低溫乙烯貯存的關鍵技術探討

趙繼偉+王玥陽

摘要：本文分析了乙烯在儲存運輸過程中的問題，介紹了乙烯的幾種貯存方式（加壓法、低溫法、鹽洞貯存法）。重點對低溫乙烯貯存工藝的關鍵技術進行了分析探討。

關鍵詞：低溫乙烯；貯存；關鍵技術

一、前言

眾所周知在石油化工行業(yè)中，乙烯是最重要的基礎有機原料之一，目前約有75%的石油化工產(chǎn)品由乙烯來生產(chǎn)，主要用于生產(chǎn)聚乙烯、環(huán)氧乙烯/乙二醇、二氯乙烷/氯乙烯、苯乙烯等多種重要的有機化工原料和聚合物。在化工生產(chǎn)過程中，為了避免對下游加工產(chǎn)品的影響，在新建大型乙烯工廠的同時，往往建設相當規(guī)模的乙烯儲運系統(tǒng)，從而利用碼頭或槽車進行裝卸，實現(xiàn)了根據(jù)市場需求流通乙烯，互相調節(jié)。低溫存儲法在近些年來因儲存壓力低和安全性好而得到了大量的運用。

二、乙烯儲存運輸?shù)母艣r

2.1儲存方式

乙烯是石油化工最基本原料之一，面對市場需求的增加，使得乙烯的儲存運輸任務十分艱巨，如何解決在儲運過程中的高能耗，成為業(yè)界關注的焦點和難點。根據(jù)乙烯的物理性質，乙烯的儲存方式通常為高壓下常溫儲存，或者在液態(tài)下常壓低溫儲存。低溫儲存有規(guī)模大，便于運輸、安全穩(wěn)定等優(yōu)勢，因而得到了廣泛的應用。低溫儲罐有單包容、雙包容和全包容等形式，全包容儲罐能單獨盛裝內罐泄漏的低溫乙烯，因此不需要另外設置防火堤，日前新建低溫乙烯儲罐中小容量儲存常采用單包容，大容量儲存多為雙包容和全包容儲罐，因全包容儲罐更加安全穩(wěn)定、節(jié)能、占地少等優(yōu)點，隨著國外技術的引進在新建項目中正逐步推廠應用。

2.2儲存運輸過程中的問題

乙烯在低溫（-104℃）下儲存運輸，如果儲罐和管道保冷措施不好，外界熱量容易侵入液相乙烯容易氣化，通過對目前低溫乙烯儲存的實際操作數(shù)據(jù)統(tǒng)計，乙烯日蒸發(fā)率為0.08%-0.108%之間，再液化回收該部分乙烯耗能巨大，同時對系統(tǒng)的安全運行構成一定威脅；進一步做好保冷技術，并回收利用輸送過程的冷、熱能，成為主要攻克方向，下面以寧波瑞福特低溫乙烯儲運系統(tǒng)作為例證，針對低溫儲運出現(xiàn)的問題采取了哪些新設備、新技術、新材料進行逐一介紹，可為以后的工程項目起到參考作用。

三、乙烯的幾種貯存方式

3.1加壓法

3.1.1工藝流程

乙烯分離流程中如采用高壓乙烯精餾方案時，一般由乙烯精餾塔的側線采出液態(tài)乙烯（2.0MPa、-30℃左右）可以直接輸送至球罐貯存，球罐內的液態(tài)乙烯經(jīng)乙烯產(chǎn)品泵加壓、加熱汽化和過熱后送出。

正常操作時，球罐因冷損失蒸發(fā)的氣體通過氣相管線返回乙烯精餾塔。在乙烯裝置停產(chǎn)時，氣化的乙烯放入火炬系統(tǒng)。送至乙烯裝置的下游加工裝置，乙烯一般在常溫氣態(tài)下用臂線輸送。一般用丙烯冷劑或甲醇進行加熱和汽化操作。

3.1.2儲存設備

貯存乙烯采用的容器主要是球罐。與圓筒形立式或臥式貯烯罐比較，在相同的壓力和直徑下，球罐的受力情況最好，鋼材消耗量也較小。此外，球罐還具有占地面積較小，維護簡單，土建工程量小等優(yōu)點。

球罐的材質在很大程度上決定了球罐貯存乙烯的先進性，國內過去一般進口國外板材（如LT_50-V-40G等），現(xiàn)在也可以采用國產(chǎn)板材（如CF-62鋼等），做到選材國產(chǎn)化。

3.2低溫法

3.2.1工藝流程

乙烯低溫貯存的操作條件是：操作壓力接近常壓，操作溫度略低于常壓沸點（-103.8℃）。為處理界外輸送來的高壓乙烯產(chǎn)品，回收由于外界熱量或其它能量導入引起的貯存罐內少量乙烯的蒸發(fā)。低溫法貯存乙烯需建設一套較加壓法復雜的完整工藝流程。由乙烯精餾塔的送來的液態(tài)乙烯經(jīng)過預處理進入低溫貯罐貯存，罐內的液態(tài)乙烯經(jīng)乙烯產(chǎn)品泵加壓，加熱汽化和過熱并回收冷量后送出至下游用戶。

