低溫乙烯貯存工藝技術(shù)總結(jié)

羅徐艷

摘要：本文簡(jiǎn)單介紹了低溫乙烯貯存工藝包含低溫乙烯貯罐貯存、液態(tài)乙烯增壓汽化外輸、蒸發(fā)汽液化回收、液態(tài)乙烯卸車及尾氣排放焚燒五大系統(tǒng)，并對(duì)貯罐保冷、液相管線保冷、節(jié)流閥、節(jié)能器及安全系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了剖析，提出了優(yōu)化工藝流程的建議。

關(guān)鍵詞：乙烯;貯存;冷凝;汽化;節(jié)約

1引言

乙烯[1]是石油化工最基本原料之一。在有機(jī)合成方面，廣泛用于合成乙醇、環(huán)氧乙烷及乙二醇、乙醛、乙酸、丙醛、丙酸及其衍生物等多種基本有機(jī)合成原料。低溫乙烯貯存項(xiàng)目為下游的環(huán)氧乙烷裝置提供乙烯原料，建成投產(chǎn)后，其最大貯存規(guī)模將達(dá)10萬(wàn)噸/年，為化工園區(qū)的建設(shè)及當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展做出重大貢獻(xiàn)。本文就低溫乙烯貯存項(xiàng)目的工藝技術(shù)進(jìn)行總結(jié)，以吸收其先進(jìn)的工藝技術(shù)，提高自身的工藝設(shè)計(jì)水平。

2低溫乙烯貯存工藝流程介紹

低溫乙烯貯存工藝分為五部分：低溫乙烯貯罐貯存系統(tǒng)、液態(tài)乙烯增壓汽化系統(tǒng)、乙烯蒸發(fā)汽液化回收系統(tǒng)、液態(tài)乙烯卸車系統(tǒng)和尾氣排放焚燒系統(tǒng)，具體介紹如下：

2.1 低溫乙烯貯罐貯存系統(tǒng)。低溫乙烯貯罐為雙層壁式平底單拱頂單容罐，有效容積10000m3，操作溫度-104℃，操作壓力15kPa（表壓，下同）。貯罐裝有壓力測(cè)量和控制設(shè)施使貯罐維持一定壓力。當(dāng)罐頂壓力>24kPa時(shí)，安全閥開啟，向焚燒爐排放氣體;當(dāng)罐頂壓力<4kPa時(shí)，補(bǔ)氮閥門打開補(bǔ)氣。系統(tǒng)排放氣通過(guò)回氣總管回到大罐，槽車的低溫乙烯通過(guò)卸車線由罐頂進(jìn)入，外輸?shù)囊蚁┯晒薜椎某鲆嚎谶M(jìn)入輸送泵。

2.2 液態(tài)乙烯增壓汽化外輸系統(tǒng)。貯罐出液線的液態(tài)乙烯由輸送泵加壓至3.0MPa后，依次流經(jīng)節(jié)能器、預(yù)冷器、換熱器、汽化器和過(guò)熱器，升至常溫后以氣態(tài)輸出。在節(jié)能器和預(yù)冷器中，液態(tài)乙烯由壓縮機(jī)的160℃氣態(tài)乙烯加熱;在換熱器中，乙烯被-10℃冷凍鹽水加熱;在汽化器和過(guò)熱器中，乙烯被蒸汽加熱，逐級(jí)升溫氣化。

2.3 乙烯蒸發(fā)汽液化回收系統(tǒng)。在卸車作業(yè)或有熱量輸入時(shí)，貯罐內(nèi)可能產(chǎn)生大量氣態(tài)乙烯。這部分乙烯不能直排至焚燒爐燒掉，需回收。乙烯氣首經(jīng)壓縮機(jī)增壓至1.8MPa， 此時(shí)升溫至159℃。無(wú)乙烯外輸作業(yè)時(shí)，乙烯氣在冷卻器中，被循環(huán)水冷卻至40℃左右;在冷凝器中，冷凍機(jī)組來(lái)的-48℃的低溫丙烯將乙烯冷卻至-40℃;凝液接收罐出來(lái)乙烯節(jié)流至0.4MPa后進(jìn)入閃蒸罐，最終冷卻至-100℃液化后回到貯罐。

