丙烯罐區(qū)3000 m3低溫球罐的選用

任大為

(中石化洛陽工程有限公司，河南　洛陽　471003)

?

丙烯罐區(qū)3000 m3低溫球罐的選用

任大為

(中石化洛陽工程有限公司，河南洛陽471003)

介紹了我國低溫球罐的現(xiàn)狀，重點(diǎn)從工藝管道設(shè)計(jì)的角度比較了選用3000 m3低溫球罐相對(duì)于2000 m3的優(yōu)勢(shì)，并介紹了目前國內(nèi)3000 m3球罐的罐體板材和罐體生產(chǎn)制造的情況，低溫球罐的設(shè)計(jì)和制造實(shí)現(xiàn)了大型化和國產(chǎn)化，綜合分析得出丙烯罐區(qū)采用3000 m3低溫球罐是可行和必要的。

丙烯；低溫球罐；可行性

中國神華煤制油化工有限公司呼倫貝爾褐煤精煉多聯(lián)產(chǎn)示范項(xiàng)目(簡稱本項(xiàng)目)DMTO裝置及配套工程可行性研究方案中烯烴罐區(qū)規(guī)劃建造5 臺(tái) 3000 m3丙烯球罐。目前在國內(nèi)石油化工行業(yè)工程中3000 m3低溫球罐的應(yīng)用較少，為了保證本工程3000 m3低溫球罐設(shè)計(jì)方案的可行性和必要性，將從工藝設(shè)計(jì)及設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造方面進(jìn)行充分的比較和論述。

1　我國低溫球罐的現(xiàn)狀

我國目前的低溫球罐主要集中在中石化、中石油以及中海油集團(tuán)，大型低溫儲(chǔ)罐容積多為1700～2000 m3。國內(nèi)最大的丙烯球罐為中海殼牌南海石化項(xiàng)目3臺(tái)3000 m3球罐，設(shè)計(jì)壓力為2.2 MPa，設(shè)計(jì)溫度為-45～55 ℃，直徑18 m，殼體材質(zhì)為進(jìn)口IE537-2(正火鋼板)，厚度52 mm，該球罐由中國天辰化工工程公司和新加坡設(shè)計(jì)公司聯(lián)合設(shè)計(jì)，由七建公司和國外公司合作建造。中國海洋石油總公司惠州煉油項(xiàng)目中2000 m3丙烯低溫球罐由SEI設(shè)計(jì)，主體材料采用07MnNiMoVDR(-50 ℃低溫沖擊)鋼板[1]。

隨著煤化工行業(yè)的發(fā)展，國內(nèi)越來越多的煤化工企業(yè)采用低溫球罐儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)，其中神華包頭煤化工有限公司、中煤榆林能源化工有限公司等企業(yè)的2000 m3低溫球罐以及寧波禾元化學(xué)有限公司的3000 m3低溫球罐相繼投入使用，大型低溫球罐國產(chǎn)化取得巨大的進(jìn)展。

2　工藝設(shè)計(jì)

丙烯在常溫下為氣體，熔點(diǎn)-185.2 ℃,沸點(diǎn)-47.7 ℃, 屬易燃易爆介質(zhì)。丙烯介質(zhì)主要用球形儲(chǔ)罐壓力儲(chǔ)存，丙烯球罐運(yùn)行壓力高，生產(chǎn)過程中可能產(chǎn)生低溫工況，因此丙烯球罐多按照低溫球罐設(shè)計(jì)建造。國外3000 m3的丙烯低溫球罐的設(shè)計(jì)建造已相當(dāng)成熟。國內(nèi)丙烯低溫球罐為常溫儲(chǔ)存，同時(shí)考慮低溫事故工況，容積多為1500～2000 m3，大多采用進(jìn)口鋼板。以往國內(nèi)丙烯球罐最低設(shè)計(jì)溫度一般取為該地區(qū)歷年來月平均最低氣溫的最低值，最高設(shè)計(jì)溫度為50 ℃；設(shè)計(jì)壓力為50 ℃該介質(zhì)的飽和蒸氣壓[2]。球罐本體設(shè)計(jì)時(shí)通常只考慮常溫儲(chǔ)存工況，不考慮低溫泄漏工況。主體材料也是各不相同，有的工程公司用16MnR(Q345R)，有的工程公司用15MnNbR(Q370R)，基本上材料的最低沖擊溫度在0或-20 ℃。

近十年來，國際上丙烯球罐越來越趨向考慮低溫泄漏工況進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)工藝模擬計(jì)算結(jié)果，泄漏工況下殼體溫度達(dá)到零下四十多度，為了球罐設(shè)計(jì)的安全性，并且考慮到國內(nèi)鋼板的技術(shù)水平、供貨現(xiàn)狀都已能夠滿足丙烯球罐低溫泄漏工況的要求。丙烯球罐設(shè)計(jì)溫度為-45～50 ℃，設(shè)計(jì)壓力為2.16 MPa比較合理。近年來，我國與國外工程公司的合作越來越多，國外公司丙烯球罐都是使用-50 ℃的低溫材料，揚(yáng)子-巴斯夫項(xiàng)目中，德國BASF工程公司丙烯球罐上使用的是-50℃的低溫材料，國內(nèi)工程公司也逐漸接受丙烯球罐采用-50 ℃的低溫材料的理念。

