原料水储罐设计要点

王金花

（中海油石化工程有限公司，山东 青岛 266101）

0 引言

随着我国炼油行业的迅速发展及经济技术的进步，立式圆筒形储罐得到越来越广泛的应用，并日趋大型化[1]。由于储罐内介质大多易燃易爆或有毒，加之容积较大，一旦发生事故，将会造成火灾爆炸等严重后果，所以对于储罐的安全性要求越来越高。为了提高储罐安全性，必须严格按照标准规范设计，实现储罐的本质安全[2]。原料水储罐主要用来将含硫含氨污水进行沉降，将污油和水分开，起到均质和除油的作用。下面结合某石化公司一台2000m3原料水储罐，重点介绍设计中应注意的问题，为以后此种类型储罐设计提供依据。

1 设计说明

2000m3原料水储罐主要设计条件如表1所示。

原料水储罐工作压力为常压，但是在储罐顶部安装了一台安全水封罐，安全水封罐的操作压力为-0.45～1.5KPa，通过压力变动起到呼吸阀的作用，因此原料水储罐设计负压取-0.5KPa，原料水储罐主体选用GB 50341-2014[3]进行设计。

表1 2000m3原料水储罐设计条件

2 安全措施

2.1 介质特性及内防腐

原料水储罐用来储存污油、酸性水，含有H2S和NH3，介质对储罐的腐蚀性较强。廖春利等[4]介绍了原料水罐投用后腐蚀情况，可以看出原料水罐腐蚀主要发生在环焊缝处。黄亮等[5]介绍了Q235B材质原料水罐的腐蚀机理，主要是硫化氢应力腐蚀开裂，开裂机制为氢致开裂。结合文献及腐蚀原理可以看出，原料水储罐工作时，H2S气体挥发及水分蒸发，在储罐液面处形成湿硫化氢环境，防腐涂层一旦失效，Q235B在酸性环境下就会发生阳极溶解，同时介质表面的浮垢、涂料剥离物等形成闭塞环境，使得阳极溶解加剧、溶液进一步酸化，更加加剧阳极反应形成FeS，同时阴极反应生成的氢会向钢中渗透扩散，从而引起钢的氢脆、氢鼓泡，在缺陷处形成氢分子造成氢致开裂，裂纹扩展造成开裂破坏。结合上述分析可以看出涂层失效是应力腐蚀发展的重要因素，这就要求储罐内防腐必须牢固可靠；氢致开裂虽然不需要外加应力，但是罐体强力组装产生的应力和焊接残余应力也促进应力腐蚀开裂，为此储罐设计中应保证焊接质量。

张仲明等[6]介绍了原料水罐内防腐涂刷环氧玻璃鳞片材料，使用两年后没有出现腐蚀严重事故。钟书明[7]介绍了大庆炼化一台原料水罐罐壁采用H88导静电涂料，分析表明防腐材料选用直接影响储罐是否会发生硫化氢腐蚀开裂。通过参考文献以及查阅资料，本次原料水储罐内防腐方案如下：储罐充水试验合格后，罐内壁喷涂环氧改性酚醛内壁底涂料2层，干膜厚度不得低于150μm；再喷涂环氧改性酚醛内壁面涂料2层，干膜厚度不得低于150μm；最终钢材表面涂层的干膜总厚度不小于300μm。

2.2 罐顶安全设施

原料水储罐介质为污油、酸性水，罐顶气相空间含有H2S和NH3，液体为污油、酸性水，如果罐顶气相空间与大气直接接触，罐顶气体中的H2S与氧气反应生成单质硫，生成的硫和粉尘会积聚在呼吸阀阀盘上，使得呼吸阀通气量减少，不能起到保护作用。因此原料水储罐设置了安全水封罐，操作压力为-0.45～1.5kPa，起到呼吸阀的作用；其次为了防止储罐内部爆炸性混合物形成和FeS自燃[8]，设置了氮封，氮封压力为1.0KPa，这样就隔绝空气，同时氮封压力小于安全水封罐最大操作压力，这样氮气就不会通过安全水封罐进入大气，造成氮气的浪费。再次为了防止罐内超压，在罐顶设置了紧急泄压人孔。安全水封罐、氮封系统以及紧急泄压人孔同时作用，保证罐顶气相空间压力稳定。

3 罐底设计

按照GB50341-2014的规定，原料水储罐罐底应设罐底边缘板和中幅板，相对于中幅板，罐底边缘板与底圈罐壁直接焊接，受力复杂，因此罐底边缘板厚度一般大于中幅板厚度[9]。为了减少组焊工作量以及减少变形，减少焊缝长度，进而减少泄漏机会，中幅板板宽不宜过小，罐底边缘板径向长度也不宜过小，此次罐底边缘板和中幅板均采用1800mm板宽钢板，罐底板焊接无损检测要求严格按照GB50128-2014[10]执行。

一般情况下，罐底需要设置排污孔[11]，原料水储罐介质中含有大量H2S和NH3，危险性高，发生泄漏后不仅对装置的正常运行带来安全隐患，同时也会造成环境污染、危及职工人身安全。实践证明罐底发生泄漏主要是因为排污孔设置不合理。对于罐底设有边缘板的储罐，建议把排污孔设在一块边缘板上，否则设在两块罐底板交界处将会对底板焊缝产生影响，使得罐底严密性变差从而引发泄漏。

4 结论

通过以上分析，原料水储罐设计过程中应注意以下几点：

（1）介质腐蚀性较强，应确定合理的储罐内防腐方案，尽量减少介质对罐体的腐蚀；

（2）罐顶应设置合理的安全措施，如氮封系统、起呼吸阀作用的安全水封罐和紧急泄压人孔，从而减少罐顶介质的腐蚀，保证罐顶气相空间压力稳定，保证储罐安全运行；

（3）罐底排污孔宜设在一块罐底边缘板上。