液化烃球罐注水系统的倒串风险到底该怎么防控?
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首先,我们先来探讨第一个问题,就是注水阀的定位和配置选型。先说注水阀的定位问题,也就是到底注水系统中哪一个阀门是注水阀。注水阀,顾名思义一定是在注水系统中,当需要注水的时候,最后开启的那个阀门。我为什么要强调最后开启的阀门呢?因为在很多注水案例中,有将近一半多的企业采用的是半固定注水系统,当需要注水的时候,前期的准备工作,包括连接管线,启动上游消防供水,连通下游管线注水等,需要现场打开一些阀门。如下图所示:
当上述前期准备工作都做完之后,最后一道手续就是打开注水阀,实现高压消防水注入球罐底部的目的。这最后一道需要打开的阀门就是注水阀,所以这个注水阀是从程序上来定义的阀门。由于这个本身的特点,注定了注水阀在设计和配置方面,有一些特殊的要求,主要如下:
(1)注水阀是最后一道隔离液化烃介质和消防水的管线阀门,所以其密封性能必须保证最高级,这是防止液化烃倒串风险的第一道防线。
(2)注水阀在现场的物理位置必须离球罐罐根尽可能接近,目的有二,第一是能保证消防水以最短的行程迅速注入球罐内,尽可能降低液化烃的泄漏总量。第二当不需要注水时,使注水阀阀后的这段管线尽可能缩短,尽量减少管路内的液化烃存量,降低其固有风险。因为管路越长,不确定性的故障(腐蚀,减薄,砂眼泄漏等)概率越高,这是极力要避免的。
(3)既然注水阀要和罐根保持最短的距离,这就注定了注水阀的操作一定不是人工方式优先,一定是远程遥控操作模式。因为液化烃泄漏在球罐正下方,空间狭小,一旦液化烃大量泄漏,迅速气化,体积增大至200~300倍左右。并且气化是一个吸热的过程,导致周围环境温度急剧降低,使混合气体呈现浓密的白雾化,严重影响人员的视线(临沂金誉“6.5”事故和温岭“6.13”事故的视频监控,能充分地证明这一点)。所以,这种情况下人员现场去操作注水阀,不具有可行性,且风险极大。
(4)当注水阀的设计配置要求采用远程控制操作模式时,就会衍生出另外一个问题,什么问题呢?就是无论注水阀的动力模式是采用电动还是气动,都会面临一个失能故障,就是一旦注水阀的电路或气路发生故障,造成远程无法开启,这时候应当怎么办呢?我们知道在SIS系统中,对于紧急切断阀的动力故障模式中,一般都是设置故障关模式,也就是说,当紧急切断阀的电路或气路发生故障,动力系统失效,这个时候紧急切断阀选择自动关闭,切断管路系统,保证了本质安全。那么对于注水阀,是否也可以采用这种模式呢?
球罐注水系统是一种比较特殊的工况场景,其和罐区的紧急切断系统是截然不同的,这主要表现在二者的风险模式是有根本性的差异的。在罐区的紧急切断系统中,主要防控风险就是储罐的满溢和抽空风险,本质上是防控储存量的风险,所以其通过紧急切断阀来隔离物料的输出和输入通道,实现存量的控制。由于罐内和管内都是同一种介质,所以不存在介质倒串的风险,即使阀门密封不严导致的少量内漏,风险也是可控的。
但是对于液化烃球罐注水的管路而言,其风险类型主要有两个,一个是当需要注水的时候,却注不进去水,另一个是当不需要注水的时候,发生液化烃倒串。这两个风险类型如果表现在注水阀上,就是注水阀当开的时候打不开,当关的时候关不掉。所以在这里注水阀的失能模式到底该如何选择是非常至关重要的选项,在这里我就重点分析一下注水阀的失能模式到底该怎么设计。
我采用的方法就是先将注水阀的失能模式分成三个类型,①故障关;②故障开;③故障保位。然后依次分析这三种模式的风险。
我们先来分析第一个模式:①故障关
我们再来分析第二个模式:②故障开
