化工储罐基础知识全套

化工储罐基础知识全套工业储罐一般为钢制储罐，根据储存介质特性及储存温度、压力等参数选择碳钢、低温钢、不锈钢等材料，其他材质如玻璃钢、塑料等由于防火、抗压等因素，不予考虑。储罐按结构形式分为：球罐、卧罐、拱顶罐、外浮顶罐及内浮顶罐。1储罐1.1球罐球罐为大容量、承压的球形储存容器，广泛应用于石油、化工、冶金等流程工业，常用于作为液化石油气、液化天然气、液氧、液氨、液氮及其他介质的储存容器。也可作为压缩气体（空气、氧气、氮气、城市煤气等）的储罐。球罐用于常温、低温或深冷储存。一般用于储存温度下饱和蒸汽压大于大气压的物料。常温球罐，如液化石油气、氮、煤气、氧等球罐。此类球罐的压力较高，取决于液化气的饱和蒸汽压或压缩机的出口压力。常温球罐的设计温度大于-20℃。低温球罐，这类球罐的设计温度低于或等于-20℃，一般不低于-100℃。深冷球罐，设计温度-100℃以下往往在介质液化点以下储存，压力不高，有时为常压。由于对保冷要求较高，常采用双层球壳。1.2卧罐卧罐容积较小（一般都小于100m3），占地面积大。主要用于酸碱等化学品的储存，在生产装置内也常用于小容量的其他介质（储存温度下饱和蒸汽压大于或等于大气压的物料）的储存。卧罐筒体轴向与地面平行，常用鞍式支座，一般为带压力储存，可承受较高的正压和负压，属压力容器。1.3拱顶罐拱顶储罐是指罐顶为球冠状、罐体为圆柱形的一种钢制容器。拱顶储罐制造简单、造价低廉，所以在国内外许多行业应用广泛，最常用的容积为1000~10000m3，国内拱顶储罐的最大容积已经达到30000m3。拱顶罐一般为低压力储罐或常压储罐，广泛应用于流体工业，常用于乙B和丙类液体，也可用于有特殊储存需求的甲B和乙A类液体储存，国外也有用于大型LNG深冷储存。大型酸碱储罐有时也可选用拱顶罐。根据GB50160对液化烃、可燃液体的火灾危险性分类如下：饱和蒸汽压是指在一定温度下的密闭容器中，当达到气液两相平衡时气液分界面上的蒸汽压，它随温度而变化。对于液化石油气和液化天然气之类，都不是纯净物，而是一种混合物，此时的饱和蒸汽压与混合比例有关，可根据道尔顿定律和拉乌尔定律进行计算。1.4浮顶罐浮顶储罐是由漂浮在介质表面上的浮顶和立式圆柱形罐壁所构成。浮顶随罐内介质储量的增加或减少而升降，浮顶外缘与罐壁之间有环形密封装置，罐内介质始终被内浮顶直接覆盖，减少介质挥发。浮顶罐常用于储存温度下饱和蒸汽压低于大气压的甲B和乙A类液体储存。浮顶罐分为内浮顶罐及外浮顶罐。外浮顶罐，通常用于存储诸如原油、汽油或煤油等有挥发性的石油产品储罐的敞口的圆柱形钢制储罐内，相对于无浮顶的拱顶罐来说没有蒸发的空间。不仅减少产品蒸发损失，同时减少了环境污染，降低了易燃介质与空气混合形成爆炸气体的危险性。储罐壳体与外浮顶浮盘之间存在100～500mm的间隙以保证运行过程中不会卡盘。使用边缘密封系统以减少边缘蒸发，在浮顶上有中央排水系统以保证雨雪天积水可以顺利排出，避免沉盘事故。内浮顶储罐是带罐顶的浮顶罐，也是拱顶罐和浮顶罐相结合的储罐，外部为拱顶，内部为浮顶。内浮顶储罐具有独特优点：一是与浮顶罐比较，因为有固定顶，能有效地防止风、砂、雨雪或灰尘的侵入，保证储液的质量。同时，内浮盘漂浮在液面上，使液体无蒸汽空间，减少蒸发损失85%～96%；减少空气污染，减少火灾、爆炸危险，即使发生火灾一般也不会造成大面积燃烧，易于保证储液质量，特别适合于储存高级汽油和喷气燃料及有毒的石油化工产品；由于液面上没有气体空间，故减少罐壁罐顶的腐蚀，从而延长储罐的使用寿命，二是在密封相同情况下，与浮顶相比可以进一步降低蒸发损耗。