化工园区厂区间液氯输送管道的设计研究论文

　　液氯作为氯碱工业特有的产品之一，是各种有机氯化工、无机氯化工、医药(农药、染料)中间体合成及造纸等行业的重要原料。长期以来，液氯在氯碱工厂和用氯企业之间的运输主要采用钢瓶充装和液氯槽车运输的形式。随着化工行业的不断发展壮大，液氯的产销量日益增加，液氯道路运输的频次不断增加， 液氯充装、卸料操作更加频繁，使得液氯运输成本不断提高，液氯在道路运输过程中的氯气泄漏事故也屡见不鲜， 给安全生产带来了严重的威胁。
　　随着全国各地化工园区、化工集聚区的不断涌现和发展，在各化工园区、化工集聚区建立初期，做好氯碱工厂和用氯企业的合理规划和相对集中以缩短液氯的运输距离情况下，也为厂区之间的液氯运输方式从车辆道路的运输方式向管道输送的方式进行转变提供了切实可行的条件。车辆道路运输方式存在危险性高、流动性强、不确定性高等缺点，而厂区间液氯管道长距离输送是一种安全保障性高、连续性强、综合成本低的运输方式，具有广阔的应用价值和空间。
　　液氯输送管道设计的好坏，对于能否有效地防止和减少氯气事故，会直接影响到相关企业的安全生产，甚至会对整个化工园区的正常生产造成重大影响。这就对厂区间液氯输送管道的设计提出了更高的要求。
　　1 液氯的特性及危害
　　氯是黄绿色、有刺激性气味的气体，其气体比空气重， 沸点-34.5  ， 蒸气压506.62 kPa(10.3  )。氯是一种很活泼的元素， 也是一种较强的氧化剂， 除了惰性物质、碳等以外， 几乎能与各种元素反应， 并能放出巨大能量。氯中如混入其他物质( 如氢、甲醇、环氧乙烷、硝基物等) ，存在发生火灾爆炸的危险。氯的水溶液是一种强酸，与碱激烈反应，有腐蚀性。氯与许多有机化合物、氨、氢和金属粉末激烈反应，有着火和爆炸的危险。有水分存在时，浸蚀许多金属，浸蚀塑料、橡胶和涂料。
　　液氯是一种低温、高压液化气体，其液相转化为气相时体积扩大460 倍左右。随着温度的升高， 液氯在管道或容器中的压力随之升高。因此液氯在管道输送过程中如出现保温不良或管道缺陷等原因，可能会导致物理爆炸事故。
　　在GB 12268-2012《危险货物品表》第6 章的规定中，氯属于第2 类2.3 项毒性气体，次要危险性为第5 类5.1 项氧化性物质及第8 类腐蚀性物质。氯可能通过吸入吸收到体内，对人的皮肤、粘膜、呼吸道等均会造成损伤，一旦发生泄漏，则可能引发人员中毒和环境污染事故。
　　2 液氯输送管道的设计技术方案
　　厂区间液氯输送系统可以分为三个部分，第一部分为氯碱工厂界区内的液氯外送动力单元，第二部分为氯碱工厂和用氯企业厂区之间的液氯输送管道单元，第三部分为用氯企业界区内的液氯接受单元。本文主要针对厂区间液氯输送管道单元的设计进行阐述。
　　2.1 液氯输送管道的系统图
　　液氯输送管道的系统图主要由液氯输送管道系统、管道开停车系统、管道吹扫置换系统、管道监测报警系统等组成。
　　2.2 液氯输送管道布置
　　氯碱工厂和用氯企业之间的距离或远或近，有的甚至是长距离的输送。在液氯输送管道沿线的环境条件比较复杂，如需要穿越道路、河道等，液氯输送管道的布置应设计在相对安全的区域，不能穿越易燃易爆场所，并且要保证布置在防火防爆区域范围以外，以防止火灾爆炸事故对液氯输送管道产生重大影响。
　　为了防止过往车辆、船只等对液氯输送管道造成影响，液氯输送管道在跨越公共道路、河流处时应保证跨路、跨河处的管架净空高度，公共道路管架净空高度一般应在6 m 左右，厂内跨路处、跨河处管架净空高度应不低于5 m。
　　2.3 液氯输送管道材料的选用
　　液氯属于高度危害性介质，其在常压下沸点为-34.5  ，按照《压力管道规范工业管道》GB/T 20801.1-2006 的压力管道分级应划分为GC1管道。管道选材时应考虑氯气的腐蚀性能，因干氯气对Ti 钢有一定的腐蚀性，且成本高，一般不予采用。干燥的氯对碳钢、锰钢的腐蚀性小，成本较低，应优先选择。因而设计时选用16MnDG 低温用无缝钢管来减少投资费用。
　　阀门、法兰、垫片等选材、选型不当的话，可能会导致液氯在输送过程中发生泄漏。因此， 设计时法兰密封面形式采用凹凸面;垫片应选用高强度耐氯垫片，可采用无冷流PTFE 垫;阀门选用氯用专用阀。液氯输送管道工作压力为1.65MPa，设计上选取管道、管件、阀门的公称压力为PN40(bar)。
