周 春, 張 前

(中機(jī)國際工程設(shè)計研究院有限責(zé)任公司 華東分院, 江蘇 南京 210023)

1 概述

液化石油氣用戶主要為居民用戶和工商業(yè)用戶。根據(jù)全國燃?xì)馐鹿史治鰣蟾?2020年液化石油氣用戶事故數(shù)量為306起,其中居民用戶液化石油氣事故214起。隨著社會對燃?xì)獍踩囊蟛粩嗵岣?與液化石油氣供應(yīng)站相關(guān)的規(guī)范不斷修訂和發(fā)布,對液化石油氣供應(yīng)站的安全檢查標(biāo)準(zhǔn)也在不斷提高。在現(xiàn)有形勢下,如何在設(shè)計、建設(shè)和運行過程中體現(xiàn)規(guī)范和安全檢查標(biāo)準(zhǔn)的要求是每一個從業(yè)者需要思考的問題。筆者結(jié)合規(guī)范和安全檢查的要求,結(jié)合工程設(shè)計經(jīng)驗,對液化石油氣供應(yīng)站(簡稱供應(yīng)站)的緊急切斷系統(tǒng)、液化石油氣泵(簡稱烴泵)和壓縮機(jī)的傳動方式、火災(zāi)延續(xù)時間的取值等問題提出建議,供設(shè)計和運行管理人員在進(jìn)行新建液化石油氣供應(yīng)站的設(shè)計和現(xiàn)有液化石油氣供應(yīng)站安全改造時作為參考。

2 緊急切斷系統(tǒng)

2.1 現(xiàn)行規(guī)范的規(guī)定

GB 51142—2015《液化石油氣供應(yīng)工程設(shè)計規(guī)范》第9.3.5條規(guī)定,液化石油氣儲罐液相進(jìn)口管應(yīng)設(shè)置止回閥,液相出口管和氣相管應(yīng)設(shè)置緊急切斷閥。

GB 55009—2021《燃?xì)夤こ添椖恳?guī)范》第4.2.4條規(guī)定,燃?xì)鈴S站應(yīng)根據(jù)應(yīng)急需要并結(jié)合工藝條件設(shè)置全站緊急停車切斷系統(tǒng)。當(dāng)全站緊急停車切斷故障處理完成后,緊急停車切斷裝置應(yīng)采用人工方式進(jìn)行現(xiàn)場重新復(fù)位啟動。第4.3.3條規(guī)定,液化石油氣儲罐的液相進(jìn)出管應(yīng)設(shè)置與儲罐液位控制聯(lián)鎖的緊急切斷閥。第4.2.13條規(guī)定,燃?xì)馀蛎洐C(jī)、壓縮機(jī)和泵等動力設(shè)備應(yīng)具備非正常工作狀況的報警和自動停機(jī)功能。

與GB 51142—2015相比,GB 55009—2021對液化石油氣供應(yīng)站緊急切斷系統(tǒng)的要求更高、更細(xì)致。主要體現(xiàn)在:對全站緊急停車切斷系統(tǒng)、動力設(shè)備報警和自動停機(jī)功能提出了要求;增加了液化石油氣儲罐液相進(jìn)口管道設(shè)置緊急切斷閥的要求;增加了儲罐液相進(jìn)出口緊急切斷閥與液位控制聯(lián)鎖的要求。