本項(xiàng)目DMTO裝置丙烯的產(chǎn)量為35.39萬噸/年。根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案丙烯的總罐容(5臺(tái)3000 m3球罐)滿足6.2天的儲(chǔ)存時(shí)間。如果采用2000 m3的球罐，需要設(shè)置8臺(tái)球罐，滿足6.5天的儲(chǔ)存時(shí)間。

目前國內(nèi)丙烯的壓力儲(chǔ)存多采用球罐儲(chǔ)存，而單臺(tái)儲(chǔ)罐的罐容大多不超過2000 m3，但是如果采用3000 m3球罐的設(shè)計(jì)方案，在工藝操作、設(shè)備數(shù)量、占地面積等諸多方面都具有一定的優(yōu)勢(shì)。

與采用3000 m3球罐方案相比，選用2000 m3球罐后隨著儲(chǔ)罐數(shù)量的增多，罐前氣動(dòng)控制閥、罐頂安全閥等閥門、管件的數(shù)量和配套的消防冷卻噴淋裝置將相應(yīng)增加，儲(chǔ)罐液位、溫度等儀表設(shè)備的數(shù)量也將增加，由于各種設(shè)備數(shù)量的增加多，因而設(shè)備出現(xiàn)故障的幾率也隨之增多，增大了檢維修的工作量。

從與罐區(qū)的范圍上比較，與采用3000 m3球罐方案相比，選用2000 m3球罐后隨著儲(chǔ)罐數(shù)量的增多，罐區(qū)占地面積也會(huì)相應(yīng)增大，需要配套的操作設(shè)施和安全防護(hù)措施，例如操作平臺(tái)、樓梯間等數(shù)量增加，儲(chǔ)罐基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)工程的施工量也會(huì)隨之增大。罐區(qū)占地面積的增大，工藝管道、給排水和消防管道的數(shù)量均會(huì)相應(yīng)的增加，增大了罐區(qū)的工程量。

另外從防火安全方面來講，罐組內(nèi)液化烴泄露的幾率，主要取決于儲(chǔ)罐數(shù)量，與單罐容積無關(guān)，數(shù)量越多，泄露的幾率越高，罐區(qū)的事故率就越高。

對(duì)于低溫儲(chǔ)罐，儲(chǔ)罐數(shù)量的增多，儲(chǔ)罐總的外表面積也相應(yīng)增大，吸收的外界熱量也相應(yīng)增多，造成的蒸發(fā)氣體量增大，正常生產(chǎn)時(shí)由于蒸發(fā)氣體將輸往烯烴分離裝置，因此會(huì)加大裝置的運(yùn)行負(fù)荷和能耗。同時(shí)當(dāng)裝置事故或檢維修時(shí)，需要維持儲(chǔ)罐正常的壓力和溫度，由于儲(chǔ)罐數(shù)量的增多加大了維持正常儲(chǔ)存的難度。

根據(jù)以上分析和論述的內(nèi)容， 2000 m3和3000 m3低溫球罐的主要對(duì)比情況見表1。

表1　方案比較表

3　設(shè)備設(shè)計(jì)和制造

3.1低溫球罐罐板材料的大型化國產(chǎn)化

低溫球罐大型化、國產(chǎn)化的主要制約因素在于球殼用低溫鋼板的性能和規(guī)格尺寸。球罐的大型化后，鋼板的厚度必然不斷增加，鋼板的韌脆轉(zhuǎn)化溫度逐漸升高，缺口韌性會(huì)降低，而且低溫鋼板越厚，性能越不易保證，對(duì)鋼板的要求越高；球罐分帶數(shù)越少，焊接接頭的長度就會(huì)越短，現(xiàn)場(chǎng)焊接的工作量就會(huì)減小，產(chǎn)生焊接缺陷的機(jī)率就會(huì)降低，因此在其它條件具備的前提下，球罐的分帶數(shù)越少越好，這就要求低溫鋼板的板長、板寬盡可能做大，對(duì)鋼板板幅的要求越來越高。目前國產(chǎn)鋼板已逐漸滿足了業(yè)內(nèi)的要求。

3000 m3丙烯低溫球罐主體材料采用07MnNiMoVDR(-50 ℃低溫沖擊)調(diào)質(zhì)鋼板，主體材料鋼板厚度達(dá)到46 mm，球罐分三帶，赤道帶凈板長為12.6 m，凈板寬為2.83 m，極板最長為9.33 m，最寬為3.14 m。

