自动切断。

当人为操作切断时，需人为判断是否快速开启另一座储罐。

当储罐阀门自动关闭时，对上下游装置无重大影响的油品物料，可直接设置高高液位联锁关闭罐前进口总阀及低低液位联锁关闭罐前出口总阀；对上下游装置有重大影响的油品物料，可优化工艺流程，经总结主要工艺方案如下：

1、储罐进口阀门自动关闭

(1)方案一：自动开启另一座储罐收油

此方案对储罐的自动化程度要求高，不仅要求储罐入口紧急切断阀为远程操作阀，还要求储罐入口的工艺操作阀也需为远程操作阀。储罐收油时，储罐液位信号、装置来油管道工艺操作阀的开关信号、罐总的紧急切断阀的开关信号均引进控制系统。当一个储罐非正常自动关闭时，由控制系统根据同种物料其它储罐的液位信号、阀位信号判断开启相关储罐的工艺操作阀。

(2)方案二：每种物料分别设置泄压储罐

此方案要求罐区每种物料分别设置一个或两个泄压储罐。每根自装置过来的油品管道末端设置远程压力检测仪表及远程控制阀，控制阀与压力信号联锁，控制阀后管道接至对应的泄压储罐。当一座储罐非正常自动关闭时，自装置来的油品管道压力升高，压力检测仪表信号联锁开启远程控制阀，物料进入泄压储罐。

2、储罐出口阀门自动关闭

储罐出口自动关闭通常是通过低低液位联锁实现。储罐开启方案同储罐进口阀门自动关闭方案一类似。

五、结语

一级或二级重大危险源的储罐区设置紧急切断功能，既能保证储罐运行安全、避免事故恶化造成重大人身伤害及重大财产损失，又能提高企业的自动化水平、减少人员操作失误概率，符合现代化企业发展规律和目标。

由于现有石油化工企业罐区工艺设置复杂，各性质相近物料混合储存，且储罐存储功能多样。结合经济成本、技术等方面原因，罐区储罐紧急切断后上下游装置关系很难做到完全自动控制，需进一步研究完善。