2.2 存在問題及解決方案

① 存在問題

據(jù)筆者調(diào)研,2015年以前建成的液化石油氣供應(yīng)站都是按照GB 50028—2006《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計規(guī)范》進(jìn)行建設(shè)。當(dāng)供應(yīng)站的儲罐容積大于或等于50 m3時,儲罐的液相出口管和氣相管設(shè)置了緊急切斷閥。2015—2021年建成的液化石油氣供應(yīng)站都是按照GB 51142—2015進(jìn)行建設(shè)。供應(yīng)站的儲罐無論容積大小,液相出口管和氣相管均設(shè)置了緊急切斷閥。GB 50028—2006和GB 51142—2015未對液化石油氣供應(yīng)站緊急切斷系統(tǒng)的功能和配置提出具體要求。因此,2021年以前建成的液化石油氣供應(yīng)站的緊急切斷系統(tǒng)主要是由設(shè)計單位根據(jù)自己的理解進(jìn)行設(shè)計。其主要功能就是在發(fā)生火災(zāi)或泄漏報警時能夠遠(yuǎn)程關(guān)閉物料進(jìn)出管上的緊急切斷閥。這樣的系統(tǒng)設(shè)計主要存在如下問題:儲罐進(jìn)液管道只設(shè)置了止回閥,未設(shè)置緊急切斷閥,且2015年以前建成的液化石油氣供應(yīng)站儲罐容積小于50 m3時,液相出口管和氣相管未設(shè)置緊急切斷閥;儲罐的緊急切斷閥不具備與儲罐液位控制聯(lián)鎖的功能;不具備全站緊急停車切斷功能;緊急切斷系統(tǒng)未獨立設(shè)置,均與過程控制系統(tǒng)合并建設(shè)。

② 解決方案

為了滿足GB 55009—2021關(guān)于緊急切斷系統(tǒng)的要求,結(jié)合液化石油氣供應(yīng)站過程控制系統(tǒng)的自動化,筆者建議供應(yīng)站緊急切斷系統(tǒng)采取如下做法。

a.根據(jù)規(guī)范要求,在儲罐的液相進(jìn)出管、氣相管分別設(shè)置氣動控制閥門。

b.氣動控制閥儀表氣管路上串聯(lián)設(shè)置由過程控制系統(tǒng)控制的電磁閥1和由緊急切斷系統(tǒng)控制的電磁閥2。

c.儲罐進(jìn)液管上氣動控制閥上的電磁閥1與儲罐液位高報警聯(lián)鎖,電磁閥2與儲罐液位高高報警聯(lián)鎖。

d.儲罐出液管上氣動控制閥上的電磁閥1與儲罐液位低報警聯(lián)鎖,電磁閥2與儲罐液位低低報警聯(lián)鎖。

e.儲罐進(jìn)液管上氣動控制閥緊急切斷功能動作時,應(yīng)同時切斷壓縮機(jī)電源。

f.儲罐出液管上氣動控制閥緊急切斷功能動作時,應(yīng)同時切斷烴泵電源。

g.發(fā)生火災(zāi)或者泄漏時,由操作人員根據(jù)現(xiàn)場情況啟動全站緊急切斷系統(tǒng),關(guān)閉儲罐的所有氣動控制閥,聯(lián)鎖停止壓縮機(jī)和烴泵。

h.獨立設(shè)置緊急切斷系統(tǒng)和過程控制系統(tǒng),配置各自的機(jī)柜、操作站和工程師站。

i.電磁閥1根據(jù)過程控制系統(tǒng)的自動化要求可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程或聯(lián)鎖開關(guān),參與過程控制。電磁閥2處于常開狀態(tài),根據(jù)緊急切斷系統(tǒng)的要求聯(lián)鎖關(guān)閉,必須在事故消除后人工現(xiàn)場復(fù)位。

3 烴泵及壓縮機(jī)的傳動方式

3.1 烴泵及壓縮機(jī)的傳動方式現(xiàn)狀

烴泵和壓縮機(jī)是液化石油氣供應(yīng)站最常見的生產(chǎn)設(shè)備。烴泵和壓縮機(jī)的傳動方式主要有皮帶傳動和直聯(lián)傳動兩種。皮帶傳動就是電機(jī)帶動主動輪轉(zhuǎn)動,張緊的皮帶作為主動輪和從動輪的連接件,利用摩擦力帶動從動輪,使烴泵或壓縮機(jī)轉(zhuǎn)動。直聯(lián)傳動就是電機(jī)的軸和烴泵或壓縮機(jī)的軸通過聯(lián)軸器連為一體。電機(jī)轉(zhuǎn)動的同時利用聯(lián)軸器帶動烴泵或壓縮機(jī)轉(zhuǎn)動。烴泵的皮帶傳動見圖1,烴泵的直聯(lián)傳動見圖2。

