第五章--储罐

第五章储罐1第五章储罐设备出的问题没有储罐多，其原因可能是储罐更脆弱，稍有超压或者负压就可能损坏。幸运的是有关储罐出现的大部分问题都还不会伤人，但却造成损坏、物质损失和生产停顿。5．1冒顶大多数与冒顶有关的事故都是因为人们不重视、阀门设置有问题、液位指示不正确等因素造成的(见3．3．1d)。因为这些原因，人们在储罐设置高液位报警。可是，由于没有对报警系统进行定期检测，或忽视报警(见3．3．2a)，冒顶现象一直不断发生。是否需要高液位报警取决于装罐的速度和每次向接收罐转送物质的量。如果每次转送的量很大，并可能引起冒顶，那么就应该加高液位报警。冒顶出来的物质应限制在罐的围堰内。但是人们为排放围堰内的雨水，围堰上的排放阀经常是打开的，溢出物就被排放掉了(见5．5．2c)。排放阀正常情况下应当关闭。此外，每周应对阀门进行一次检查，保证阀门被关闭并锁住。5．1．1报警和自动断开装置更可能引发冒顶现象如果不能很好地了解高位自动断开装置和报警的局限性，发生冒顶事故的实际次数可能会增加。一家工厂每天晚上为第二天的生产向储罐内加注足量的原料，操作员观察液位指示，当储罐加满后，关闭加料泵和入口阀门。几年之后，操作员不可避免地在工作时精力不集中，原料从罐中溢出。当时，储罐装置有自动断开系统，加料泵自动停止。让人都感到吃惊的是，一年后又发生冒顶事故。事情的经过可能是这样的，操作员仍在观察液位计。当异常情况发生，而操作员又没有及时处理时，自动断开系统起作用。自动断开系统发生巧合故障的可能性几乎没有。然而既然有了自动断开系统，操作员也就不再注意观察液位计了，经理也了解操作员这么做，他认为自动断开系统可以给操作员更多的时间做其它事情。用于这种用途的液位计每年可能出一、二次故障，所以大约两年后发生冒顶事故也就不足为奇了。一套不太可靠的自动断开系统代替了可靠的操作员。如果要保证在五年内不(或由于操作员的失误)发生一次冒顶事故，那么就要安装两套保护装置，一套自动断开装置(或报警)用作过程控制器，当控制器出故障时，另一套发挥作用。当装置安装了自动断开系统后，再用一名操作员观察液位计是不现实的(见14．7a)。5．1．2由于原料变化发生的冒顶事故另一起冒顶事故是由于罐内的原料换成一种比重较小的物质。操作员没有认识到液位计测得是相对密度，而不第五章储罐2是体积。例如，一家工厂有一个用来储存汽油(相对密度0.81)的储罐，现在用来储存戊烷(相对密度0.69)。当液位计只指示到满罐的85％时就发生冒顶。液位计是运用差压原理来测量的，当比重变化时必须修正原参数才能保证输出电流反映是实际液位。8．2(b)讲述了另一件事故。如果液位计测量重量，那么正确的做法是安装一套测量体积的高液位报警系统。5．1．3因重力而引发的冒顶有时用重力使液体从一个储罐流到另一个储罐中。当液体从一个较高的储罐流到一个较低的储罐时，会发生冒顶事故。一种情况是，液体在两个相隔几百米高度相同的储罐之间流动。操作员没有想到地面上很小的坡度足以使低处的罐发生冒顶。返回5．2超压大多数储罐的设计压力只有8英寸水柱(0.3psi(2kPa)(表)，当罐内的压力达到设计压力的3倍时，罐就会破裂，因而很容易损坏。大多数储罐的设计都是在罐顶/罐壁处破裂，因而避免了溢出，但旧罐却不是按这种方法设计的。由于焊缝被腐蚀疲劳或是地脚螺栓脱落，在罐顶/罐壁处破裂的罐在罐底/罐壁处也会出现破裂(图5-1)。当罐内有水，其溢出物附在罐基周围时，很可能发生腐蚀。频繁地排空储罐能引起储罐罐基/罐壁焊缝发生疲劳性破裂，要防止焊缝疲劳性破裂，在排空储罐时，应在储罐内留下约1m的液位”。5．2．1液体超压假设向罐内加料的设计速率为xm3/h，许多罐，尤其是多年以前修建的罐都装有一条放空管线，这条管线足以通过xm3／h的空气，但不是xm3/h的液体。如果向罐内加料的速率太快，加料泵选得太大了，则可使罐破裂。