化工園區(qū)廠區(qū)間液氯輸送管道的設(shè)計研究論文
液氯作為氯堿工業(yè)特有的產(chǎn)品之一，是各種有機氯化工、無機氯化工、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)之間的運輸主要采用鋼瓶充裝和液氯槽車運輸?shù)男问健ｋS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，使得液氯運輸成本不斷提高，液氯在道路運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)劃和相對集中以縮短液氯的運輸距離情況下，也為廠區(qū)之間的液氯運輸方式從車輛道路的運輸方式向管道輸送的方式進行轉(zhuǎn)變提供了切實可行的條件。車輛道路運輸方式存在危險性高、流動性強、不確定性高等缺點，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、綜合成本低的運輸方式，具有廣闊的應(yīng)用價值和空間。
液氯輸送管道設(shè)計的好壞，對于能否有效地防止和減少氯氣事故，會直接影響到相關(guān)企業(yè)的安全生產(chǎn)，甚至?xí)䦟φ麄�化工園區(qū)的正常生產(chǎn)造成重大影響。這就對廠區(qū)間液氯輸送管道的設(shè)計提出了更高的`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-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。氯的水溶液是一種強酸，與堿激烈反應(yīng)，有腐蝕性。氯與許多有機化合物、氨、氫和金屬粉末激烈反應(yīng)，有著火和爆炸的危險。有水分存在時，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)化為氣相時體積擴大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，可能會導(dǎo)致物理爆炸事故。
在GB 12268-2012《危險貨物品表》第6 章的規(guī)定中，氯屬于第2 類2.3 項毒性氣體，次要危險性為第5 類5.1 項氧化性物質(zhì)及第8 類腐蝕性物質(zhì)。氯可能通過吸入吸收到體內(nèi)，對人的皮膚、粘膜、呼吸道等均會造成損傷，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)計技術(shù)方案
廠區(qū)間液氯輸送系統(tǒng)可以分為三個部分，第一部分為氯堿工廠界區(qū)內(nèi)的液氯外送動力單元，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。本文主要針對廠區(qū)間液氯輸送管道單元的設(shè)計進行闡述。
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)計在相對安全的區(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 的壓力管道分級應(yīng)劃分為GC1管道。管道選材時應(yīng)考慮氯氣的腐蝕性能，因干氯氣對Ti 鋼有一定的腐蝕性，且成本高，一般不予采用。干燥的氯對碳鋼、錳鋼的腐蝕性小，成本較低，應(yīng)優(yōu)先選擇。因而設(shè)計時選用16MnDG 低溫用無縫鋼管來減少投資費用。
閥門、法蘭、墊片等選材、選型不當(dāng)?shù)脑挘赡軙䦟?dǎo)致液氯在輸送過程中發(fā)生泄漏。因此， 設(shè)計時法蘭密封面形式采用凹凸面;墊片應(yīng)選用高強度耐氯墊片，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 對金屬材料的腐蝕性很強。液氯輸送管道長時間處于存在腐蝕的環(huán)境中，可能會引起管道表面嚴重腐蝕而引起泄漏。同時對于化工園區(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)成了重大危險源，所以在設(shè)計時應(yīng)全程加設(shè)外套管進行保護，以防止因液氯管道泄漏而對過往車輛、船只、人員以及周邊環(huán)境造成危害。在外套管設(shè)計時，還應(yīng)設(shè)置壓力高限報警系統(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)留一個口徑DN100 的檢查口，供壓力管道年檢時夾套管內(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)計時應(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)測報警系統(tǒng)的設(shè)置
在液氯輸送管道上設(shè)置流量計，用于氯堿工廠與用氯企業(yè)廠間的液氯計量。在液氯輸送主管道上設(shè)置壓力高限報警裝置及聯(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)置手動搖控切斷閥，用于當(dāng)液氯泄漏事故發(fā)生時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)置壓力高限報警裝置及就地壓力指示儀表，用于液氯管道泄漏的檢測報警。
在法蘭、閥門等固有泄漏點集中區(qū)域設(shè)置氯氣泄漏自動檢測報警儀。
液氯輸送管道相關(guān)泄漏自動檢測報警信號接入DCS 控制系統(tǒng)，以便于出現(xiàn)異常情況及報警時能夠及時進行緊急處置。
3 液氯輸送管道的設(shè)計輔助方案
3.1 管道防雷
廠區(qū)間液氯輸送管道應(yīng)處于防雷保護范圍內(nèi)，對不在防雷保護范圍內(nèi)的液氯輸送管道設(shè)計時應(yīng)做好防雷接地， 以避免雷電對系統(tǒng)產(chǎn)生影響。
3.2 管道防靜電
液氯輸送管道設(shè)計時應(yīng)選取合適的管徑，保證液氯輸送管道設(shè)計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)流動而產(chǎn)生靜電。設(shè)計時對液氯管道應(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)計上要做好足夠的設(shè)計裕量，以防止管架發(fā)生沉降。
3.4 抗震設(shè)計和防風(fēng)設(shè)計
在抗震設(shè)防烈度6 度及以上的地區(qū)敷設(shè)時，液氯輸送管道必須進行抗震設(shè)計。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，進行防風(fēng)設(shè)計。設(shè)計時，管道防風(fēng)設(shè)計導(dǎo)向支架設(shè)置可與管道抗震設(shè)計導(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行保冷設(shè)計，以達到節(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)對液氯輸送管道的腐蝕，對液氯輸送管道需要做好防腐設(shè)計。
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、夾渣等都會嚴重影響焊接質(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， 嚴格做好施工質(zhì)量把關(guān);并對焊縫進行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)計方案在浙江寧波、嘉興等化工園區(qū)實施后，經(jīng)過幾年的運行結(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)是一個牽涉面比較復(fù)雜的系統(tǒng)，在上述設(shè)計的基礎(chǔ)上還應(yīng)將相關(guān)的氯堿工廠液氯外送動力單元、用氯企業(yè)液氯接受單元等方面作為一個整體進行通盤設(shè)計，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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