典型乙烯球罐儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的工藝安全設(shè)計(jì)

邱傳寶，吳羅剛

(廣東寰球廣業(yè)工程有限公司，廣東 廣州 510665)

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典型乙烯球罐儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的工藝安全設(shè)計(jì)

邱傳寶，吳羅剛

(廣東寰球廣業(yè)工程有限公司，廣東 廣州 510665)

簡單介紹了某乙烯球罐儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的工藝流程，闡述了球罐及主流程、排放系統(tǒng)工藝安全設(shè)計(jì)要點(diǎn)。對(duì)可能存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分析，并提出了風(fēng)險(xiǎn)防范及應(yīng)對(duì)措施。在進(jìn)行乙烯球罐儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的工藝安全設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)做到以下三點(diǎn)：(1)嚴(yán)格遵守國家制定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范；(2)應(yīng)結(jié)合介質(zhì)特性充分考慮各種可能的工況，分析可能發(fā)生的危險(xiǎn)，采取相應(yīng)的安全措施；(3)從技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面綜合考慮優(yōu)化系統(tǒng)，避免安全問題的發(fā)生。

乙烯；球罐；儲(chǔ)運(yùn)；安全

乙烯屬于易燃、易爆介質(zhì)，根據(jù)可燃?xì)怏w火災(zāi)危險(xiǎn)性分類乙烯氣體屬于甲類物質(zhì)[1]?；は到y(tǒng)在開車、正常運(yùn)行、停車和事故排放的乙烯一旦泄露，易與空氣形成爆炸性混合物，一旦發(fā)生爆炸造成的后果不堪設(shè)想。因此，工藝系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)十分重要。系統(tǒng)中排放的乙烯氣體一般均要送火炬處理，上述工況中排放的乙烯液體或氣體經(jīng)過安全閥或閥門的節(jié)流作用溫度很低，排放的低溫效應(yīng)影響整個(gè)后續(xù)火炬排放系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。因此排放系統(tǒng)的工藝安全設(shè)計(jì)同樣重要。在進(jìn)行乙烯球罐儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)物料的性質(zhì)充考慮各種可能發(fā)生的工況。本文介紹了某大型煤化工項(xiàng)目中乙烯球罐儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的工藝流程，闡述了球罐及主流程、排放系統(tǒng)工藝安全設(shè)計(jì)要點(diǎn),對(duì)可能存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分析，并提出了風(fēng)險(xiǎn)防范及應(yīng)對(duì)措施。

1 乙烯物性及相圖

乙烯的相圖如圖1所示，當(dāng)操作溫度為-35 ℃，操作壓力為1.6 MPaG。

圖1 乙烯相圖

2 工藝流程

本項(xiàng)目乙烯罐區(qū)屬于煤化工項(xiàng)目的中間原料罐區(qū)。乙烯罐區(qū)設(shè)備包括8座2500 m3球罐，2臺(tái)乙烯泵、2臺(tái)乙烯熱備輸送泵、1套冰機(jī)系統(tǒng)、1臺(tái)乙烯換熱器和1臺(tái)不合格乙烯換熱器。

乙烯罐區(qū)來料主要包括來自煤制油接點(diǎn)的乙烯、來自乙烯單元的液相乙烯產(chǎn)品/開車液相乙烯、不合格乙烯。正常運(yùn)行期間乙烯由裂解裝置以氣態(tài)送出直供聚乙烯裝置，少量液化送入罐區(qū)以維持罐區(qū)及整個(gè)系統(tǒng)的正常溫度與壓力。只有在裂解與聚乙烯裝置出現(xiàn)生產(chǎn)不平衡或裂解裝置短期停車時(shí)，為減小運(yùn)行波動(dòng)維持聚乙烯裝置穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)才由罐區(qū)向聚乙烯裝置供料。自裂解裝置或煤制油來的液態(tài)乙烯進(jìn)入乙烯罐在-35 ℃下儲(chǔ)存。罐區(qū)設(shè)置2臺(tái)乙烯泵，一開一備。當(dāng)需要送出時(shí)，經(jīng)過乙烯泵升壓至一定壓力后再經(jīng)乙烯氣化器氣化將氣態(tài)乙烯送至聚乙烯裝置。為確保氣態(tài)乙烯輸出系統(tǒng)保持熱備狀態(tài)和給OCU裝置輸送液相乙烯產(chǎn)品，設(shè)置2臺(tái)乙烯熱備/輸送泵，一開一備。乙烯泵和熱備/輸送泵均設(shè)置回流管線，返回乙烯罐中。

