化工園區廠區間液氯輸送管道的設計研究論文
化工園區廠區間液氯輸送管道的設計研究論文
液氯作為氯鹼工業特有的產品之一，是各種有機氯化工、無機氯化工、醫藥(農藥、染料)中間體合成及造紙等行業的重要原料。長期以來，液氯在氯鹼工廠和用氯企業之間的運輸主要採用鋼瓶充裝和液氯槽車運輸的形式。隨著化工行業的不斷髮展壯大，液氯的產銷量日益增加，液氯道路運輸的頻次不斷增加， 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洩漏事故也屢見不鮮， 給安全生產帶來了嚴重的威脅。
隨著全國各地化工園區、化工集聚區的不斷湧現和發展，在各化工園區、化工集聚區建立初期，做好氯鹼工廠和用氯企業的合理規劃和相對集中以縮短液氯的運輸距離情況下，也為廠區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，而廠區間液氯管道長距離輸送是一種安全保障性高、連續性強、綜合成本低的運輸方式，具有廣闊的應用價值和空間。
液氯輸送管道設計的好壞，對於能否有效地防止和減少氯氣事故，會直接影響到相關企業的安全生產，甚至會對整個化工園區的正常生產造成重大影響。這就對廠區間液氯輸送管道的設計提出了更高的`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、碳等以外， 幾乎能與各種元素反應， 並能放出巨大能量。氯中如混入其他物質( 如氫、甲醇、環氧乙烷、硝基物等) ，存在發生火災爆炸的危險。氯的水溶液是一種強酸，與鹼激烈反應，有腐蝕性。氯與許多有機化合物、氨、氫和金屬粉末激烈反應，有著火和爆炸的危險。有水分存在時，浸蝕許多金屬，浸蝕塑膠、橡膠和塗料。
液氯是一種低溫、高壓液化氣體，其液相轉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保溫不良或管道缺陷等原因，可能會導致物理爆炸事故。
在GB 12268-2012《危險貨物品表》第6 章的規定中，氯屬於第2 類2.3 項毒性氣體，次要危險性為第5 類5.1 項氧化性物質及第8 類腐蝕性物質。氯可能透過吸入吸收到體內，對人的皮膚、粘膜、呼吸道等均會造成損傷，一旦發生洩漏，則可能引發人員中毒和環境汙染事故。
2 液氯輸送管道的設計技術方案
廠區間液氯輸送系統可以分為三個部分，第一部分為氯鹼工廠界區內的液氯外送動力單元，第二部分為氯鹼工廠和用氯企業廠區之間的液氯輸送管道單元，第三部分為用氯企業界區內的液氯接受單元。本文主要針對廠區間液氯輸送管道單元的設計進行闡述。
2.1 液氯輸送管道的系統圖
液氯輸送管道的系統圖主要由液氯輸送管道系統、管道開停車系統、管道吹掃置換系統、管道監測報警系統等組成。
2.2 液氯輸送管道佈置
氯鹼工廠和用氯企業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境條件比較複雜，如需要穿越道路、河道等，液氯輸送管道的佈置應設計在相對安全的區域，不能穿越易燃易爆場所，並且要保證佈置在防火防爆區域範圍以外，以防止火災爆炸事故對液氯輸送管道產生重大影響。
為了防止過往車輛、船隻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、河流處時應保證跨路、跨河處的管架淨空高度，公共道路管架淨空高度一般應在6 m 左右，廠內跨路處、跨河處管架淨空高度應不低於5 m。
2.3 液氯輸送管道材料的選用
液氯屬於高度危害性介質，其在常壓下沸點為-34.5 ℃，按照《壓力管道規範工業管道》GB/T 20801.1-2006 的壓力管道分級應劃分為GC1管道。管道選材時應考慮氯氣的腐蝕效能，因幹氯氣對Ti 鋼有一定的腐蝕性，且成本高，一般不予採用。乾燥的氯對碳鋼、錳鋼的腐蝕性小，成本較低，應優先選擇。因而設計時選用16MnDG 低溫用無縫鋼管來減少投資費用。
閥門、法蘭、墊片等選材、選型不當的話，可能會導致液氯在輸送過程中發生洩漏。因此， 設計時法蘭密封面形式採用凹凸面;墊片應選用高強度耐氯墊片，可採用無冷流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、法蘭材質應滿足常溫下液氯氣化產生的低溫狀態和強度。