图5-1因腐蚀和地脚螺栓丢失造成储罐在低部，而不是在顶部破裂如果选择的放空管线不能满足入口液体流速，那就应该在罐上安装铰链式人孔盖，或类似的防冒顶装置(有专用于此项用处的装置)。这种冒顶装置应该安装在靠近罐顶的罐壁上。如果安装位置靠近罐顶中心部位，罐壁上部的液位高度就可能超过8in(203mm)，储罐就会超压(见图5-2a)。如果设计时用放空管线来排放液体，应该将放空管线安装在靠近罐顶的边缘处，放空管线的上端不能超过罐壁顶部8in。如果放空管线太长，容器就会一直超压(见图5-2b)。如果储罐内有可能产生氢气，应该在罐顶的最高处安装放空管线和冒顶管线。(见16．2)。(a)(b)图5-2如果放空管线或冒顶管高于罐壁上部8in(203mm)，储罐就有可能超压由于超压，一台80m3的玻璃纤维增强型酸罐在底部破裂了。放空系统加有盲板，可进入罐内进行检查。钢制盲板上覆盖着一层抗腐蚀的聚四氟乙烯。当把盲板移走后，留下了聚四氟乙烯层，这在当时没什么事，因为储罐可第五章储罐3以通过溢流管放空，将溢流物排放到下水道中。一年之后要对下水道进行维修，所以在放空管线上加了盲板，防止酸液在维修期间流到下水道中。对操作员的要求是慢慢向罐内加酸液，并注意看液位计。当操作员开始加酸液时，液位计的读数上升得很快，罐的底部发生破裂。液位计实际测量的是罐内空气增加的压力，即罐中液位上升和压缩气压力。5．2．2气体或蒸汽产生的超压因气体或蒸汽产生的超压事故时有发生，因为有关人员没有认识到储罐本身是不能承受压缩气体压力的，放空管线太细不能排放进入罐内的气量，如下述的两件事故：(a)一台小储罐的出口线发生堵塞，为了清除堵塞，操作员手持压缩空气软管对着玻璃管液位计上部的开口。压缩空气的表压为100psi(0.7MPa)，结果储罐的顶部被炸飞了(图5-3)。(b)将一台旧容器用作低压储罐，合同商将旧储罐安装在新位置后对其进行压力试验。因为找不到与容器软管接口相匹配的接管，他决定使用压缩空气，结果罐破裂了。2．2(a)讲述了压缩空气使另一台罐破裂的事故。(c)在另一种情况下，因液位控制器故障使气体进入罐内(图5-4)，压力容器也会破裂(9．2．2d)。在参考资料1中详细分析了防止出现类似事故的必要措施。(d)一台冷藏丁烷的储罐要重新投入作用。为了清除罐内的空气，先用二氧化碳吹扫，然后再加人丁烷。当储罐冷却下来时，部分丁烷挥发，为防止压力升高，将2in的放空管线敞开着。由于这条放空管线不够粗，操作员又打开了一条6in的放空管线，然而压力仍继续上升。由于两台安全阀的压力设定值太高，丁烷的增加率相当快。储罐底面开始外凸，基础周围的地脚螺栓被拔出地面，幸运的是罐体没有发生泄漏。安全阀的设定值应该为0.1psi(7kPa)(表)，而罐内的压力也许达到了1.5～2psi(10～14kPa)(表)。图5-3压缩空气将罐顶炸掉第五章储罐4图5-4液位控制器故障能使罐超压返回5．3抽瘪到目前为止，抽瘪是储罐损坏最常见的一种方式。抽瘪发生的方式很多，下面列举了一些。操作员在发明储罐的抽瘪方式方面是多么得有灵性!许多事故是因为操作员没有认识到储罐是多么脆弱，储罐很容易超压，也更容易抽瘪。大多数储罐的设计压力为0.3psi(2k?a)(表)，只能承受0.1psi(0．6kPa)的负压，相当于一杯茶水底部的静力压力。有些事故的发生是因为操作员没有理解负压是如何起作用的。见已经在3．3．3(c)和3．3．4(h)叙述过的事故。下面是一些储罐被抽瘪的方式。有些情况是因为放空系统没有起作用，有些是因为放空系统太小。(a)放空系统装有三套阻火器，一直没有进行清洗，二年后发生堵塞。按规定应对阻火器进行定期清洗(每六个月)，但是因为工作繁忙被忽略了。如果在您的储罐上装有阻火器，您认为有必要吗(见6．2g)?(b)为防止烟雾扩散到人行道上，在放空系统的顶部安装了一块松动的盲板。(c)储罐清洗完后，为防止尘土进入，在放空管线上系了一只塑料袋。当时天气很热，一场突如其来的降雨使罐冷却下来时，储罐被抽瘪了。(d)罐内装着一些水，生锈用尽罐内空气中的氧气时(见11．