2.4 液態(tài)乙烯卸車系統(tǒng)。液態(tài)乙烯通過(guò)槽車由廠外送入。卸車作業(yè)時(shí)，首先對(duì)卸車管線進(jìn)行置換和預(yù)冷。來(lái)自冷卻器的0.6MPa氣相乙烯是乙烯卸車的動(dòng)力，通過(guò)管線將其引入槽車，與貯罐形成一定壓差，將液相乙烯壓入貯罐。卸車完后，對(duì)軟管等接管進(jìn)行氮?dú)獯祾摺Ｐ盾嚹芰?0t/h。

2.5尾氣排放焚燒系統(tǒng)。為了確保系統(tǒng)安全，低溫乙烯貯存工藝設(shè)置了大量的安全閥排放管線，當(dāng)有超壓時(shí)，安全閥起跳釋壓，氣體排往焚燒爐進(jìn)行焚燒處理。焚燒爐能處理事故最大排放量時(shí)的廢氣，使廢氣中的烴類完全燃燒后達(dá)標(biāo)排放。

3低溫乙烯貯存工藝關(guān)鍵技術(shù)

3.1 貯罐的保冷。低溫乙烯貯罐內(nèi)部溫度為-104℃，與罐外形成約130℃的溫差，環(huán)境熱量導(dǎo)入罐內(nèi)，導(dǎo)致乙烯大量汽化。為防止乙烯受熱汽化，貯罐的保冷絕熱措施十分重要。低溫乙烯貯罐采用雙壁罐，由內(nèi)外兩個(gè)鋼罐及吊頂組成。內(nèi)罐罐底用泡沫玻璃絕熱并支承，罐壁夾層采用珠光砂和彈性玻璃棉氈絕熱，吊頂用玻璃纖維或礦棉絕熱，保證貯罐整體與外界絕熱。內(nèi)外罐間的絕熱層厚達(dá)1米，最大限地降低乙烯與環(huán)境的熱交換。一般情況下，幾乎可忽略由于環(huán)境溫度傳入罐內(nèi)汽化的乙烯量。

3.2 液態(tài)乙烯管線的保冷。進(jìn)罐管線若保冷不好，卸車管線可能形成氣液兩相流，加上卸車點(diǎn)至貯罐進(jìn)液口距離較遠(yuǎn)，壓降較大，可能導(dǎo)致無(wú)法卸車的狀況。出罐管線保冷欠佳會(huì)產(chǎn)生乙烯氣體，使輸送泵出現(xiàn)“氣縛”現(xiàn)象，減低輸送效率，甚至損壞泵體。

這兩根管線在設(shè)計(jì)中均采用真空管絕熱技術(shù)，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(shù)利用了真空具有低導(dǎo)熱系數(shù)的特點(diǎn)，將管內(nèi)和環(huán)境絕熱。真空管道分段鋪設(shè)，每段6米長(zhǎng)，段間依然采用常規(guī)保冷。真空管段造價(jià)較高，一次投資大。針對(duì)小范圍高要求的絕熱，真空管道不失為較好的選擇。

