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为什么金属软管用作储罐罐根软连接是重大安全隐患?

对比一下,

A:不锈钢波纹金属软管,2米,两端法兰接头

B:不锈钢直管,2米,两端法兰接头

安装于液体化工品输运管道中,哪个更安全?


          


A、B都符合压力管道元件许可规则,都可以作为压力管道元件使用。A、B承压等级,都符合管道设计压力。A和B,哪个更安全?

- 直觉上总归觉得,更安全一点吧?

- 恭喜:您的直觉是对的。但是,为什么呢?


首先,因为,专家也跟大家直觉差不多,对金属软管的安全性也没有底,所以通过安全法规对金属软管,甚或软管,在很多应用场合予以一律禁绝:


-《关于进一步加强危险化学品建设项目安全设计管理的通知》 安监总厅管三〔2013〕76号

(二十) 液化石油气、液化天然气、液氯和液氨等易燃易爆有毒有害液化气体的充装应设计万向节管道充装系统

 

-《国家安全监管总局办公厅关于印发 首批重点监管的危险化学品安全措施和应急处置原则的通知》 安监总厅管三〔2011142

9苯(含粗苯)【操作安全】(4)充装时使用万向节管道充装系统,严防超装。

19甲苯【操作安全】(5)充装时使用万向节管道充装系统,严防超装。

27 丁二烯 【操作安全】(6)充装时使用万向节管道充装系统,严防超装。

30丙烯【操作安全】(5)充装时使用万向节管道充装系统,严防超装。

31苯胺【操作安全】(6)充装时使用万向节管道充装系统,严防超装。


-《石油化工企业设计防火规范》GB 50160-2018

6.4.1 可燃液体的铁路装卸设施应符合下列规定:

3. 顶部敞口装车的甲B、乙、丙A类的液体应采用液下装车鹤管;

 

6.4.2 可燃液体的汽车装卸站应符合下列规定:

6. B、乙、丙A类液体的装车应采用液下装车鹤管;


例外:如果专家愿意,装卸直接指定使用金属软管的情况,也是有的,

-《石油化工企业设计防火规范》GB 50160-2018

6.4.4 可燃液体码头、液化烃码头应符合下列规定:

5. 液化烃的装卸应采用装卸臂或金属软管,并应采取安全放空措施。


万向节管道充装系统

                  



不过,专家为了安全考虑指定的“万向节管道充装系统”或是“金属软管”,是否真的安全,倒是很值得讨论的。此处不再展开。请参考:

为什么要选用具备防爆设备认证压力设备认证的装卸臂》   《为什么快速接头用在万向充装鹤管上是不安全的》 


只是需要备注一下,国际化工界对于软管(不限于金属软管)的安全使用早已建立了完善明确的通行规范和安全标准;有大量各类材质的软管,特别是金属-非金属复合材质软管,合法合规安全地应用于液化天然气、液化石油气、液氨、液氯等物料,以及其它各种甲、乙类危险化学品;用于船-岸输运、火车装卸、汽车装卸等各种场合。对各类软管,无需杯弓蛇影、因噎废食。请参考下列选摘

Chlorine Institute Pamphlet 6    国际氯业协会 6号手册       附件A 《液氯输运软管》

This publication is intended to provide useful information concerning chlorine piping for both permanent production and use facilities, as well as temporary transportation systems. 本手册旨在提供有关用于氯的永久生产和使用设施,以及临时输运系统的管线的有用的讯息。


            


法国圣戈班公司液氯专用软管

美国PUREFLEX 液氯、液溴软管 (符合《国际氯业协会 6号手册》)

                   


欧盟BS EN13765标准《用于输运烃类、溶剂及化学品的多层塑料(非硫化)软管及软管总成-指标》

欧盟BS EN13766标准《用于输运液化石油气以及液化天然气的多层塑料(非硫化)软管及软管总成-指标》

                 


符合《散装危险化学品船舶建造与设备国际规范》的复合软管(非金属软管)



不过,国际归国际,国情归国情。金属软管被禁绝于前述各类场合,实际上也是因为金属软管用于装卸输运操作,即使是临时连接,出的破裂事故确实也相当地多:


2009年8月5日上午8时40分左右,辽宁抚顺新宏明经贸有限责任公司一30吨液氨槽罐车在向赤峰制药集团氨水配制车间液氨卸车过程中,车带卸车金属软管突然发生破裂,导致发生氨气泄漏。

http://news.sina.com.cn/c/p/2009-08-05/155118370976.shtml

201212201220分,天脊煤化工集团下属方元公司的当班人员未按规程操作和检测,导致进料管道上存在质量问题的金属软管破裂,致使苯胺泄漏到围堰内。当班人员未按规定定时巡检,没有及时发现苯胺泄漏。发生破裂的金属软管由北京首航五环工业工程公司生产。该公司无金属软管制造资质,破裂的金属软管存在质量问题。

201212201345分苯胺开始泄漏,至31815分停止送料,苯胺总泄漏时间为18.5个小时。经调查测算,苯胺泄漏总量为319.87吨;流出厂区134.29吨,其中,流入 浊漳河 8.76吨。苯胺原液中的挥发酚是造成浊漳河挥发酚超标的原因。天脊集团误报苯胺泄漏量为11.5吨,迟报事故及事件信息,未在规定时间报告,误导和延误了有关部门进行准确判断和快速处置。

http://www.gov.cn/jrzg/2013-02/20/content_2336357.htm


2021年3月31日,河南宇锐化工科技有限公司在停产改造过程中,氯化石蜡反应釜与冷凝器连接处软管爆裂,氯化氢与氯气混合气体泄漏,目前已造成2人中毒死亡,11人受伤(3人重症)。经初步调查分析,事故直接原因是该企业停产后未对装置内残留的危化品进行有效处置,毒气泄漏后应急人员防护用品穿戴不当,且未及时疏散周边无关人员,导致事故后果扩大。
https://3g.163.com/dy/article/G6TOFSHC0534MQ31.html

... 