内浮顶储罐与拱顶罐相比，钢板耗量比较多，施工要求高；维修不便（密封结构），储罐不易大型化，目前一般不超过10000m3。1.5罐区的分类流体工业中一般按用途或压力等级将相应的储罐集中布置，称为罐区。按介质和压力等级一般分为常压罐区、球罐区、酸碱罐区及深冷罐区。按用途通常分为原料罐区、中间罐区及成（产）品罐区。在各罐区内再根据储罐类型，介质物性及压力等级、防爆、防火要求等进一步分成不同的罐组。2罐区设计采用标准规范罐区设计经常采用的国内标准如下：SH/T3007《石油化工储运系统罐区设计规范》SH/T3014-2012《石油化工储运系统泵区设计规范》SH3136-2003《石油化工液化烃球形储罐设计规范》GB/T20368-2012《液化天然气（LNG）生产、储存和装运》GB50160-2008(2018版)《石油化工企业设计防火规范》GB/T50493-2019《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计标准》3罐区及储运的安全运行流程工业用储罐通常都是易燃、易爆、有毒介质，因此罐区的安全生产永远是第一位的，防火、防爆、防溢、防抽空等均需要有相应的措施。对可燃介质、有毒介质应按规范要求设置检测器并将报警信号引入有人值守的现场控制室或消防值班室。现场检测器的设置应考虑介质特性、环境条件、风向等因素，同时应考虑检测器本身的限制。除按防火规范进行罐区布局外，应考虑仪表本身的防火要求，通常采用阻燃电缆、金属槽板敷设或埋地敷设，电缆应从围堰顶部引至围堰外，或采取有效的防火封堵措施。为避免一旦火灾发生后的事故扩大，应在可燃介质储罐的进出口设置紧急切断阀门，并应保证电源故障或气源故障时阀门处于安全位置，并在围堰的出入口处设置紧急关断按钮，该按钮一般以罐组为单位进行设置，即，一旦发生火灾将切断该围堰内的所有进出储罐的阀门，当采用气动阀门时，应采用PVC或尼龙管缠绕阀体。紧急切断阀门必须具有防火结构。通过设置合适的仪表实现储罐的防溢、防抽空，并应考虑仪表失效或误动作带来的后果，根据罐区操作的连续性、危险性，通过二取一、二取二、或三取二等措施来解决。罐区仪表还应根据规范采取合适的防静电、防雷措施。可燃液体储罐的液位、温度、压力等测量仪器仪表，应采用铠装电缆或穿线钢管配线，电缆外皮或配线钢管与罐体应做电气连接。现场安装的仪表应满足环境要求，现场安装的电子式仪表应至少满足IEC60529和GB4208标准规定的IP65的防护等级：非电子式的现场仪表应至少满足IP55的防护等级。所有现场安装的电子式仪表应根据危险区域的等级划分，选用符合IEC60079标准或GB3836标准，具有国家防爆合格证的产品。值得注意的是环境的低温可能增加爆炸力，在GB3836中规定的隔爆认证适用温度为-20℃以上，因此当环境温度低于-20℃时应有相应措施或采用其他防爆形式。4罐区及储运的常用仪表储罐是流体工业普遍需要使用的储存设备，主要测量其液位、温度、密度和压力（带压储罐）等参数，据以计算出储液的体积及质量储量，以及进出口阀门的控制，进出流量必要的计量。低温储罐的制冷不在此讨论。储罐一般分为中间罐和贸易罐（原料、成品）两大类。