正常操作時，低溫貯罐因冷損失蒸發(fā)的氣體通過乙烯壓縮機加壓，再經(jīng)過制冷機提供的冷劑冷凝冷卻。最終被回收回到低溫貯罐在事故時，氣化的乙烯放入火炬系統(tǒng)。過去普遍認為，低溫乙烯貯存技術復雜，自動化水平要求高，實際上自1966年提出低溫常壓貯存這項技術以來，低溫貯存液化氣產(chǎn)品，在LNG及合成氨工業(yè)中運用非常廣泛，隨著科學技術的進步，利用低溫貯存技術儲存乙烯也被人們逐步接受。

3.2.2主要設備

低溫乙烯貯罐：一般為耐低溫金屬壁殼圓形拱頂罐。由耐低溫合金鋼制成（一般為9%Ni鋼），罐外使用高效絕熱材料保冷，最大限度降低冷損。減少系統(tǒng)的能耗。其他設備：由于低溫法工藝需要，因此還需要乙烯蒸汽壓縮機、冷凍壓縮機組、換熱器、安全火炬、分離罐等設備。

3.3鹽洞貯存乙烯

上世紀七十年代石油危機后，美國從其戰(zhàn)略儲備的要求出發(fā)，采用了鹽洞貯存技術，在美國本土合適的地區(qū)建成地下鹽洞數(shù)十個，用于貯存石油、石油液化氣、乙烯、乙烷、天然氣等戰(zhàn)略物資。據(jù)報道鹽洞深度一般在900-1500m之間l，乙烯貯存壓力為10-12MPa。乙烯由壓縮機送入鹽洞貯存，使用時，由鹽洞中送出的乙烯需要經(jīng)過分離罐分離水份，再經(jīng)干燥后輸送到用戶。

四、低溫乙烯貯存工藝關鍵技術

低溫乙烯貯存工藝在低溫常壓下貯存，由于壓力低，貯罐可以做得很大，符合大型化遠距離的貯運需求。但其配套設施較多，含有至少五個系統(tǒng)。這些系統(tǒng)雖相對獨立，但協(xié)調運作，其中的關鍵技術決定了低溫乙烯貯存工藝的廣泛運用。（1）貯罐的保冷。低溫乙烯貯罐內部溫度為-104℃，與罐外形成約130℃的溫差，使環(huán)境的熱量能較大速度地導入罐內，導致乙烯大量汽化。汽化的乙烯若直接排往焚燒系統(tǒng)，將造成乙烯產(chǎn)品的嚴重浪費：若冷凝回收，則需要更大功率的壓縮機、更大流量的冷卻劑，增加能耗若留在貯罐內不外排，則抬升罐內壓力，存在破壞罐體、乙烯大量泄漏的風險。（2）液態(tài)乙烯管線的保冷。低溫液態(tài)乙烯存在于卸車管線與罐底出液管線里。卸車管線從槽車卸料口至罐頂進液口，出液管線從罐底出液口至輸送泵入口。卸車壓力為0.6Pa，若保冷不好，卸車管線可能形成氣液兩相流，加上卸車點至貯罐進液口距離較遠，壓降較大，可能導致無法卸車的狀況。出液管線為輸送泵的入口管線，若因保冷不好而使液相中存有氣體，可能出現(xiàn)“氣縛”現(xiàn)象，減低輸送效率，甚至無法輸送乙烯。兩根管線采用了真空管絕熱技術，即工藝管道外套一較大管道，夾層抽真空，并填塞部分絕熱材料。此技術利用了真空具有低導熱系數(shù)的特點，將管內和環(huán)境絕熱。（3）節(jié)能器的設置。節(jié)能器為板式換熱器，其間冷熱乙烯進行熱量交換，如圖2所示。由于汽化外輸?shù)囊蚁┝髁窟h遠大于罐頂汽化的乙烯氣體量，故理論上不需要開啟冰機制冷系統(tǒng)以冷卻乙烯氣體。節(jié)能器的設置，充分利用了系統(tǒng)富足的冷量，一方面可節(jié)約冰機制冷系統(tǒng)的能耗，另一方面可以減少乙烯汽化器中低壓蒸汽的使用量，對降低整套系統(tǒng)的運行成本具有重要作用。節(jié)能器本身僅是普通的換熱器，但其可能決定工藝技術的經(jīng)濟可行性。

五、結語

低溫儲存乙烯技術的真正優(yōu)勢在于完成相同的儲運任務，儲罐的體積小于其他方法。因此，只要采取合理可靠的結構設計和保冷方法，儲罐就可以安全平穩(wěn)運行，從而在整體上降低乙烯成本，具有廣闊的應用前景。

參考文獻：

[1]王劍舟.低溫乙烯貯存工藝技術總結【J】.工程技術，2016（1）：273.

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