金属软管,作为临时连接,用于装卸输运存在严重安全隐患,法规逐一做了禁用。那么,储罐罐根软连接,用于储罐输运的永久性管道上采用金属软管,法规上又是如何规定的呢?

-《石油化工储运系统罐区设计规范》SH/T 3007-2014

5.3.10 储罐的主要进出口管道,应采用柔性连接方式,并应满足地基沉降和抗震要求


-《石油化工企业设计防火标准》GB 50160-2018

6.2.25 储罐的进出口管道应采用柔性连接。


-《中国石化易燃和可燃液体常压储罐区整改指导意见》(试行)中国石化安非〔2018〕477号

4.3  罐前管道柔性连接

4.3.1罐前管道柔性连接可采用下列3种方式:

a)以管道布置形式(如L形、Z形或U形),增加管道自身柔性。

b)采用金属软管增加管道柔性。

c)采用弹簧支吊架增加管道柔性。


-《石油化工管道用金属软管选用、检验及验收》SH/T 3412-2017

5.2 金属软管选用应符合下列规定:

a) 为补偿管道位移、吸收振动等,宜选用通用型金属软管;

b) 储罐进出口管道宜选用抗震性金属软管;

c) 介质操作温度低于-20℃,或有控制冷量损失要求时,宜选用低温型金属软管。通用型金属软管:一般场合使用的金属软管,柔性体一般由波纹管和钢丝网套组成。抗震性金属软管:用于储罐进、出口管路,柔性体一般由波纹管和钢带网套组成,并根据需要在波纹管的波谷里加装铠装环。


从上述摘选的法规可见,

1) 储罐罐根应采用柔性()连接

2) 金属软管,作为常用的a)b)c) 三种方式之一,实际上已经成为储罐罐根软连接的主要,甚至唯一方式。




又双叒叕,那么,金属软管,作为法定的压力管道元件,用在压力管道上,特别是用作储罐罐根软连接,到底安不安全啊?


《波纹金属软管通用技术条件》GBT 14525-2010,规定了金属软管的水压试验、静态弯曲试验、动态弯曲试验方法及指标。其中包括了静态正压(耐正压)、静态弯曲(半径)、动态弯曲(疲劳)等。

                       

           


                 




《波纹金属软管通用技术条件》规定的金属软管安全指标与测试方法,与储罐罐根软连接实际使用工况是不一致的;对储罐罐根软连接实际使用工况没有给出安全指标、测试方法;更未进行型式测试验证。


储罐罐根软连接的实际使用工况,至少包括下列动作循环与压力循环

物料泵送 = 正压+脉动

正常停泵 = 过压+冲涌,或,负压

停泵卸压 = 卸压

物料抽送 = 负压+脉动

紧急停泵 = 水锤

紧急切断 = 水锤


根据流体特性,有压管路中当液体以一定流速流动时,突然关闭或开启管路中的阀门将导致管路中液体流速急剧地变化,由于液体的惯性作用,会引起管路中液体压力的上升或下降,冲击管路,就是水锤现象。自来水防水过程中突然关闭水龙头,伴随而来的水的锤击声音,就是这种现象。


液体处于阀的下游时,当突然关闭阀门,下游的液体由于惯性将继续向前流动而在管路中形成局部真空,使管内液体压力大幅度下降。


储罐管道的液流动作循环与压力循环,使金属软管实际产生:正压-鼓胀-》卸压-复原-》负压-缩憋等的循环效应。金属软管管体鼓胀-复原-缩憋的循环,会使金属软管管壁(通常为0.5-1.5mm),特别是与软管接头处产生金属疲劳,并进而产生疲劳裂纹,造成金属软管破裂。如果金属软管管壁与软管接头处焊接应力未完全退火消除,则疲劳裂纹更易发生。

 

对比前述《波纹金属软管通用技术条件》显见,当前关于金属软管的标准指标,仅限于静态正压、弯曲半径、弯曲疲劳等。金属软管用于储罐罐根软连接的实际使用工况,即上述正压-鼓胀-》卸压-复原-》负压-缩憋动态压力循环产生的效应,特别是对金属软管管壁径向产生的效应,并没有对应的标准测试、测试参数、标准指标。因而,金属软管用于储罐罐根软连接并没有相应的安全使用条件和安全系数,亦即处于无章可循的状态。再加上金属软管管壁在正压-鼓胀-》卸压-复原-》负压-缩憋的循环作用下特别易于发生金属疲劳,金属软管用于储罐罐根软连接存在重大的安全隐患;也是储罐-管道储运系统中最薄弱的环节。



值得指出的是,波纹金属软管与波纹金属膨胀节相对比,也可显见其安全性隐患。

金属软管的长径比(长度与管径之比,通常大于3:1,一般都在5:1以上),而波纹金属膨胀节的长径比通常小于1:1



当上述管内压力循环效应产生作用时,长径比大的金属软管的管壁变形量会远远大于长径比较小的波纹金属膨胀节,因而更容易产生金属疲劳,及疲劳断裂。但是,由于波纹金属膨胀节的柔性段长度短,其能提供的柔性补偿量较为有限,不能单一地用作储罐罐根软连接。


更好用 更安全:储罐罐根柔性连接,请选用符合压力设备等级认证的 万向球接   




 


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