鐵路槽車苯加溫卸車工藝改造

吳舉祥

（中國石化集團(tuán)南化公司儲(chǔ)運(yùn)部，南京210038）

苯是重要的化工原料，需求量大，而鐵路槽車是其的重要運(yùn)輸工具之一。苯的熔點(diǎn)5.51℃，沸點(diǎn)80.1℃。若當(dāng)?shù)丨h(huán)境溫度低于該熔點(diǎn)溫度，鐵路槽車中的苯就會(huì)結(jié)晶凝固。不得不通過加熱，待其熔化為液態(tài)時(shí)才能接卸。

南京地區(qū)從11月中旬到次年3月底為冬季，平均氣溫4.0℃，極端最低氣溫-14℃。該地區(qū)某公司接卸冬季槽車苯工藝采用自制的盤管、“L”型管從苯槽車上端人孔伸入及外掛蒸汽管加蓋蓬布方式進(jìn)行加溫，需較長時(shí)間才能熔透凝固的苯，不僅增加了苯槽車的接卸時(shí)間，又浪費(fèi)大量的蒸汽，已不能滿足生產(chǎn)需要。

本文通過對(duì)南化公司儲(chǔ)運(yùn)部現(xiàn)有接卸槽車苯設(shè)施進(jìn)行技術(shù)改造，采用加溫回流接卸槽車苯工藝，并于2013年10月施工完成并投入使用，實(shí)現(xiàn)了蒸汽熱源的有效利用，又使每節(jié)槽車加溫時(shí)間縮短，解決了冬季苯加溫接卸的瓶頸，滿足了生產(chǎn)的需要。

1 槽車苯加溫及現(xiàn)接卸現(xiàn)狀

國內(nèi)北方地區(qū)企業(yè)接卸槽車苯等高凝點(diǎn)介質(zhì)加溫方式，大致有3種：

1)大棚包裹式加溫。該方法是在企業(yè)鐵路專用線盡頭處，根據(jù)槽車外形尺寸沿鐵路線用帆布搭成一個(gè)長棚，將盛裝苯的槽車推進(jìn)棚內(nèi)，用事先鋪設(shè)好的蒸汽管網(wǎng)排出的蒸汽，提升棚內(nèi)環(huán)境溫度，以達(dá)到熔化罐車內(nèi)固態(tài)苯；

2)槽車直接加溫。目前鐵路上運(yùn)行的輕油槽車，分為夾套加溫型槽車和不帶加溫系統(tǒng)的槽車。由于大宗輕質(zhì)油品的凝點(diǎn)都高于0℃，鐵路上運(yùn)行的槽車除個(gè)別企業(yè)自備車采購時(shí)要求本身帶加溫系統(tǒng)外，大多數(shù)輕油槽車都沒有加溫設(shè)施，因此很難做到只挑選有加溫夾套的槽車裝運(yùn)苯；

3)換熱加溫工藝。采用換熱器，蒸汽走管程，苯走殼程，通過雙回流卸車鶴管，以離心泵為動(dòng)力實(shí)現(xiàn)對(duì)苯的循環(huán)換熱加溫。當(dāng)槽車內(nèi)固態(tài)苯全部熔化后，改卸車流程將介質(zhì)送到罐區(qū)備裝置使用。

大棚包裹式加溫，能耗嚴(yán)重，大棚內(nèi)外環(huán)境溫差大，空氣對(duì)流交換的熱損失也大，在極端寒冷時(shí)段，加溫時(shí)間長[1]。采用槽車直接加溫的方式，受罐車本身結(jié)構(gòu)的影響，不是通行普遍的做法。換熱加溫工藝可以實(shí)現(xiàn)蒸汽熱源的有效利用，使每節(jié)槽車加溫時(shí)間縮短，從而解決冬季苯加溫接卸的瓶頸，以滿足生產(chǎn)的需要。

目前鐵路上到達(dá)該公司的苯槽車均不自帶加溫設(shè)施，結(jié)晶凝固情況尤為嚴(yán)重，多年來需用自制的盤管、“L”型管從苯槽車上端人孔伸入及外掛蒸汽管加蓋蓬布方式進(jìn)行加溫，待苯熔化后，先采用真空泵和引液罐使泵殼及泵前管道內(nèi)充滿物料，再啟動(dòng)離心泵卸車。采用這種加熱方式需較長時(shí)間才能熔透卸車，加溫時(shí)間長，蒸汽消耗量大，1節(jié)槽車苯需加溫12 h以上；因加溫時(shí)間過長，所以苯揮發(fā)損失增大；操作危險(xiǎn)性大，易產(chǎn)生火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)；且苯毒性較高，對(duì)暴露在操作環(huán)境中的人構(gòu)成較大的傷害。