圖1 烴泵的皮帶傳動

圖2 烴泵的直聯(lián)傳動

與直聯(lián)傳動相比,皮帶傳動的易損件少,拆裝更換方便,維修成本低。因此,多年以來城鎮(zhèn)液化石油氣供應(yīng)站使用的烴泵和壓縮機(jī)基本采用皮帶傳動,使用情況良好,至今未見到關(guān)于液化石油氣供應(yīng)站烴泵和壓縮機(jī)由于使用皮帶傳動發(fā)生事故的報道。

3.2 存在問題及解決方案

近年來,在液化石油氣供應(yīng)站安全檢查中,專家或第三方咨詢機(jī)構(gòu)會依據(jù)國家安全監(jiān)管總局印發(fā)的《危險化學(xué)品企業(yè)事故隱患排查治理實施導(dǎo)則》(簡稱《實施導(dǎo)則》)將烴泵和壓縮機(jī)采用皮帶傳動作為安全隱患列入檢查報告中的必須整改項?！秾嵤?dǎo)則》依據(jù)的是GB 50160—2008《石油化工企業(yè)設(shè)計防火標(biāo)準(zhǔn)》(2018年版)第5.7.7條。該條規(guī)定“可燃?xì)怏w壓縮機(jī)、液化烴、可燃液體泵不得使用皮帶傳動;在爆炸危險區(qū)范圍內(nèi)的其他轉(zhuǎn)動設(shè)備若必須使用皮帶傳動時,應(yīng)采用防靜電皮帶”。根據(jù)該條款的條文解釋,皮帶傳動易積聚靜電,可能會產(chǎn)生電火花,積聚的靜電壓可達(dá)2 500～7 000 V,危險性高,容易引發(fā)事故。

液化石油氣供應(yīng)站設(shè)計執(zhí)行的主要規(guī)范是GB 51142—2015和GB 55009—2021,這些規(guī)范未對烴泵和壓縮機(jī)是否可以采用皮帶傳動提出明確說明。筆者認(rèn)為,液化石油氣供應(yīng)站雖屬于城鎮(zhèn)燃?xì)夤芾矸秶?但其儲存的液化石油氣為液化烴,屬于危險性較大的危險化學(xué)品。從降低安全風(fēng)險角度考慮,建議:對于新建的液化石油氣供應(yīng)站,選用直聯(lián)傳動的烴泵和壓縮機(jī);對于已建的液化石油氣供應(yīng)站,更換為直聯(lián)傳動的烴泵和壓縮機(jī),或?qū)⑵鲃拥臒N泵和壓縮機(jī)改造為直聯(lián)傳動方式。

筆者設(shè)計的某液化石油氣供應(yīng)站,于2017年5月對使用皮帶傳送方式的烴泵和壓縮機(jī)進(jìn)行了直聯(lián)傳動改造。改造工程充分考慮了現(xiàn)場空間受限、聯(lián)軸器和電機(jī)的選擇等因素,進(jìn)行了轉(zhuǎn)動慣量、受力校核等分析,效果良好。

4 火災(zāi)延續(xù)時間的確定

4.1 GB 51142—2015和GB 50974—2014的相關(guān)規(guī)定

液化石油氣供應(yīng)站消防水池的容量應(yīng)按火災(zāi)延續(xù)時間內(nèi)所需最大消防用水量計算確定。供應(yīng)站最大消防用水量出現(xiàn)在儲罐區(qū),主要與儲罐保護(hù)面積、著火罐和鄰近罐的固定冷卻水供水強(qiáng)度、室外消火栓用水量相關(guān)。對于儲罐保護(hù)面積、固定冷卻水供水強(qiáng)度、室外消火栓用水量,GB 51142—2015和GB 50974—2014《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定是明確且一致的。但是對于火災(zāi)延續(xù)時間的取值,在工程設(shè)計和設(shè)計審查時尚有爭議。主要問題在于:當(dāng)儲罐區(qū)的儲罐總?cè)莘e小于或等于220 m3,且單罐容積小于或等于50 m3時,火災(zāi)延續(xù)時間是按照6 h還是3 h取值。

