淺析我公司粗甲醇貯罐的防爆措施

(黑龍江北大荒農(nóng)業(yè)股份有限公司浩良河化肥分公司，黑龍江 伊春 153103)

1 概 述

黑龍江北大荒農(nóng)業(yè)股份有限公司浩良河化肥分公司100 kt/a甲醇裝置甲醇罐區(qū)有20 000 m3精甲醇貯罐一座，5 000 m3粗甲醇貯罐一座，5 000 m3消防水貯罐一座。甲醇罐區(qū)由原重油罐區(qū)改造而成，以上三座貯罐都是利舊原重油貯罐。其中，粗甲醇貯罐為固定頂，正常生產(chǎn)情況下，用置換氮?dú)鈱?duì)該罐進(jìn)行氮封，罐內(nèi)保持微正壓，少量的揮發(fā)甲醇被氮?dú)庀♂尯笸ㄟ^(guò)呼吸閥排出，罐內(nèi)甲醇蒸氣濃度在爆炸范圍之外。我公司每年進(jìn)行裝置停車大檢修，大檢修期間置換氮?dú)馔Ｋ?，大檢修均在7～8月份，因我公司地處東北，晝夜溫差較大，白天氣溫較高，甲醇蒸發(fā)量大，夜間氣溫低，甲醇蒸氣冷凝，空氣自呼吸閥進(jìn)入罐內(nèi)，罐內(nèi)甲醇蒸氣濃度處于爆炸范圍內(nèi)。

我公司將該問(wèn)題作為2012年的重點(diǎn)攻關(guān)課題立項(xiàng)，并組織生產(chǎn)、設(shè)備及甲醇車間相關(guān)技術(shù)人員負(fù)責(zé)解決。

2 防爆方案

2.1 方案的選擇

方案一 新建中壓氮?dú)鈨?chǔ)罐，大檢修空分停車期間由中壓氮?dú)赓A罐提供氮封氮?dú)?。按每小時(shí)消耗置換氮?dú)?0 m3，大檢修停車15 d計(jì)，需置換氮?dú)饪偭繛?0 800 m3，40 MPa中壓氮?dú)赓A罐容積需要300 m3，設(shè)備制造困難，投資較大。

方案二 稀釋罐內(nèi)粗甲醇，使罐內(nèi)甲醇蒸氣濃度不在爆炸范圍內(nèi)。

我公司選擇方案二來(lái)解決粗甲醇貯罐的防爆問(wèn)題。

2.2 解決問(wèn)題的思路

經(jīng)我公司生產(chǎn)部和車間技術(shù)人員研究，大檢修前降低粗甲醇貯罐液位至最低，通過(guò)理論計(jì)算出大檢修期間能夠滿足防爆要求的最低粗甲醇濃度，在不影響大檢修后生產(chǎn)開(kāi)車的前提下，按照計(jì)算所得安全值對(duì)罐內(nèi)粗甲醇進(jìn)行稀釋。

2.3 理論安全值計(jì)算

(1)5 000 m3粗甲醇貯罐基本情況

罐壁從下至上搭接焊，罐底從兩側(cè)向中心搭接焊，中心板在最上面。罐底直徑22 724 mm，罐頂直徑22 600 mm；直筒高度13 630 mm，總高16 241 mm，罐頂高2 597 mm。從下至上各層罐壁板厚度、高度如表1。

表1 各層罐壁板厚度與高度 mm

罐底錐體高度按80 mm估算，則錐體體積相當(dāng)于26.7 mm高直筒段體積。

(2)2012年6月30日粗甲醇貯罐實(shí)際情況

實(shí)測(cè)粗甲醇液位270 mm，則扣減罐底錐體后罐內(nèi)粗甲醇體積為：V=0.785×22.7242×(0.270-0.026 7)=98.624 m3。

取樣分析粗甲醇密度為 0.833 kg/L。按甲醇與水兩組分計(jì)算，甲醇濃度80%；參照我公司操作規(guī)程中粗甲醇濃度與密度對(duì)照表及分析記錄，甲醇濃度取83%；則罐內(nèi)粗甲醇總質(zhì)量M=98.624×0.833=82.154 t，罐內(nèi)甲醇總質(zhì)量M甲醇=82.154×83%=68.188 t。

(3)粗甲醇稀釋安全值理論計(jì)算

① 在粗甲醇貯罐自控液位計(jì)管口處安裝了雙金屬溫度計(jì)，測(cè)量并記錄了罐內(nèi)粗甲醇溫度，大檢修期間監(jiān)測(cè)到的粗甲醇的最高溫度為29 ℃。