中间储罐仅对液位、温度和压力（带压储罐）等参数进行监测，以防止油罐发生冒顶、抽真空等事故，不需要交接计量；贸易用罐内介质的液位、温度、密度、体积、质量则必须监测和计量，且精度要求很高。不同的体积和种类的油罐，所采用液位计的性能特点也不一样，因此，应根据用户的需要及投资条件，合理选用液位计，以便达到最合理的性能价格比。除计量用仪表，其他仪表的稳定性、可靠性的需求要高于精度的需求。在仪表选型时应根据环境条件（温度、湿度、海拔、海洋气候、风沙等）储罐形式、罐区检修及操作周期，结合全生命周期成本，选择合适的仪表。4.1液位仪表中国罐区计量一般以重量计算，在正常生产中却需要监视液位，本文着重讨论液位计的选用，并根据储罐形式计算体积量，必要时可采用密度补偿计算其储存质量。常用的储罐液位仪表主要有雷达液位变送器、伺服液位计、钢带浮子液位计、磁致伸缩液位计、射频导纳液位计、外贴式超声波液位计、差压式液位变送器、浮筒液位变送器、磁浮子液位计、玻璃板液位计、浮标液位计等。储罐液位仪表的精度取决于其用途，作为监视、报警、联锁精度一般选择±5mm，就地仪表精度为±10mm，作为贸易计量则精度应为±1mm。4.1.1雷达液位计雷达液位仪表是一种不与液体接触、无机械传动部件的仪表，工作可靠，特别适用于高黏度、腐蚀性强的介质，个别产品可用于高温，最大优点是液位测量精度高，一般5mm，高精度可达1mm，特殊的可达0.1mm，一般用于大型储罐，高温、高黏、高腐蚀性介质，响应速度快。当储罐内有遮挡物及搅拌器时也可应用。选用雷达液位计时，应考虑如下参数、储罐类型、介质及物性（介电常数、挥发、沸腾、蒸汽、粉尘、黏附等），操作参数（温度、压力等），测量范围等。4.1.2伺服液位计伺服式液位计被广泛用于储罐液位的高精度测量，是一种多功能仪表，既可以测量液位也可以测量界面、密度和罐底。该液位计基于浮力平衡的原理，用一台伺服电机驱动体积较小的浮子，使浮子随液位或界面变化，能够精确测量出液位等参数。伺服液位计适用于各类储罐液位检测、控制，其精度可达0.7mm，通过平均温度计的连接，在计算物料体积时可做温度补偿。伺服液位计可靠性高，故障率比较低。伺服液位计其与计算机联网，具有很强的数据处理能力，经运算处理可以给出油罐计量所需要的各种参数，如液位、界位、体积、密度、质量等。安装分为有导管和无导管两种，需要注意的是，对于浮顶罐、有压罐及带有搅拌器或有严重旋流的储罐都应采用导管安装，导管尺寸通常选用150mm或200mm。4.1.3外贴式超声波液位计储罐外贴式超声波液位计由主机、探头、金属结构件3部分组成，它主要是用于对铁路罐车、汽车罐车及各类储罐的液位测量。外贴式超声波液位计原理是采用了超声波在罐外穿透罐壁及液体的方法，通过接收液体表面回波信号，测出液面高度。外贴式超声波液位计最大特点是，无需设备开孔，不受介质本身的限制，常用于液位的高低限的补充测量。外贴超声波液位计只有四线制，可选信号类型有4~20mADC、干接点。使用中应避免电磁干扰、超声干扰及振动场合。4.1.4钢带浮子液位计钢带浮子液位计，结构较简单，观测比较直观、价格较低，精度可达2mm，适用范围广，拱顶罐及内浮顶罐均可使用，但其传动部件多，维护量大，对安装要求高，当介质黏度较大时，可能会黏附于导向钢丝上，不宜使用。一般分为恒力盘簧式和重锤式，测量范围可达30m。由于外浮顶罐的钢带易受风力影响，导致指示不稳定并且容易破坏衡力盘簧，因此应避免使用。