液化烃球罐仪表的选型和控制方案

科技创新2013年10月上·319·建筑工程技术与设计【摘要】不同于一般的化工装置和储运设施，液化烃球形储罐对现场仪表的选型和控制及联锁方案的设置具有特殊要求。本文结合工程设计的实际经验对液化烃球罐相关的压力、温度、液位、以及紧急切断阀等的选型原则及控制联锁方案的设置进行详细阐述。【关键词】液化烃；球形储罐；联锁；紧急切断阀液化烃均为甲A类液体，其蒸气比空气重，一旦泄漏，极易形成爆炸性气体。液化烃气体爆炸下限低，如大量泄漏遇明火可造成大面积的火灾或可燃蒸气云爆炸事故。此外，液化烃的燃烧热值高，爆炸迅速、火焰温度高，破坏性强，极易引起邻罐的爆炸。石油化工装置及储运设施中液化烃球形储罐的现场仪表及自动控制系统的合理、安全设置，直接关系到整个液化烃储运设施的安全。笔者结合目前已建成的和正在设计的几套中石化和其它大型企业的液化烃球罐区的自动化仪表的选型和控制方案的设置进行论述。1.控制系统液化烃球罐区应根据工艺的要求，采用技术先进、性能可靠的计量、数据采集、监控、报警系统进行监视、过程控制及管理。控制系统可采用可编程序控制器（PLC）、分散型控制系统（DCS）、监控和数据采集系统（SCADA）和现场总线控制系统（FCS）等。当罐区操作中有安全联锁要求时，应设置安全联锁回路及安全仪表系统。安全联锁回路中的测量元件、逻辑控制器和执行元件均应满足安全完整性等级（SIL）要求。2.现场仪表2.1温度仪表液化烃球形储罐本体上应独立设置就地和远传温度计。温度计管口的设置位置和温度计的插入深度必须保证在昀低液位时能测量液相的温度。2.2压力仪表液化烃球形储罐罐顶应设压力就地和远传仪表测量气相压力，并单独设压力高限报警。压力表与压力变送器分别在球罐本体上开口，压力表与球形储罐之间不得连接其它用途的任何配件或接管。压力高报警检测元件可采用压力开关或独立的压力变送器等可靠性强、有广泛应用的元件。2.3液位仪表液化烃球罐应设就地和远传液位计。所采用的液位计应安全、可靠，并尽可能减少在液化烃球形储罐上的开孔数量。就地液位计可采用磁翻板液位计、钢带液位计、雷达或伺服液位计的罐旁指示仪，不宜使用玻璃管（板）液位计。当就地液位计采用雷达或伺服罐旁指示仪时，球罐还应设一种不同类别的液位远传仪表。当液化烃球罐采用固定式消防冷却水系统时，对球罐的液位计等宜设水喷雾或水喷淋喷头保护。液化烃球罐应设高低液位报警和高高液位联锁切断进料措施。高高液位联锁的检测元件应独立设置，可采用超声波、音叉、浮球或电容式液位开关，并宜与雷达、伺服等远传液位计的高高液位信号组成“三取二”联锁切断进料，高高液位联锁的检测元件应能在线校验。高液位报警的设定高度应为球罐的设计储存液位。高高液位报警的设定高度，不应大于液相体积达到球罐计算容积90％时的高度。3.紧急切断阀紧急切断阀指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严密切断（TSO）和隔离易燃及有毒物料的开关阀。当球罐液位达到或超过高高液位限时，紧急切断阀能用于防止物料溢罐。从紧急切断阀到球罐管口之间除了接管外不得安装任何其它管件或阀门，其间距应符合配管安装、阀门维修和工艺要求。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。3.1选型设计原则3.1.1在有可靠仪表气源的场合应首选仪表空气故障关型（FC）的气动执行机构。3.1.2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。3.1.3紧急切断阀的防火要求应符合GB50160-2008的相关规定，紧急切断阀应选用符合API607或API6FA标准的火灾安全（fire-safe）型阀门。3.1.4阀门执行机构及其附件应有防火措施，首选安装防火保护罩，防火保护罩应符合UL1709标准，能够在1093℃下，抵抗烃类火灾30分钟。