2.4 液氯輸送管道外套管設定
在化工園區、化工集聚區內的化工企業眾多，可能涉及的腐蝕性介質種類多、成分複雜，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於存在腐蝕的環境中，可能會引起管道表面嚴重腐蝕而引起洩漏。同時對於化工園區廠區間液氯輸送管道，一般需要跨越公共道路、河流及其他公共區域等複雜環境，特別是對於一些管徑較大、管道較長的液氯輸送管道，其管道內所滯存的液氯量已經構成了重大危險源，所以在設計時應全程加設外套管進行保護，以防止因液氯管道洩漏而對過往車輛、船隻、人員以及周邊環境造成危害。在外套管設計時，還應設定壓力高限報警系統和洩漏氯的回收系統，回收氯應送事故氯吸收處理單元進行相應處理。
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，夾套管內管應採用定位板定位， 定位板安裝方位不應影響內管熱位移，相鄰定位板間距不應大於4 m。套管外每間隔6 m也應在管架上做支撐。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，各預留一個口徑DN100 的檢查口，供壓力管道年檢時夾套管內管檢查檢測用。
2.5 液氯輸送管道開停車及吹掃置換
為了氯鹼工廠和用氯企業正常生產及應急處置的需要，液氯輸送管道在設計時應考慮設定遙控閥，並在遙控閥兩端分別設定抽真空系統和吹掃系統，以滿足開停車及檢維修的需要。
2.6 液氯輸送管道監測報警系統的設定
在液氯輸送管道上設定流量計，用於氯鹼工廠與用氯企業廠間的液氯計量。在液氯輸送主管道上設定壓力高限報警裝置及聯鎖控制儀表，用於避免液氯因溫度升高汽化產生超壓，而導致液氯輸送管道物理爆炸事故的發生。在液氯輸送主管道上設定手動搖控切斷閥，用於當液氯洩漏事故發生時能迅速地切斷液氯管道系統。
在液氯輸送管道的外套管上設定壓力高限報警裝置及就地壓力指示儀表，用於液氯管道洩漏的檢測報警。
在法蘭、閥門等固有洩漏點集中區域設定氯氣洩漏自動檢測報警儀。
液氯輸送管道相關洩漏自動檢測報警訊號接入DCS 控制系統，以便於出現異常情況及報警時能夠及時進行緊急處置。
3 液氯輸送管道的設計輔助方案
3.1 管道防雷
廠區間液氯輸送管道應處於防雷保護範圍內，對不在防雷保護範圍內的液氯輸送管道設計時應做好防雷接地， 以避免雷電對系統產生影響。
3.2 管道防靜電
液氯輸送管道設計時應選取合適的管徑，保證液氯輸送管道設計流速控制在合理的安全流速範圍內(通常不大於3 m/s)，以防止介質在管道內流動而產生靜電。設計時對液氯管道應設定可靠的靜電接地，閥門、法蘭連線處也應設定可靠的防靜電跨接。
3.3 管架設定
管架下沉將使管道失去支撐或支撐失去平衡，可能會導致管道破裂而發生洩漏。在液氯輸送管道管廊的管架基礎設計上要做好足夠的設計裕量，以防止管架發生沉降。
3.4 抗震設計和防風設計
在抗震設防烈度6 度及以上的地區敷設時，液氯輸送管道必須進行抗震設計。在高海拔或沿海地區，液氯輸送管道應設定導向支架，進行防風設計。設計時，管道防風設計導向支架設定可與管道抗震設計導向支架設定統一考慮。
3.5 管道保冷
為防止沿程液氯管道溫度升高，液氯輸送管道外應採用阻燃型的保冷材料進行保冷設計，以達到節能和防止汽化的目的。
3.6 防腐
為防止周邊環境腐蝕性介質對液氯輸送管道的腐蝕，對液氯輸送管道需要做好防腐設計。
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，以及管道內部焊接未焊透、燒穿、氣孔、裂紋、夾渣等都會嚴重影響焊接質量， 從而引起管道洩漏。液氯輸送管道的施工必須按照相關規範要求， 嚴格做好施工質量把關;並對焊縫進行100%射線檢測。
4 結束語
綜上所述的廠區間液氯輸送管道的設計方案在浙江寧波、嘉興等化工園區實施後，經過幾年的執行結果證明是可行的， 也是安全可靠的。誠然，化工園區液氯輸送管道系統是一個牽涉面比較複雜的系統，在上述設計的基礎上還應將相關的氯鹼工廠液氯外送動力單元、用氯企業液氯接受單元等方面作為一個整體進行通盤設計，才能保證廠區間液氯輸送管道系統的更加安全可靠。