钢带浮子液位计分为远传型和就地指示型，远传型液位计只有四线制，可选信号类型有4~20mADC、干接点。4.1.5浮标液位计浮标液位计原理与钢带浮子液位计一样，显示部分采用标尺，其精度较低，不能远传，但价格较低。4.1.6磁致伸缩液位计磁致伸缩液位计是一种非接触式的液位计，精度较高，可以安装在油罐的顶部或侧面，其工作原理是利用磁场脉冲波，测量时液位计的头部发出电流“询问脉冲”，此脉冲同时产生磁场，沿波导管内的感应线向下运行，在液位计管外配有浮子，浮子可随液位沿侧杆上下移动，浮子内设有一组永久磁铁，其磁场与脉冲产生的磁场相遇则产生一个新的变化磁场，随之产生新的电磁“返回脉冲”，测定“询问脉冲”和“返回脉冲”的周期便可知道液位的变化。因此，磁致式液位计是以浮子为测量元件通过磁耦合的变化传递到指示器，使指示器能够清晰地指示出液位的高度，液位计配备有液位报警器和液位变送器。报警器可实现液位的上下限控制及极限报警，液位变送器可以将液位的变化转换成一定强度的电流信号。磁致伸缩液位计，维护量小，安装比较简单，精度也比较高，但不适合重质（黏度大）易黏附介质的测量。4.1.7电容液位计与射频导纳液位计电容液位计是利用电容量的变化，来测量容器内介质物位的测量仪表。在容器内，由电极和导电材料制造的容器壁构成了一个电容。对于一个给定的电极，被测介质的介电常数不变时，给电极加一个固定频率的测量电压，则流过电容的电流取决于电容电极间介质的高度，并与之成比例。因此电容物位计是基于电容量的改变，来进行物位测量的。用电容物位计测量物位的一个基本要求是：被测介质的相对介电常数（被测介质与空气的介电常数之比）在测量过程中应稳定。当操作条件变化对介电常数干扰较大时，不宜用电容液位计。由于电容电极使用中容易挂料，产生附加电容和电阻会对电容液位计产生直接的影响，因此诞生了射频导纳液位计，通过增加缓冲放大器及交流驱动等补偿技术克服挂料所引起的测量误差。4.1.8差压式液位变送器差压式液位测量主要采用差压变送器实现，可根据具体使用条件选择吹气法、普通差压变送器、单法兰差压变送器，双法兰差压变送器，插入式法兰差压变送器。吹气法适用于常压容器中黏稠或腐蚀介质的液位测量，方法简单，但测量范围小，精度较低。普通差压变送器，适用于不易发生相变，洁净介质的液位测量，必要时应采取保温、伴热等措施。单法兰差压变送器适用于气相不易相变的常压或低压容器，当气相压力变化时，应将气相压力引入变送器负压侧。当被测介质含有悬浮物、泡沫、易相变或洁净等工况时，宜采用双法兰差压变送器，当测量范围较大时，会产生较大的滞后。插入式法兰适用于易析出、易结晶等场合。此外，还有一种新型的电子远传差压变送器，其原理是两个压力传感器通过电连接，实现差压测量，适用于量程较大的场合，以避免双法兰变送器毛细管受温度影响产生的误差及过长引起的滞后。静压式储罐测量系统（HTG），用静压原理测量液位并带密度补偿、温度补偿，精度取决于变送器精度，综合精度可达0.01%，一般在储罐下部配置两台压力变送器，高度差2~3m（两变送器间必须为液体），当储罐为带压时，应在顶部再装一台压力变送器，由于其综合精度低于雷达及伺服液位计且设备上开口较多，除要求质量测量外，现在采用较少。4.1.9浮筒液位变送器浮筒液位变送器常用于小量程洁净介质的液位/界面的测量，分为内浮筒及外浮筒液位变送器，测量原理分为扭力管式和力平衡式，一般连接尺寸为2”（外浮筒）或4”（内浮筒），采用两线制供电，可选信号类型有4～20mADC、HART、FoundationFieldBus、ProfibusPA，干接点输出。