1d)。(e)向罐内通蒸汽时，一场突降的雷雨使罐急速冷却，空气不能及时补进。停止向罐内通蒸汽时，应将人孔及时打开。放空管的直径应该在10～20in(0.25～0.5m)。在另外一些情况下，当停止罐内通蒸汽后，不应将罐隔离得太早。一直通蒸汽的储罐也许要经过几个小时才能第五章储罐5冷却下来。(f)向装有热液体的储罐内加冷液体。(g)压力／真空阀(严密阀)安装不正确——压力和真空台板被互换。在设计阀门时应考虑到避免此类事故的发生(见3．2．1)。(h)压力／真空阀罐内物质腐蚀。(i)在储罐上装了一台大泵，其抽空的速度远比通过放空管线补充空气的速度快。(j)在卸罐装卡车前，司机将人孔盖支起，后来盖子又落下来。(k)一台储罐装有一条通到地面的冒顶管线，没有其它放空管。当储罐发生冒顶时，罐内的介质被虹吸出去(图5-5)。图5-5如果没有其它放空管线，向地面冒顶可使储罐瘪下去应该在储罐的顶部安装放空系统和液体冒顶系统。(1)放空系统几乎被聚合物堵死(图5-6)。罐内的液体受到抑制不能发生聚合，但在罐顶凝聚的蒸汽不受抑制。人们对放空系统定期进行检查，但是没有注意到聚合物。现在用一根木棒插进放空管里，证明它没有堵。(木棒的另一端应加大，所以不能掉到罐内)(m)向一台装有氨溶液的储罐内快速加水。为防止储罐瘪下去，放空管的直径最少要在30in(0.75m)以上!这是不实际的，所以水应该通过限流孔板，或通过细管加到罐内。通过上述例子，我们已经很清楚不能写上几条能做什么，不能做什么，或改变设计(少数情况除外，如g，h条)就能防止储罐被抽瘪。只能通过增加对储罐以及它们的作用方式的了解和认识，尤其是对负压的理解和认识，才能防止些类事故的发生。在出现下例其中一件事故后所采取的行动说明了对员工进行培训的紧迫性。储罐的顶部只是被抽瘪，罐顶是凹面而不是凸面。责任工程师决定用水压法使罐恢复原来的形状，并发出行动指令。几个小时之后他去看工作的进展情况，发现罐里已装满了水，在储罐上接了一台用于管件水压试验的手动水泵。他将手动水泵拆除，用一根lm长的竖管代替放空管，用软管向竖管中滴水。当他滴水时，令旁观者惊奇的是储罐恢复到原来的形状(图5-7)。管中的静水压已经足够了。第五章储罐6图5-6放空口几乎被聚合物堵死图5-7将凹面罐顶的储罐恢复形状的方法返回5．4爆炸固定罐顶储罐中的油气发生爆炸的事故很多，根据历史纪录估算，每台发生爆炸的可能性约为一千年一次。根据一份1979年的报告，仅在加拿大每年就有25-30台罐发生爆炸。爆炸事故多发的原因是许多储罐的油气空间存在可发生爆炸的混合物。要保证没着火源几乎是不可能的，尤其是储罐中液体的导电性较差，静电荷在液体上聚积时。由于这种原因，有些公司不允许生成爆炸性的混合物，他们坚持储存有高于闪点的碳氢化合物的固定罐顶的储罐要用氮气封存(见5．6．3)。其它公司坚持这类化合物要用浮顶罐储存。非碳氢化合物的导电性一般比碳氢化合物好。(像二乙基醚和二硫化碳这样分子对称的非碳氢化合物导电性低。)静电荷可迅速向大地转移(如果设备接地)，着火的危险很低，因而不用氮封，所以用固定罐顶的储罐储存这类物质。外部火源，像闪电(图5-8)或在开放的放空系统附近电焊也可能引发储罐爆炸。取样口和其它开口应当关闭或用阻火器加以保护，这些开口易堵塞，应定期进行检查(见5．3a，6．28和14．2．4)。图5-8这台罐存有可爆性油气，闪电能使其爆炸(应保持所有的取样口和滴孔关闭)5．4．1一个典型的储罐爆炸事故当用一种石脑油调和另一种石脑油的工作开始40分钟后，一座大型储罐发生爆炸，不久火被扑灭，石脑油被转移到另一个储罐中。第二天恢复调和油品工作，40分钟后，发生了另一次爆炸。储罐没有使用氮封，储罐的液体上方有石脑油蒸汽和空气形成的爆炸性混合物。点火源是静电荷。在液体和罐顶或罐壁之间产生的电火花引燃了油气—空气的混合物。这些爆炸事故促使人们对静电的形成做了大量的调查工作。防止类似爆炸的方法有：1．使用氮