寶鋼生產(chǎn)的07MnNiMoVDR(B610CF-L2)，該鋼板通過鍋容標(biāo)委技術(shù)評(píng)審，該鋼板為調(diào)質(zhì)鋼，最低沖擊試驗(yàn)溫度為-50 ℃，用于球罐最大板厚可達(dá)到50 mm，能夠滿足丙烯球罐低溫工況的要求，曾用于2000 m3丙烯低溫球罐的建造[3]。由于該2000 m3丙烯低溫球罐采用的是GB12337常規(guī)設(shè)計(jì)方法，主體材料厚度達(dá)到46 mm。而本項(xiàng)目中3000 m3丙烯低溫球罐采用JB4732分析設(shè)計(jì)方法，主體材料厚度是46 mm，鋼板厚度在鍋容標(biāo)委技術(shù)評(píng)審?fù)ㄟ^的范圍之內(nèi)。寶鋼的軋機(jī)寬度達(dá)到5 m，完全能夠達(dá)到3000 m3丙烯低溫球罐板寬的最大要求。

3.2低溫球罐制造的大型化國產(chǎn)化

由于受到鋼板厚度、使用溫度的限制，大型丙烯球罐必須使用高強(qiáng)度低溫鋼板，由于高強(qiáng)度鋼板的焊接性能較普通低合金鋼差，裂紋敏感性高，焊接接頭容易產(chǎn)生裂紋(主要是冷裂紋和延遲裂紋)以及角變形。裂紋的影響因素與焊條、坡口形狀、焊接熱量輸入大小、氣候環(huán)境影響、焊道走向等都有密切關(guān)系，所以對(duì)焊接技術(shù)要求很高，需要有嚴(yán)格的焊接規(guī)程和相當(dāng)高的焊接技能。

大型球罐焊接接頭很長，焊接工作量大，需要幾個(gè)人同時(shí)施焊，球罐內(nèi)空氣不流通，而且高強(qiáng)度低溫鋼板焊前預(yù)熱溫度往往到100 ℃以上，勞動(dòng)條件十分苛刻。大型球罐直徑大，焊接接頭長，焊后的整體熱處理難度高，控制球罐整體溫度均勻性更困難，需要專業(yè)的更可靠的技術(shù)措施和保障手段。

目前國內(nèi)多家設(shè)備制造單位經(jīng)過多年的研究攻關(guān)，攻克了大型低溫儲(chǔ)罐在設(shè)計(jì)建造中成型、焊接、熱處理等加工和施工關(guān)鍵技術(shù)及工藝難題，自主研發(fā)了使用低溫鋼制造壓力容器的成套技術(shù)，并且在陜西蒲城清潔能源化工有限責(zé)任公司和浙江興興新能源科技有限公司的項(xiàng)目中成功完成了3000 m3的設(shè)備制造，已投入運(yùn)行。

4　結(jié)　論

隨著材料、焊接、制造、施工安裝技術(shù)的不斷提高，國內(nèi)球罐容積也向大型化方向發(fā)展。大型化具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益，球罐越容積越大單位立方米的投資和占地面積越??；而儲(chǔ)罐容積小時(shí)，球罐數(shù)量必然增多，相應(yīng)球罐的附件、表面積、維護(hù)保養(yǎng)的工作量及消防噴淋設(shè)施等都相應(yīng)增加，這些都增加了投資。丙烯球罐作為丙烯介質(zhì)儲(chǔ)存的關(guān)鍵設(shè)備，從減少占地面積、節(jié)省投資考慮，低溫球罐的大型化是大勢(shì)所趨。

綜上所述，丙烯罐區(qū)采用3000 m3低溫球罐是可行和必要的。

[1]竇萬波.我國乙烯罐現(xiàn)狀及國產(chǎn)化中技術(shù)要點(diǎn)分析[J].技術(shù)綜述,2006,23(6):39-41.

[2]國家發(fā)展和改革委員會(huì).SH3136-2003液化烴球形儲(chǔ)罐安全設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國石化出版社,2003.

[3]張漢謙,劉孝榮，侯洪,等.-50 ℃ CB610CF-L2調(diào)質(zhì)鋼板在2000 m3丙烯和乙烯球罐上的應(yīng)用[A]. 壓力容器先進(jìn)技術(shù).第七屆全國壓力容器學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C].江蘇：化學(xué)工業(yè)出版社，2009:112-115.

Selection of 3000 m3Low Temperature Spherical Tank in Propylene Tank Farm

RENDa-wei

(SINOPEC Luoyang Petrochemical Engineering Corporation, Henan Luoyang 471003，China)

The current situation of the domestic low-temperature spherical tank was described, the advantages of selection 3000 m3with respect to 2000 m3from piping design perspective was highlighted, the current domestic situation and the tank body’s plate material and manufacturing of 3000 m3spherical tank were described. The design and manufacturing of low temperature spherical tank can be realization of large-scale and localization. The selection of 3000 m3low temperature spherical tank in propylene tank farm is feasible and necessary.

propylene; low temperature spherical tank; feasibility

任大為(1983-)，男,工程師，主要從事油氣儲(chǔ)運(yùn)工程設(shè)計(jì)工作。

TE821

A

1001-9677(2016)05-0169-03