化工園區(qū)廠區(qū)間液氯輸送管道的設(shè)計(jì)研究論文
液氯作為氯堿工業(yè)特有的產(chǎn)品之一，是各種有機(jī)氯化工、無機(jī)氯化工、醫(yī)藥(農(nóng)藥、染料)中間體合成及造紙等行業(yè)的重要原料。長期以來，液氯在氯堿工廠和用氯企業(yè)之間的運(yùn)輸主要采用鋼瓶充裝和液氯槽車運(yùn)輸?shù)男问�。隨著化工行業(yè)的不斷發(fā)展壯大，液氯的產(chǎn)銷量日益增加，液氯道路運(yùn)輸?shù)念l次不斷增加， 液氯充裝、卸料操作更加頻繁，使得液氯運(yùn)輸成本不斷提高，液氯在道路運(yùn)輸過程中的氯氣泄漏事故也屢見不鮮， 給安全生產(chǎn)帶來了嚴(yán)重的威脅。
隨著全國各地化工園區(qū)、化工集聚區(qū)的不斷涌現(xiàn)和發(fā)展，在各化工園區(qū)、化工集聚區(qū)建立初期，做好氯堿工廠和用氯企業(yè)的合理規(guī)劃和相對(duì)集中以縮短液氯的運(yùn)輸距離情況下，也為廠區(qū)之間的液氯運(yùn)輸方式從車輛道路的運(yùn)輸方式向管道輸送的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)變提供了切實(shí)可行的條件。車輛道路運(yùn)輸方式存在危險(xiǎn)性高、流動(dòng)性強(qiáng)、不確定性高等缺點(diǎn)，而廠區(qū)間液氯管道長距離輸送是一種安全保障性高、連續(xù)性強(qiáng)、綜合成本低的運(yùn)輸方式，具有廣闊的應(yīng)用價(jià)值和空間。
液氯輸送管道設(shè)計(jì)的好壞，對(duì)于能否有效地防止和減少氯氣事故，會(huì)直接影響到相關(guān)企業(yè)的安全生產(chǎn)，甚至?xí)䦟?duì)整個(gè)化工園區(qū)的正常生產(chǎn)造成重大影響。這就對(duì)廠區(qū)間液氯輸送管道的設(shè)計(jì)提出了更高的`要求。
1 液氯的特性及危害
氯是黃綠色、有刺激性氣味的氣體，其氣體比空氣重， 沸點(diǎn)-34.5 ℃， 蒸氣壓506.62 kPa(10.3 ℃)。氯是一種很活潑的元素， 也是一種較強(qiáng)的氧化劑， 除了惰性物質(zhì)、碳等以外， 幾乎能與各種元素反應(yīng)， 并能放出巨大能量。氯中如混入其他物質(zhì)( 如氫、甲醇、環(huán)氧乙烷、硝基物等) ，存在發(fā)生火災(zāi)爆炸的危險(xiǎn)。氯的水溶液是一種強(qiáng)酸，與堿激烈反應(yīng)，有腐蝕性。氯與許多有機(jī)化合物、氨、氫和金屬粉末激烈反應(yīng)，有著火和爆炸的危險(xiǎn)。有水分存在時(shí)，浸蝕許多金屬，浸蝕塑料、橡膠和涂料。
液氯是一種低溫、高壓液化氣體，其液相轉(zhuǎn)化為氣相時(shí)體積擴(kuò)大460 倍左右。隨著溫度的升高， 液氯在管道或容器中的壓力隨之升高。因此液氯在管道輸送過程中如出現(xiàn)保溫不良或管道缺陷等原因，可能會(huì)導(dǎo)致物理爆炸事故。
在GB 12268-2012《危險(xiǎn)貨物品表》第6 章的規(guī)定中，氯屬于第2 類2.3 項(xiàng)毒性氣體，次要危險(xiǎn)性為第5 類5.1 項(xiàng)氧化性物質(zhì)及第8 類腐蝕性物質(zhì)。氯可能通過吸入吸收到體內(nèi)，對(duì)人的皮膚、粘膜、呼吸道等均會(huì)造成損傷，一旦發(fā)生泄漏，則可能引發(fā)人員中毒和環(huán)境污染事故。
2 液氯輸送管道的設(shè)計(jì)技術(shù)方案
廠區(qū)間液氯輸送系統(tǒng)可以分為三個(gè)部分，第一部分為氯堿工廠界區(qū)內(nèi)的液氯外送動(dòng)力單元，第二部分為氯堿工廠和用氯企業(yè)廠區(qū)之間的液氯輸送管道單元，第三部分為用氯企業(yè)界區(qū)內(nèi)的液氯接受單元。本文主要針對(duì)廠區(qū)間液氯輸送管道單元的設(shè)計(jì)進(jìn)行闡述。
2.1 液氯輸送管道的系統(tǒng)圖
液氯輸送管道的系統(tǒng)圖主要由液氯輸送管道系統(tǒng)、管道開停車系統(tǒng)、管道吹掃置換系統(tǒng)、管道監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)等組成。
2.2 液氯輸送管道布置
氯堿工廠和用氯企業(yè)之間的距離或遠(yuǎn)或近，有的甚至是長距離的輸送。在液氯輸送管道沿線的環(huán)境條件比較復(fù)雜，如需要穿越道路、河道等，液氯輸送管道的布置應(yīng)設(shè)計(jì)在相對(duì)安全的區(qū)域，不能穿越易燃易爆場所，并且要保證布置在防火防爆區(qū)域范圍以外，以防止火災(zāi)爆炸事故對(duì)液氯輸送管道產(chǎn)生重大影響。