4.1.10超声波液位计超声波液位计采用声波反射测量液位，易受气雾、温度等干扰，一般用于敞口的水池等的液位测量，罐区液位测量中一般不采用。4.1.11音叉液位开关音叉液位开关常用于储罐的高液位报警或联锁。音叉液位开关，音叉探头有固定的频率振动，当传感器探头接触到液体时，音叉振动频率产生变化，电子检测器将这一变化转化成接点信号输出，工作温度-40℃～150℃，工作压力6.4MPa，一般连接尺寸为1”或2”，四线制供电，干接点输出。易黏附或含较大尺寸固体颗粒时不宜采用。4.1.12浮球液位开关浮球液位开关，由浮球、磁钢、外壳和触点等组成，浮球随液位变化从而带动连杆端部的磁钢，外部安装的磁钢经耦合后反向动作，带动微动开关，使触点闭合或断开。操作压力可达6.4MPa，工作温度-40℃~150℃。无需外部供电。浮球液位开关用于储罐的高低液位报警或联锁，不需要外接电源，一般连接尺寸为1”或4”，干接点输出。4.1.13现场指示液位计就地观测的仪表主要有磁浮子液位计、玻璃板液位计或彩色石英玻璃液位计，示值直观，价格便宜，但精度不高，一般在10mm。某些磁浮子液位计配上各种变送装置，将液位转换为标准电信号送至控制室显示，精度低、可靠性差，一般仅用于投资有限的小规模罐组。根据行业不同，大型球罐或立罐逐渐采用其它液位仪表的现场显示功能取代玻璃板等现场液位计。4.2压力仪表储罐的压力测量比较简单，一般球罐或带压拱顶罐需要压力报警或联锁，微正压拱顶罐或内浮顶罐一般仅氮封时，需要压力测量，压力测量选用压力变送器。4.3温度仪表储罐一般以常温或低温储存，因此常用RTD进行检测，必要时现场采用双金属温度计就地显示，非计量用储罐采用单点温度计，需要进行计量的原料或成品应采用平均温度计，根据储罐高度一般以6～10点为宜。由于储罐温度变化较缓慢，可以采用多点温度变送器，以降低费用，但低温储罐应采用单点温度变送器。温度变送器应能克服现场的温度变化带来的温飘，否则应将RTD信号直接引入控制系统。4.4流量仪表除非需要计量，罐区一般不需要流量仪表，常用的罐区流量仪表为质量流量计、容积式流量计。公用工程的计量一般可采用涡街流量计或差压节流装置，必要时采取温度、压力补偿。4.5阀门储罐的氮封一般选用调节阀，并采用分程控制，为减少扰动及排放，分程应设置足够大的死区（输出信号40%～60%设为死区）。当要求不高时，也可选用自力式调节阀，其调节精度较低。储存可燃介质的储罐进出口应设置紧急切断阀，用于事故或火灾时的紧急切断，通常选用气动阀门（根据口径选用球阀、蝶阀或闸阀），带防火认证，并采用非金属软管缠绕阀体及执行机构，以保证火灾发生时的有效切断，紧急切断按钮一般设在罐组围堰的入口处。当采用电动执行机构时，电缆及执行机构必须满足持续工作时间15min的防火要求。根据需要可采用双电磁阀配置，通过并联或串联提高储罐的安全性或可用性。倒罐或生产用开关阀一般需要故障保位，根据管线尺寸可选择电动执行机构、配储气罐的双作用气缸或带气锁阀的单作用气缸。风沙较大或环境较恶劣的应用环境应采取必要措施，防止大气直接进入气缸，以免造成气缸活塞的损坏。电动执行机构，一般选择380VAC电源由电气专业直接提供，应区分电动执行机构的信号类型（连续式、脉冲式），根据介质的不同，必要时采用多段式开关阀。