3.1.5位于火灾危险区内并用于驱动和控制电动紧急切断阀的电源电缆和信号电缆应选用符合GB/T19666-2005标准的耐火型电缆或按其耐火要求做电缆耐火保护。3.2阀体选型设计3.2.1在满足本规定的其它技术要求下，球阀、闸阀和蝶阀均可用于紧急切断阀，但不得选用截止阀（GlobeValve）。对用于公称通径DN≤200的阀门宜选用球阀或闸阀，对公称通径DN＞200的阀门宜选用闸阀、三偏心蝶阀或双偏心高性能蝶阀。阀体的公称通径应与工艺管道相同。阀体的压力等级不应低于300Lb，阀体及配件的设计压力、设计温度、材质和耐腐蚀性能不得低于配管材料等级规定，所有承压部件应满足管道设计条件。3.2.2用于烃类介质的角行程阀门（球阀、蝶阀、偏心旋转阀等）应首选法兰连接型，当DN＞12”时，蝶阀及偏心旋转阀也可选用支耳（Lug）连接型，严禁选用对夹（Wafer）连接型。3.2.3紧急切断阀应选用铸钢或锻钢阀体，阀体的测试与检验应符合API598标准。3.3阀内件选型设计3.3.1紧急切断阀应选用金属密封阀座及阀内件，带防火垫片及增强型柔性石墨填料，金属密封的要求也可以通过使用特殊设计的软阀座实现，保证软阀座在火灾时（烧化）阀门为金属对金属密封。阀座及阀内件应能承受API607或API6FA标准的耐火试验。3.3.2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，阀门泄漏等级应至少达到FCI70-2等级V（ClassV）标准。3.4阀盖与填料选型设计3.4.1阀盖应选用符合制造厂标准的整体式或螺栓式结构。3.3.2阀盖的选型应根据操作温度和介质的危害程度选择不同的型式：3.3.3紧急切断阀的密封填料及填料函结构应选用双层密封填料结构。3.3.4紧急切断阀应选用增强型柔性石墨填料（密度≥1360kg/m3）并配有上下密封环，选用其它密封填料应满足API607或API6FA标准。3.5执行机构选型原则3.5.2应根据工艺对阀门昀大关闭压差、阀体口径及关断时间的要求，合理选择执行机构的额定输出力矩并进行核算。执行机构的安全系数、尺寸（活塞面积）应由制造厂选择，确保阀门在各种工况下（包括昀大差压）平稳开启及关闭，不会对阀杆和阀座造成损害。3.5.3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3.5.4气动执行机构应配有与阀轴直接相连的阀位指示器。阀的开、关位置应采用文字明确标识。3.5.5用于紧急切断阀的电磁阀应选用不锈钢阀体的24VDC供电直接作用式、昀大功耗≤4W、高温（等级H）绝缘耐用型及长期带电型线圈。4.可燃/有毒气体报警器液化烃球罐区应设现场声/光报警设施。固定式可燃气体、有毒气体检测器及其他报警信号应接入现场声/光报警设施。探测器的设置及报警设定值的设定严格执行《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》GB50493-2009。5.结束语以上是笔者针对中石化等国有大型企业的石油化工装置及储运设施中液化烃球形储罐的设计方案和仪表选型原则。石油化工装置昀重要的是安全生产，液化烃球罐是重大的危险源。在仪表配置上保证安全的前提下还应设置液化烃球罐区应设工业电视监控系统、并根据所在地区雷击概率及相关标准设置相应的防浪涌保护系统等。作者简介：孙海坤，女，1996年毕业于石油大学生产过程自动化专业，现就职于山东齐鲁石化工程有限公司电控室，任自控工程师。液化烃球罐仪表的选型和控制方案孙海坤（山东齐鲁石化工程有限公司山东淄博255400）液化烃球罐仪表的选型和控制方案作者：孙海坤作者单位：山东齐鲁石化工程有限公司山东淄博255400刊名：建筑工程技术与设计英文刊名：ArchitecturalEngineeringTechnologyandBesign年，卷(期)：2013(4)引用本文格式：孙海坤液化烃球罐仪表的选型和控制方案[期刊论文]-建筑工程技术与设计2013(4)