② 甲醇罐設(shè)計(jì)時(shí)按40 ℃考慮。我們認(rèn)為按39.9 ℃考慮能夠滿足大檢修停氮?dú)夂蟠旨状脊薜陌踩蟆?/p>

③ 甲醇蒸氣的爆炸極限為6%～36.5%(體積濃度)。當(dāng)粗甲醇罐內(nèi)甲醇蒸氣濃度為6%時(shí)，粗甲醇罐內(nèi)甲醇蒸氣分壓P=760 mmHg×6%=45.6 mmHg(1 mmHg=133.322 4 Pa；下同)；即當(dāng)罐內(nèi)甲醇蒸氣分壓低于45.6 mmHg時(shí)，罐內(nèi)甲醇蒸氣濃度低于6%，能夠滿足安全要求。

2.4 甲醇水溶液蒸氣壓

據(jù)《氮肥工業(yè)設(shè)計(jì)手冊(cè)理化數(shù)據(jù)》，甲醇水溶液的蒸氣壓如表2(表中k為公式y(tǒng)=kx之斜率，縱坐標(biāo)y代表甲醇蒸氣分壓，橫坐標(biāo)x代表甲醇的質(zhì)量濃度)；并據(jù)表2利用差減法計(jì)算出甲醇蒸氣的濃度，其結(jié)果如表3[差減法計(jì)算依據(jù)，按相鄰三點(diǎn)組成一條直線近似計(jì)算甲醇蒸氣分壓，進(jìn)而得出甲醇蒸氣的濃度。例如，以表2中25 ℃時(shí)甲醇水溶液蒸氣壓(0.145，15.9)為第一點(diǎn)，(0.294，32.6)為第二點(diǎn)，近似地認(rèn)為(0.2，y)這點(diǎn)也在第一、第二點(diǎn)所在的直線上；因每個(gè)點(diǎn)的斜率略有誤差，取相鄰兩個(gè)點(diǎn)斜率的平均值來(lái)減小誤差，上述第一點(diǎn)的斜率為109.4，第二點(diǎn)的為110.8，其平均值為110.1，則y=kx=0.2×110.1≈22，即表3中當(dāng)甲醇質(zhì)量濃度為20%時(shí)，甲醇蒸氣分壓為22 mmHg]。

表2 甲醇水溶液的蒸氣壓

表3 差減法計(jì)算甲醇蒸氣的濃度

2.5 粗甲醇稀釋后實(shí)際情況

2.5.1實(shí)際稀釋完成后的數(shù)據(jù)

7月8日15：00實(shí)測(cè)液位840 mm時(shí)，密度0.990 g/mL，含甲醇14.2%。

7月9日15：00實(shí)測(cè)液位850 mm時(shí)，密度0.990 g/mL，含甲醇11.5%。

7月10日15：00取樣分析密度為0.987 g/mL，含甲醇18.8%。

7月11日9：00取樣分析密度0.985 g/mL，含甲醇4.3%；15：00取樣分析密度為0.985 g/mL，含甲醇4.3%。

綜合分析數(shù)據(jù)后得出：液位850 mm，平均密度0.987 g/mL，平均含甲醇10.6%。

2.5.2稀釋后罐內(nèi)情況

甲醇水溶液總體積V=0.785×22.7242×0.85=344.25 m3，甲醇水溶液總質(zhì)量M=344.25×0.987=339.774 t；其中含甲醇339.774×10.6%=36.016 t。自控液位計(jì)3.5%。

3 恢復(fù)生產(chǎn)時(shí)情況

8月5日，粗甲醇貯罐液位在56%時(shí)精餾裝置開(kāi)車，分析粗甲醇密度0.838 g/mL，含水18.28%；與正常生產(chǎn)時(shí)加入萃取水后的粗甲醇溶液差不多。此時(shí)罐內(nèi)粗甲醇總質(zhì)量約2 600 t，大檢修后生產(chǎn)粗甲醇約2 254 t后精餾裝置開(kāi)車，對(duì)精餾裝置的生產(chǎn)運(yùn)行及消耗沒(méi)有產(chǎn)生較大的影響。

4 結(jié) 語(yǔ)

以理論計(jì)算為指導(dǎo)，經(jīng)一個(gè)跨年度大檢修期間的實(shí)踐，該攻關(guān)課題的解決方案，經(jīng)證實(shí)滿足了大檢修期間停氮?dú)夂蟠旨状假A罐的安全要求。大檢修期間監(jiān)測(cè)粗甲醇罐內(nèi)溫度，最高為29 ℃，而安全值以39.9 ℃考慮，其安全性較高。因此，我們的解決方案是成功的。