　　需要引起注意的是，管道、阀门、法兰材质应满足常温下液氯气化产生的低温状态和强度。
　　2.4 液氯输送管道外套管设置
　　在化工园区、化工集聚区内的化工企业众多，可能涉及的腐蚀性介质种类多、成分复杂，可能存在HCl、SO2、Cl2、H2S 等， 特别是HCl 对金属材料的腐蚀性很强。液氯输送管道长时间处于存在腐蚀的环境中，可能会引起管道表面严重腐蚀而引起泄漏。同时对于化工园区厂区间液氯输送管道，一般需要跨越公共道路、河流及其他公共区域等复杂环境，特别是对于一些管径较大、管道较长的液氯输送管道，其管道内所滞存的液氯量已经构成了重大危险源，所以在设计时应全程加设外套管进行保护，以防止因液氯管道泄漏而对过往车辆、船只、人员以及周边环境造成危害。在外套管设计时，还应设置压力高限报警系统和泄漏氯的回收系统，回收氯应送事故氯吸收处理单元进行相应处理。
　　液氯输送管道外套管材料可选用成本较低的20# 碳钢无缝钢管，夹套管内管应采用定位板定位， 定位板安装方位不应影响内管热位移，相邻定位板间距不应大于4 m。套管外每间隔6 m也应在管架上做支撑。在管道物料进口出口附近、管道改变走向附近的套管上方下方，各预留一个口径DN100 的检查口，供压力管道年检时夹套管内管检查检测用。
　　2.5 液氯输送管道开停车及吹扫置换
　　为了氯碱工厂和用氯企业正常生产及应急处置的需要，液氯输送管道在设计时应考虑设置遥控阀，并在遥控阀两端分别设置抽真空系统和吹扫系统，以满足开停车及检维修的需要。
　　2.6 液氯输送管道监测报警系统的设置
　　在液氯输送管道上设置流量计，用于氯碱工厂与用氯企业厂间的液氯计量。在液氯输送主管道上设置压力高限报警装置及联锁控制仪表，用于避免液氯因温度升高汽化产生超压，而导致液氯输送管道物理爆炸事故的发生。在液氯输送主管道上设置手动摇控切断阀，用于当液氯泄漏事故发生时能迅速地切断液氯管道系统。
　　在液氯输送管道的外套管上设置压力高限报警装置及就地压力指示仪表，用于液氯管道泄漏的检测报警。
　　在法兰、阀门等固有泄漏点集中区域设置氯气泄漏自动检测报警仪。
　　液氯输送管道相关泄漏自动检测报警信号接入DCS 控制系统，以便于出现异常情况及报警时能够及时进行紧急处置。
　　3 液氯输送管道的.设计辅助方案
　　3.1 管道防雷
　　厂区间液氯输送管道应处于防雷保护范围内，对不在防雷保护范围内的液氯输送管道设计时应做好防雷接地， 以避免雷电对系统产生影响。
　　3.2 管道防静电
　　液氯输送管道设计时应选取合适的管径，保证液氯输送管道设计流速控制在合理的安全流速范围内(通常不大于3 m/s)，以防止介质在管道内流动而产生静电。设计时对液氯管道应设置可靠的静电接地，阀门、法兰连接处也应设置可靠的防静电跨接。
　　3.3 管架设置
　　管架下沉将使管道失去支撑或支撑失去平衡，可能会导致管道破裂而发生泄漏。在液氯输送管道管廊的管架基础设计上要做好足够的设计裕量，以防止管架发生沉降。
　　3.4 抗震设计和防风设计
　　在抗震设防烈度6 度及以上的地区敷设时，液氯输送管道必须进行抗震设计。在高海拔或沿海地区，液氯输送管道应设置导向支架，进行防风设计。设计时，管道防风设计导向支架设置可与管道抗震设计导向支架设置统一考虑。
　　3.5 管道保冷
　　为防止沿程液氯管道温度升高，液氯输送管道外应采用阻燃型的保冷材料进行保冷设计，以达到节能和防止汽化的目的。
　　3.6 防腐
　　为防止周边环境腐蚀性介质对液氯输送管道的腐蚀，对液氯输送管道需要做好防腐设计。
　　3.7 施工
　　管道施工焊接过程中表面焊缝尺寸不符合要求，咬边、焊瘤、表面气孔、裂纹等表面缺陷，以及管道内部焊接未焊透、烧穿、气孔、裂纹、夹渣等都会严重影响焊接质量， 从而引起管道泄漏。液氯输送管道的施工必须按照相关规范要求， 严格做好施工质量把关;并对焊缝进行100%射线检测。
　　4 结束语
　　综上所述的厂区间液氯输送管道的设计方案在浙江宁波、嘉兴等化工园区实施后，经过几年的运行结果证明是可行的， 也是安全可靠的。诚然，化工园区液氯输送管道系统是一个牵涉面比较复杂的系统，在上述设计的基础上还应将相关的氯碱工厂液氯外送动力单元、用氯企业液氯接受单元等方面作为一个整体进行通盘设计，才能保证厂区间液氯输送管道系统的更加安全可靠。