為了防止過往車輛、船只等對(duì)液氯輸送管道造成影響，液氯輸送管道在跨越公共道路、河流處時(shí)應(yīng)保證跨路、跨河處的管架凈空高度，公共道路管架凈空高度一般應(yīng)在6 m 左右，廠內(nèi)跨路處、跨河處管架凈空高度應(yīng)不低于5 m。
2.3 液氯輸送管道材料的選用
液氯屬于高度危害性介質(zhì)，其在常壓下沸點(diǎn)為-34.5 ℃，按照《壓力管道規(guī)范工業(yè)管道》GB/T 20801.1-2006 的壓力管道分級(jí)應(yīng)劃分為GC1管道。管道選材時(shí)應(yīng)考慮氯氣的腐蝕性能，因干氯氣對(duì)Ti 鋼有一定的腐蝕性，且成本高，一般不予采用。干燥的氯對(duì)碳鋼、錳鋼的腐蝕性小，成本較低，應(yīng)優(yōu)先選擇。因而設(shè)計(jì)時(shí)選用16MnDG 低溫用無縫鋼管來減少投資費(fèi)用。
閥門、法蘭、墊片等選材、選型不當(dāng)?shù)脑�，可能�?huì)導(dǎo)致液氯在輸送過程中發(fā)生泄漏。因此， 設(shè)計(jì)時(shí)法蘭密封面形式采用凹凸面;墊片應(yīng)選用高強(qiáng)度耐氯墊片，可采用無冷流PTFE 墊;閥門選用氯用專用閥。液氯輸送管道工作壓力為1.65MPa，設(shè)計(jì)上選取管道、管件、閥門的公稱壓力為PN40(bar)。
需要引起注意的是，管道、閥門、法蘭材質(zhì)應(yīng)滿足常溫下液氯氣化產(chǎn)生的低溫狀態(tài)和強(qiáng)度。
2.4 液氯輸送管道外套管設(shè)置
在化工園區(qū)、化工集聚區(qū)內(nèi)的化工企業(yè)眾多，可能涉及的腐蝕性介質(zhì)種類多、成分復(fù)雜，可能存在HCl、SO2、Cl2、H2S 等， 特別是HCl 對(duì)金屬材料的腐蝕性很強(qiáng)。液氯輸送管道長時(shí)間處于存在腐蝕的環(huán)境中，可能會(huì)引起管道表面嚴(yán)重腐蝕而引起泄漏。同時(shí)對(duì)于化工園區(qū)廠區(qū)間液氯輸送管道，一般需要跨越公共道路、河流及其他公共區(qū)域等復(fù)雜環(huán)境，特別是對(duì)于一些管徑較大、管道較長的液氯輸送管道，其管道內(nèi)所滯存的液氯量已經(jīng)構(gòu)成了重大危險(xiǎn)源，所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)全程加設(shè)外套管進(jìn)行保護(hù)，以防止因液氯管道泄漏而對(duì)過往車輛、船只、人員以及周邊環(huán)境造成危害。在外套管設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)設(shè)置壓力高限報(bào)警系統(tǒng)和泄漏氯的回收系統(tǒng)，回收氯應(yīng)送事故氯吸收處理單元進(jìn)行相應(yīng)處理。
液氯輸送管道外套管材料可選用成本較低的20# 碳鋼無縫鋼管，夾套管內(nèi)管應(yīng)采用定位板定位， 定位板安裝方位不應(yīng)影響內(nèi)管熱位移，相鄰定位板間距不應(yīng)大于4 m。套管外每間隔6 m也應(yīng)在管架上做支撐。在管道物料進(jìn)口出口附近、管道改變走向附近的套管上方下方，各預(yù)留一個(gè)口徑DN100 的檢查口，供壓力管道年檢時(shí)夾套管內(nèi)管檢查檢測用。
2.5 液氯輸送管道開停車及吹掃置換
為了氯堿工廠和用氯企業(yè)正常生產(chǎn)及應(yīng)急處置的需要，液氯輸送管道在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮設(shè)置遙控閥，并在遙控閥兩端分別設(shè)置抽真空系統(tǒng)和吹掃系統(tǒng)，以滿足開停車及檢維修的需要。
2.6 液氯輸送管道監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)置
在液氯輸送管道上設(shè)置流量計(jì)，用于氯堿工廠與用氯企業(yè)廠間的液氯計(jì)量。在液氯輸送主管道上設(shè)置壓力高限報(bào)警裝置及聯(lián)鎖控制儀表，用于避免液氯因溫度升高汽化產(chǎn)生超壓，而導(dǎo)致液氯輸送管道物理爆炸事故的發(fā)生。在液氯輸送主管道上設(shè)置手動(dòng)搖控切斷閥，用于當(dāng)液氯泄漏事故發(fā)生時(shí)能迅速地切斷液氯管道系統(tǒng)。