2 改造方法

2.1 方案及工藝流程

根據(jù)上述，決定采用苯加溫回流卸車工藝，流程改造方案如下：

1)加熱過程：如圖1，當(dāng)冬季槽車到達(dá)對(duì)好貨位后，鶴管可能不能立即進(jìn)入到槽車實(shí)施加熱，故先使用1種螺旋型的加熱盤管，通入蒸汽對(duì)槽車入口以下部位先行加熱，待熔化出一定的液體空間后再將鶴管放入槽車，打開K1、K2、K5～K8閥，關(guān)閉K3、K4閥門。啟動(dòng)擺動(dòng)轉(zhuǎn)子泵，從槽車中抽取溫度較低苯經(jīng)過換熱器加熱再返回槽車，如此循環(huán)加熱至車內(nèi)結(jié)晶完全融化，停止加熱。

2)卸車過程：結(jié)晶完全熔化，停止蒸汽加熱后，保持鶴管閥門處于打開狀態(tài)，開啟K3閥門，關(guān)閉K5、K6、K7、K8閥門，啟泵開始卸車，將槽車內(nèi)苯送入苯大罐。

圖1 苯加溫回流卸車工藝流程Fig 1 Process of benzene heating reflux unloading

2.2 主要設(shè)備設(shè)施

卸車設(shè)備設(shè)施主要包括專用鐵路線、卸車月臺(tái)、卸車鶴管（雙鶴管）、擺動(dòng)轉(zhuǎn)子泵、換熱器、壓力、溫度等調(diào)控儀表、蒸汽管線及配套工藝管線組成。

2.2.1 擺動(dòng)轉(zhuǎn)子泵

原卸車系統(tǒng)采用的是離心泵卸車，泵在啟動(dòng)前，必須使泵殼及泵前管道內(nèi)充滿物料，然后啟動(dòng)電機(jī)，這就使得原系統(tǒng)中還必須有真空泵和引液罐才能進(jìn)行卸車作業(yè)。

擺動(dòng)轉(zhuǎn)子泵為容積泵，兼具液體輸送泵和真空泵的作用，有極強(qiáng)的自吸能力，極限真空度可達(dá)99%，可代替真空泵用于引液虹吸和掃艙，因此在此系統(tǒng)中采用擺動(dòng)轉(zhuǎn)子泵精簡了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（擯棄了真空泵和引液罐），既減輕了工人在操作上的復(fù)雜性，也減少了設(shè)備故障，此外此泵還兼具氣液混輸能力，所以采用擺動(dòng)轉(zhuǎn)子泵就不必?fù)?dān)心因苯經(jīng)過加熱會(huì)出現(xiàn)苯蒸氣而產(chǎn)生氣阻情況。

擺動(dòng)轉(zhuǎn)子泵還自帶安全閥，出口一旦超壓時(shí)會(huì)自動(dòng)卸荷，泵前的過濾器避免了物料中的雜質(zhì)進(jìn)入泵體造成泵轉(zhuǎn)子、導(dǎo)芯卡死和磨損。

2.2.2 換熱器

換熱器選用管殼式換熱器，純苯液體走管程，飽和水蒸汽走殼程。根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際情況以及現(xiàn)場(chǎng)安全性選定將純苯液體從5.5℃加熱到60℃，純苯的體積流量為30 m3/h，加熱介質(zhì)采用的是300 kPa的飽和水蒸汽，考慮10%～20%的面積裕量，經(jīng)計(jì)算，加熱器傳熱面積為14.3m2[2-4]。

在實(shí)際加熱過程中，苯揮發(fā)蒸氣可能導(dǎo)致?lián)Q熱器內(nèi)壓力過大，故管程設(shè)置一個(gè)苯蒸氣泄壓處。

2.2.3 鶴管

系統(tǒng)加熱過程苯的流向?yàn)椴圮?泵-換熱器-槽車，因此1套鶴管共有2個(gè)裝卸臂，1個(gè)裝料1個(gè)卸料，共用1個(gè)立柱，插入管用鋁合金管防爆，裝卸合金管上還應(yīng)配備槽車口密封蓋，以避免加熱過程中苯蒸氣外泄。

2.2.4 溫度、壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)