乙烯儲(chǔ)存所需的冷量，由裂解裝置送入的液態(tài)乙烯帶入，不足時(shí)由乙烯冷凍機(jī)組提供。裂解裝置運(yùn)行期間，乙烯冷凍機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行，乙烯罐內(nèi)揮發(fā)出的合格乙烯氣大部分返回裂解裝置；在裂解裝置停工期間，通過乙烯冷凍機(jī)組配套供應(yīng)的乙烯冷凝器冷凝后自流回乙烯罐，以免物料損失。乙烯罐中的不合格乙烯自流入不合格乙烯氣化器，氣化后返回裂解裝置加工。工藝流程簡圖如圖2所示。

圖2 乙烯儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)簡圖

3 球罐及主流程的安全設(shè)計(jì)

乙烯正常操作溫度為-35 ℃，操作壓力為1.6 MPaG，綜合考慮乙烯球罐采用低溫碳鋼材質(zhì)保冷設(shè)計(jì)[2]，設(shè)計(jì)壓力按2.16 MPaG 考慮[3]。

乙烯的飽和蒸汽壓較高，為防止氣蝕，選擇立式筒袋式離心泵。主體材質(zhì)選擇能耐低溫高壓的材質(zhì)。

每座乙烯球罐設(shè)有多點(diǎn)溫度遠(yuǎn)傳、一套雷達(dá)液位計(jì)(帶罐旁就地指示)、一套伺服液位計(jì)、一個(gè)壓力就地指示及遠(yuǎn)傳報(bào)警。罐內(nèi)高高液位聯(lián)鎖關(guān)閉罐進(jìn)料根部緊急切斷閥，低低液位聯(lián)鎖停相關(guān)出料泵。換熱器出口管線上設(shè)置三選二溫度遠(yuǎn)傳指示，以確保測溫準(zhǔn)確[4]。

當(dāng)換熱器出口達(dá)到設(shè)定的低低溫度時(shí)聯(lián)鎖關(guān)閉換熱器進(jìn)料緊急切斷閥以免低溫物料進(jìn)入下游管線發(fā)生危險(xiǎn)。泵出口管線上設(shè)置三選二壓力遠(yuǎn)傳指示以確保測壓準(zhǔn)確。當(dāng)壓力高時(shí)關(guān)泵，壓力低時(shí)啟動(dòng)備用泵以保證系統(tǒng)供料穩(wěn)定。

乙烯罐氣相線設(shè)有壓力控制系統(tǒng)，當(dāng)任何原因引起罐壓力升高，達(dá)到操作上限，壓力控制閥開啟，將部分氣體物料排入火炬，以維持罐內(nèi)壓力穩(wěn)定。遇火災(zāi)等事故，導(dǎo)致罐內(nèi)壓力急劇升高，壓力控制閥泄放能力無法滿足時(shí)，安全閥啟跳，物料排入火炬系統(tǒng)以確保球罐的安全。每座球罐出口管線設(shè)置采樣系統(tǒng)，滿足質(zhì)量分析管理的需要。

4 排放系統(tǒng)的工藝安全設(shè)計(jì)

根據(jù)接點(diǎn)條件，火炬系統(tǒng)[5]的末端接點(diǎn)的背壓為0.15 MPaG。

乙烯的排放主要包括四部分：(1)罐頂安全閥的排放；(2)換熱器出口管道的安全閥排放；(3)管道上液體膨脹閥的排放；(4)設(shè)備及管道上的放空排凈。各部分排放溫度見表1。

表1 乙烯排放溫度一覽表

根據(jù)乙烯丙烯物性及設(shè)備布置本項(xiàng)目設(shè)計(jì)乙烯丙烯共用一根火炬總管。由于本項(xiàng)目無冷火炬，排放溫度較低，因此需將排放加熱后排入熱火炬系統(tǒng)。乙烯丙烯罐頂?shù)陌踩y排放氣、換熱器的安全閥排放氣、管道上的放空氣直接進(jìn)入冷火炬氣加熱器。管道上的液體膨脹閥排放、設(shè)備及管道上的排凈先經(jīng)冷火炬氣凝液氣化器加熱氣化后然后再跟上述管線一起進(jìn)入冷火炬氣加熱器。工藝流程簡圖如圖3所示。