在液氯輸送管道的外套管上設(shè)置壓力高限報(bào)警裝置及就地壓力指示儀表，用于液氯管道泄漏的檢測報(bào)警。
在法蘭、閥門等固有泄漏點(diǎn)集中區(qū)域設(shè)置氯氣泄漏自動(dòng)檢測報(bào)警儀。
液氯輸送管道相關(guān)泄漏自動(dòng)檢測報(bào)警信號(hào)接入DCS 控制系統(tǒng)，以便于出現(xiàn)異常情況及報(bào)警時(shí)能夠及時(shí)進(jìn)行緊急處置。
3 液氯輸送管道的設(shè)計(jì)輔助方案
3.1 管道防雷
廠區(qū)間液氯輸送管道應(yīng)處于防雷保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)不在防雷保護(hù)范圍內(nèi)的液氯輸送管道設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)做好防雷接地， 以避免雷電對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。
3.2 管道防靜電
液氯輸送管道設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選取合適的管徑，保證液氯輸送管道設(shè)計(jì)流速控制在合理的安全流速范圍內(nèi)(通常不大于3 m/s)，以防止介質(zhì)在管道內(nèi)流動(dòng)而產(chǎn)生靜電。設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)液氯管道應(yīng)設(shè)置可靠的靜電接地，閥門、法蘭連接處也應(yīng)設(shè)置可靠的防靜電跨接。
3.3 管架設(shè)置
管架下沉將使管道失去支撐或支撐失去平衡，可能會(huì)導(dǎo)致管道破裂而發(fā)生泄漏。在液氯輸送管道管廊的管架基礎(chǔ)設(shè)計(jì)上要做好足夠的設(shè)計(jì)裕量，以防止管架發(fā)生沉降。
3.4 抗震設(shè)計(jì)和防風(fēng)設(shè)計(jì)
在抗震設(shè)防烈度6 度及以上的地區(qū)敷設(shè)時(shí)，液氯輸送管道必須進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。在高海拔或沿海地區(qū)，液氯輸送管道應(yīng)設(shè)置導(dǎo)向支架，進(jìn)行防風(fēng)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)時(shí)，管道防風(fēng)設(shè)計(jì)導(dǎo)向支架設(shè)置可與管道抗震設(shè)計(jì)導(dǎo)向支架設(shè)置統(tǒng)一考慮。
3.5 管道保冷
為防止沿程液氯管道溫度升高，液氯輸送管道外應(yīng)采用阻燃型的保冷材料進(jìn)行保冷設(shè)計(jì)，以達(dá)到節(jié)能和防止汽化的目的。
3.6 防腐
為防止周邊環(huán)境腐蝕性介質(zhì)對(duì)液氯輸送管道的腐蝕，對(duì)液氯輸送管道需要做好防腐設(shè)計(jì)。
3.7 施工
管道施工焊接過程中表面焊縫尺寸不符合要求，咬邊、焊瘤、表面氣孔、裂紋等表面缺陷，以及管道內(nèi)部焊接未焊透、燒穿、氣孔、裂紋、夾渣等都會(huì)嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量， 從而引起管道泄漏。液氯輸送管道的施工必須按照相關(guān)規(guī)范要求， 嚴(yán)格做好施工質(zhì)量把關(guān);并對(duì)焊縫進(jìn)行100%射線檢測。
4 結(jié)束語
綜上所述的廠區(qū)間液氯輸送管道的設(shè)計(jì)方案在浙江寧波、嘉興等化工園區(qū)實(shí)施后，經(jīng)過幾年的運(yùn)行結(jié)果證明是可行的， 也是安全可靠的。誠然，化工園區(qū)液氯輸送管道系統(tǒng)是一個(gè)牽涉面比較復(fù)雜的系統(tǒng)，在上述設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上還應(yīng)將相關(guān)的氯堿工廠液氯外送動(dòng)力單元、用氯企業(yè)液氯接受單元等方面作為一個(gè)整體進(jìn)行通盤設(shè)計(jì)，才能保證廠區(qū)間液氯輸送管道系統(tǒng)的更加安全可靠。
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