液氨中含有微量的触媒催化剂，在液氨的输送过程中这些黑色粉末状物质极易在管道和阀道内沉积，若是闸板阀将会导致阀门无法关严而失效。所以最好选用截止阀或球阀，而且球阀的效果优于截止阀。用于低温或深冷介质的阀门，必须考虑阀门关闭时的泄压措施。4.6气体检测对于储存可燃介质或有毒介质的罐区应设置可燃气体/有毒气体检测仪，可燃气体检测仪一般选用催化燃烧式，有毒气体一般选用电化学式。有毒气体/可燃介质报警器，一般直接接入DCS系统，采用独立的点卡或卡笼，也可根据需要接入火灾报警系统，组成火灾气体报警系统。5储罐仪表的设置5.1一般原则流程工业储罐内介质一般为可燃危险品，且仪表的设置又与介质特性有关，常压和低压储罐应设置液位计、温度计和高液位报警器，大于或等于10000m3的储罐应设高高液位报警并与进料管道控制阀联锁，低压储罐还应设置压力表。高液位报警值的设定应为储罐的设计储存液位，高高位报警值设定：10~15min储罐最大进料量折算高度及0.3m的安全裕度。低液位报警应满足10~15min不会抽空。球罐和卧罐上的温度计的安装位置，应保证在最低液位时能测量液相的温度并便于观察和维修。仪表测量应采用连续量，以便增加仪表的自诊断功能，从而保证罐区的安全性。5.2球罐常温的气体储罐（如压缩空气）一般需设置压力、温度测量，必要时在底部设置液位测量用于脱水。液化烃球形罐必须设置安全阀、液位计、压力计及温度计等安全附件。液化烃球罐本体应设置就地和远传温度计，并应保证在最低液位时能测量液相的温度而且便于观测和维护。本体上应设置就地和远传压力表，并单独设压力高限报警。压力表与球罐之间不得连接其他用途的任何配件或接管。应保证在最高液位时能测量气相压力。球罐应设就地和远传液位计，不应选用玻璃板液位计，所采用的液位计应安全、可靠，并尽可能减少在液化烃球罐上的开孔数量。球罐应设高液位报警和高高液位联锁。必要时设低液位报警器。对于间歇操作下槽车装卸的液化石油气球罐，应设置高高液位自动联锁紧急切断进料装置，对于单组分液化烃或炼化生产装置连续操作的球罐，其联锁要求应根据上下游工艺生产流程的要求确定。液化石油气上的阀门主体材质宜为碳素钢，并具有与罐体材质一样的耐低温及抗H2S腐蚀的性能。切断阀宜选用截止阀，当选用闸阀和球阀时，应带有阀腔泄压机构。阀门的设计压力不应小于2.5MPa。液化石油气球罐进出口应设紧急切断阀，位置宜靠近球罐。液化烃球罐液位计设置，通常采用三取二联锁，可以采用3套雷达液位计用于联锁，一套伺服液位计用于液位控制或计量。也可以根据SIL要求，选用两套雷达液位计及一套伺服液位计用于联锁，伺服液位计同时用于控制或计量；有时为减少开孔等原因也有采用一套外贴液位仪表替代其中一套雷达液位计。5.3卧罐卧罐常用液位计为：浮筒液位计、磁致伸缩液位计、射频导纳液位计、液位开关、现场液位计等。卧罐常用的有液位控制、液位联锁、压力联锁，有时需要设置温度报警。5.4拱顶罐拱顶罐的液位测量一般选用雷达液位计、伺服液位计、磁致伸缩液位计、射频导纳液位计等。拱顶罐常用的有液位控制、压力控制、液位联锁，此外需要设置温度报警。拱顶罐一般需要氮气密封，一般采用压力的分程控制。5.5浮顶罐浮顶罐的液位测量一般选用雷达液位计、伺服液位计、磁致伸缩液位计、射频导纳液位计等，这些液位计需配置稳波管，也可以采用钢带浮子液位计。浮顶罐常用的有液位控制、液位联锁，此外需要设置温度报警。内浮顶罐有时需要氮气密封，