圖3 排放系統(tǒng)工藝流程簡圖

火炬主管上設(shè)氮?dú)獯祾弑３治⒄龎罕苊庀到y(tǒng)產(chǎn)生負(fù)壓[6]。在確定冷火炬系統(tǒng)最大排放量、系統(tǒng)處理能力、操作條件和設(shè)計(jì)條件時(shí)，考慮火災(zāi)工況。為杜絕冒罐現(xiàn)象出現(xiàn)，設(shè)計(jì)中對(duì)球罐液位嚴(yán)密監(jiān)測、高液位報(bào)警、高高液位報(bào)警聯(lián)鎖關(guān)閉進(jìn)料切斷閥，同時(shí)在生產(chǎn)中須加強(qiáng)日常操作管理。

由于泄放后溫度較低，火炬管材質(zhì)采用不銹鋼材質(zhì)。冷火炬氣凝液氣化器管程和殼程都采用不銹鋼材質(zhì)，底部設(shè)集液包，通過監(jiān)測集液包中液位及時(shí)將低低壓蒸汽凝液排走以防與換熱管接觸損壞換熱器。從技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理性考慮，火炬KO罐采用低溫碳鋼材質(zhì)。

為了避免低溫排放竄入下游系統(tǒng)導(dǎo)致下游設(shè)備及管道破壞，主要采取以下三個(gè)措施：

(1)適當(dāng)加大冷火炬氣加熱器熱負(fù)荷，保證經(jīng)過冷火炬氣加熱器加熱后的出口氣溫度>5 ℃；

(2)采用質(zhì)量性能好的雙疏水閥加開關(guān)閥并行運(yùn)行，冷火炬氣加熱器管道出口設(shè)低溫報(bào)警聯(lián)鎖開低低壓蒸汽凝液開關(guān)閥，保證低低壓蒸汽凝液及時(shí)排出；

(3)冷火炬氣加熱器出口管道50倍的管徑長度采用不銹鋼材質(zhì)。

5 結(jié) 論

在進(jìn)行乙烯球罐儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的工藝安全設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)做到以下三點(diǎn)：

(1)嚴(yán)格遵守國家制定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范；

(2)應(yīng)結(jié)合介質(zhì)特性充分考慮各種可能的工況，分析可能發(fā)生的危險(xiǎn)，采取相應(yīng)的安全措施；

(3)從技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面綜合考慮優(yōu)化系統(tǒng)，避免安全問題的發(fā)生。

[1] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB50160-2008石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S].北京:中國計(jì)劃出版社,2009.

[2] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB50264-2013工業(yè)設(shè)備及管道絕熱工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國計(jì)劃出版社,2013.

[3] 化工部工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)中心站.HG/T 20570.1-1995設(shè)備管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力和設(shè)計(jì)溫度的確定[S].1996.

[4] 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,2004.

[5] 化工部工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)中心站.HG/T 20570.12-1995火炬系統(tǒng)設(shè)計(jì)[S].1996.

[6] 工業(yè)和信息化部.SH3009-2013石油化工可燃?xì)怏w排放系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國石化出版社,2014.

Process Safety Design of Typical Ethylene Spherical Tank Storage and Transportation System

QIUChuan-bao,WULuo-gang

(HQC (Guangye) Co., Ltd., Guangdong Guangzhou 510655, China)

The process flowsheet diagram for ethylene spherical tank storage and transportation system was briefly introduced, the key points of the process safety design of the spherical tank, the main process and the exhaust system were analyzed. The possible risks were analyzed, and risk prevention measures were put forward. When the process safety design of ethylene spherical tank storage and transportation system was beginning, the following three points should be done as follows: standard specifications formulated by government should be strictly observed, various possible working conditions should be considered by the fully consideration of the characteristics of the medium and the possible dangers should be analyzed and appropriate security measures should be taken, the occurrence of security issues should be avoided by the system optimization from the technical and economic aspects.

ethylene; spherical tank; storage and transportation; safety

邱傳寶(1985-)，男，碩士研究生，工程師，主要從事化工設(shè)計(jì)。

TQ

A

1001-9677(2016)024-0107-03