常态下的注水阀本身就是关闭的,且还起到隔离液化烃和注水管道的关键作用,所以一旦失能选择故障开,直接就导致了液化烃倒串入注水管道的现实风险,无论是半固定注水系统还是全流程密闭注水系统,一旦液化烃倒串入整个消防水系统管线,后果都是极为危险的。虽然管路系统上也设计了单向阀,但是单向阀内漏的概率是非常高的。所以②故障开更不可取。
我们最后来分析第三个模式:③故障保位
故障保位的意思就是一旦注水阀发生失电或失气的故障,其阀门保持状态不变,即如果此前阀门是关闭状态,即保持关闭状态。如果此前阀门是打开状态,即保持打开状态。这种模式相对更为合理一些,也大大降低了风险,并且顺应了现场实际的预期功能。但是这里面也有个问题,就是在失能期间,恰恰需要改变当前注水阀的状态,比如在失能期间,恰恰发生球罐底部法兰泄漏,需要打开注水阀紧急注水,这个时候却无法远程打开注水阀。关于这个问题呢,我的建议就是一旦注水阀发生失能故障,阀门可以保位,但必须同时启动报警,告知管理人员此阀门发生故障,必须立即处理。
通过对以上三种注水阀故障模式的分析,个人认为按照故障保位的模式设置是较为合理的,且也是风险最低的。
关于液化烃介质倒串入注水管线的风险,除了上面写到的注水阀和单向阀的设置以外,还有没有其他的措施呢?我想再从另外两个方面给大家探讨一下。
第一就是注水系统管路的选择,球罐的注水系统管路从连接上分为两种型式,一个是固定式,一个是半固定式。这里的半固定指的是从企业消防水系统到球罐注水管线之间,有一截是敞开式的,也就是说,这一段在常态下是保持不连接状态的。在新的AQ 3059 附录5种流程中,都是采用的半固定模式。
半固定连接型式从某种程度上来讲,也是预防液化烃倒串的有效手段,虽然他本身不能阻止液化烃的倒串,但是能在第一时间发现液化烃的倒串,从而可以采取紧急措施,防止进一步的扩大。而对于固定式注水系统来说,一旦液化烃倒串入注水管线的话,因为是全流程密闭系统,所以不太容易被发现,潜在风险极大。那么针对采用了固定式注水连接系统的企业,又该怎么去有效预防液化烃的倒串风险呢?
在AQ 3059附录A.7 其他说明中,有这么一句话:
d)现有企业注水点已采取固定式连接而又不方便整改的,则应在水与液化烃管线之间增设盲板;
按照此条文的规定,如果在注水管路上增设了盲板的话,虽然有效预防了液化烃的倒串风险,但是却也堵死了注水的通道,这看似构成了几乎不可调和的矛盾。那么针对此问题,真的束手无策了吗?
既然是工程上的问题,还得依靠工程的措施来解决。解铃还须系铃人,我们常规的盲板,就是一块人工镶嵌的钢板而已,稳定性极好,但是机动性极差。这里的机动性,指的就是盲板需要抽或堵的时候,需要耗费一定的时间,还需要开设特殊作业许可,前前后后的审批流程也极为繁琐。对于常规的检维修作业来说,倒也无妨。但是对于需要紧急注水的情况来说,这么一顿操作,黄花菜都凉了。那么有没有一种能实现快速盲板抽堵的设施呢?
答案是有的,那就是快开盲板。我们以ONIS快速盲板为例,其结构和原理如下图:
本质上来讲,快开盲板是把盲环和盲板都集中在了一张滑板上(类似于8字盲板),通过特殊的机械臂来实现快速的无缝切换,最大的优势就是其良好的机动性,不需要办理特殊作业许可。这和常规的盲板作业需要拆卸法兰是截然不同的。所以当企业采用了固定式连接注水系统的话,使用这种快速盲板是一个非常合适的选择,既能从根本上有效防止液化烃倒串风险,也能在关键时刻,确保注水功能的正常使用。
总结:
液化烃球罐的注水系统是一个极为复杂的系统,其复杂之处在于,不仅其解决的对象是极其危险的,而且其自身固有的风险也是极其危险的,这就需要在设计或改造的过程中,一定要根据企业现场的实际流程,从基于风险的角度出发,一罐一策,统筹实现注水功能和液化烃防倒串的双重功能,不能顾此失彼。