3.3 節(jié)流閥的應(yīng)用。乙烯蒸發(fā)汽液化回收系統(tǒng)用于回收貯罐里汽化的少量乙烯氣體。常規(guī)的制冷劑（如丙烷）無(wú)法使乙烯氣體深冷到-104℃。乙烯氣體必須首先經(jīng)壓縮機(jī)升壓至1.8MPa左右，再用制冷劑冷卻至-40℃左右后，通過(guò)節(jié)流閥進(jìn)行節(jié)流膨脹，利用焦耳-湯姆遜效應(yīng)降低乙烯溫度至-100℃，液化回到貯罐。本工藝的節(jié)流閥安裝在閃蒸罐的入口，液化的乙烯通過(guò)閃蒸罐去除夾雜的少量氣體，由罐底回到貯罐。節(jié)流閥的出口壓力是關(guān)鍵參數(shù)，壓力過(guò)低可能導(dǎo)致液態(tài)乙烯無(wú)法回到貯罐，過(guò)高使乙烯溫度無(wú)法降至露點(diǎn)以下，設(shè)置必須合理，其決定于乙烯的焦耳-湯姆遜系數(shù)。

3.4 節(jié)能器的設(shè)置。節(jié)能器為板式換熱器，冷熱乙烯進(jìn)行熱交換。熱乙烯來(lái)自壓縮機(jī)，冷乙烯來(lái)自輸送泵。熱乙烯需要冷凝回收，冷乙烯需要汽化外輸。由于汽化外輸?shù)囊蚁┝髁窟h(yuǎn)大于罐頂汽化的乙烯氣體量，節(jié)能器的設(shè)置充分利用了系統(tǒng)富足的冷量，可節(jié)約冰機(jī)制冷系統(tǒng)的能耗，還可減少乙烯汽化器中低壓蒸汽的使用量，對(duì)降低整套系統(tǒng)的運(yùn)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(shù)的經(jīng)濟(jì)可行性。

3.5 壓力控制系統(tǒng)。液態(tài)乙烯屬于液化烴，飽和蒸汽壓高，當(dāng)絕熱無(wú)法保證，或乙烯不流動(dòng)的狀況下，極易汽化，使容器或管道超壓。低溫乙烯貯存工藝需要合理的壓力控制系統(tǒng)。乙烯貯罐裝有測(cè)壓和控制設(shè)施，使貯罐壓力維持穩(wěn)定。除罐頂?shù)陌踩y、補(bǔ)氮閥和吸氣閥外，換熱器與各容器頂部都安有安全閥，一旦超壓，能及時(shí)釋放氣體泄壓。

4低溫乙烯貯存工藝有待改進(jìn)的方面

低溫乙烯貯存工藝雖水平先進(jìn)，但此技術(shù)還有多處可完善之處：（1）乙烯貯罐為單防罐，外罐僅起支撐內(nèi)罐頂和絕熱材料的作用，一旦內(nèi)罐泄漏，外罐無(wú)法裝載泄漏出的乙烯，顯得大材小用。如果加強(qiáng)外罐設(shè)計(jì)，外罐既能儲(chǔ)存冷凍液體，又能限制內(nèi)罐泄漏液體所產(chǎn)生的氣體排放，可使內(nèi)罐泄漏造成的損失降至更低。（2）乙烯蒸發(fā)汽液化回收系統(tǒng)采用了兩條線路相互切換使用的工藝。但考慮乙烯外輸幾乎不會(huì)中斷，并且外輸量比較大，可以將冰機(jī)制冷線路去掉，用外輸乙烯富足的冷量冷卻乙烯氣體。節(jié)約一次性投資，提升整套工藝系統(tǒng)的性價(jià)比。

5結(jié)論

低溫乙烯貯存工藝由于具備常壓貯存、單臺(tái)容積大、貯運(yùn)成本低及貯運(yùn)安全可靠等特點(diǎn)，被越來(lái)越多地應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)。做好保冷絕熱，適當(dāng)使用節(jié)流降溫，設(shè)計(jì)嚴(yán)密的安全系統(tǒng)是其成功運(yùn)行的關(guān)鍵。此工藝技術(shù)的改進(jìn)的方向?qū)Ⅲw現(xiàn)于更大型化、更安全使用、更節(jié)約成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]李積杰，20000m3低溫乙烯儲(chǔ)存工藝的研究，北京：通用機(jī)械，2009年，1：60-62.

（作者單位：南京博約環(huán)境科技有限公司）