GB 51142—2015第11.1.5條規(guī)定“消防水池容量的確定應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑設(shè)計防火規(guī)范》GB 50016和《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》GB 50974的有關(guān)規(guī)定”。GB 50974—2014第4.3.2條規(guī)定,消防水池的有效容積應(yīng)滿足火災(zāi)延續(xù)時間內(nèi)室內(nèi)消防用水量和室外消防用水量不足部分之和的要求。第3.6.2條規(guī)定,液化烴儲罐的火災(zāi)延續(xù)時間為6 h。按照以上條款的規(guī)定,液化石油氣供應(yīng)站的火災(zāi)延續(xù)時間應(yīng)按6 h取值,與儲罐總?cè)莘e或單罐容積沒有關(guān)系。

但經(jīng)仔細(xì)研究發(fā)現(xiàn),按照GB 51142—2015第11.1.5條的條文說明,當(dāng)儲罐總?cè)莘e小于或等于220 m3,且單罐容積小于或等于50 m3的儲罐或儲罐區(qū),其消防水池的容量可按火災(zāi)延續(xù)時間3 h所需最大消防用水量計算確定。這樣就出現(xiàn)了正文與條文說明不一致的情況。

4.2 實際工作中的做法及建議

針對規(guī)范與條文說明的差異之處,建設(shè)單位、設(shè)計單位和設(shè)計審查部門的理解也存在差異。建設(shè)單位和設(shè)計單位一直是按照GB 51142—2015條文說明關(guān)于火災(zāi)延續(xù)時間的要求進(jìn)行設(shè)計和建設(shè)。但由于條文說明不具備正文一樣的效力,設(shè)計審查部門對條文說明并不認(rèn)可,其對火災(zāi)延續(xù)時間的取值秉著從嚴(yán)的要求進(jìn)行設(shè)計審查。為了使設(shè)計審查順利通過,在溝通無果的情況下,無論儲罐總?cè)莘e和單罐容積多少,建設(shè)單位和設(shè)計單位均按照火災(zāi)延續(xù)時間6 h進(jìn)行設(shè)計和建設(shè)。

筆者建議,GB 51142—2015和GB 50974—2014在進(jìn)行修訂時,進(jìn)一步論證液化石油氣儲罐火災(zāi)延續(xù)時間的取值。無論火災(zāi)延續(xù)時間取值6 h還是3 h,規(guī)范之間應(yīng)協(xié)調(diào)一致,規(guī)范的正文與條文說明也應(yīng)協(xié)調(diào)一致。

5 結(jié)論及建議

① 液化石油氣供應(yīng)站應(yīng)設(shè)置獨立的全站緊急切斷系統(tǒng);儲罐的液相進(jìn)出管和氣相管應(yīng)設(shè)置緊急切斷閥;液相進(jìn)口緊急切斷閥應(yīng)與儲罐液位高高報警聯(lián)鎖,液相出口緊急切斷閥應(yīng)與儲罐液位低低報警聯(lián)鎖。

② 液化石油氣供應(yīng)站的烴泵和壓縮機(jī)應(yīng)采用直聯(lián)傳動,不建議采用皮帶傳動。對于新建的液化石油氣供應(yīng)站,選用直聯(lián)傳動的烴泵和壓縮機(jī);對于已建的液化石油氣供應(yīng)站,更換為直聯(lián)傳動的烴泵和壓縮機(jī),或?qū)⑵鲃拥臒N泵和壓縮機(jī)改造為直聯(lián)傳動方式。

③ 建議GB 51142—2015和GB 50974—2014在進(jìn)行修訂時,進(jìn)一步論證液化石油氣儲罐火災(zāi)延續(xù)時間的取值。