苯的沸點(diǎn)較低，在實(shí)際加熱過程中若加熱溫度過高，很容易導(dǎo)致苯大量蒸發(fā)，從而可能使整個(gè)加熱循環(huán)過程中的管路、換熱器、泵出現(xiàn)壓力過高的現(xiàn)象。因此需要在換熱器出口對(duì)苯的溫度、壓力進(jìn)行集中指示、調(diào)節(jié)、報(bào)警、連鎖等。

苯出口溫度的指示、調(diào)節(jié)、報(bào)警：苯集中監(jiān)測(cè)的溫度測(cè)量元件選用“帶外保護(hù)套+鎧裝熱電阻”和就地加溫溫度變送器。苯出口正常溫度設(shè)為55℃，報(bào)警溫度設(shè)為60℃。當(dāng)溫度達(dá)到60℃，關(guān)閉電磁閥切斷蒸汽進(jìn)入。

苯出口壓力指示、調(diào)節(jié)、報(bào)警：當(dāng)出口壓力高于0.1 MPa，關(guān)閉電磁閥切斷蒸汽進(jìn)入。

循環(huán)系統(tǒng)中其他地方的溫度、壓力適當(dāng)進(jìn)行就地指示，如泵出口壓力，換熱器蒸汽進(jìn)口壓力等，方便現(xiàn)場(chǎng)操作人員識(shí)別。

3 改造效果

3.1 卸車溫度分析

換熱器苯出口溫度的設(shè)定對(duì)苯加溫熔化時(shí)間有直接影響，但從安全卸車的角度，選擇溫度為40～60℃對(duì)槽車苯加溫熔化時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表1。

從表1可以看出，隨著出口溫度增高，相應(yīng)融化時(shí)間也隨之縮短，考慮到當(dāng)溫度超過55℃時(shí)，苯揮發(fā)加大，現(xiàn)場(chǎng)苯蒸氣味道較重，而且苯出口壓力易超壓，故循環(huán)加溫出口溫度宜為55℃。

表1 出口溫度對(duì)苯熔化時(shí)間的影響Tab 1 Effect of outlet temperature onmelting time of benzene

3.2 接卸狀況對(duì)比

改造前加溫方式采用盤管、“L”型管及外掛蒸汽管加蓋蓬布的方式進(jìn)行，以2節(jié)車計(jì)算，每次加溫用時(shí)12 h以上才能熔化接卸，每天接卸量最多4節(jié)車，效率較低。改造后每2節(jié)車采用回流加溫接卸的方式平均用時(shí)約6 h，每天可保持8節(jié)車的接卸量，接卸效率比改造前提高了1倍多。接卸時(shí)間的縮短，也降低了蒸汽消耗量，實(shí)際可節(jié)約1/2。

擺動(dòng)轉(zhuǎn)子泵可代替真空泵用于引液虹吸和掃艙，掃艙效果比改造前增強(qiáng)。改造前每次掃艙后苯槽車殘留余液量在20 kg左右，改造后隨機(jī)抽查了6節(jié)苯槽卸車情況，掃艙后苯槽車殘留余液量見表2。

表2 改造后苯槽車殘留余液量Tab 2 Residual fluid amounts in benzene tank lorry after transforming

由表2可以看出，采用擺動(dòng)轉(zhuǎn)子泵后掃艙效果提高，這樣可以增加苯的接卸收率，以2013年整個(gè)冬季共卸260輛苯槽車計(jì)，一個(gè)冬季可多接卸苯約2.6 t。

3.3 勞動(dòng)用工及安全性

改造前用人工將加熱管送入苯槽內(nèi)，外面還要加蓋蓬布等，需要6名外用工配合卸車。改造后取消了外用工，減輕了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了用工量，從而也減少了作業(yè)過程中蒸汽燙傷、蒸汽盤管直接加熱造成局部過熱使苯大量揮發(fā)的安全風(fēng)險(xiǎn)隱患，以及人暴露在有毒環(huán)境中中毒的概率。

4 結(jié)論及建議

從加溫回流接卸工藝投用實(shí)踐看，選定循環(huán)加溫出口溫度為55℃時(shí)，可以大幅縮短苯熔化時(shí)間，減少了蒸汽的大量消耗；槽車殘留余液量從改造前的20 kg左右降至10 kg左右；減輕了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度和用工量，從而也降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。解決了冬季接卸苯等高凝點(diǎn)介質(zhì)的難題，實(shí)現(xiàn)了冬季苯的安全、快捷、高效卸車，加快了槽車的周轉(zhuǎn)和使用率，滿足了生產(chǎn)的需求。

僅靠槽車口密封蓋不能很好的防止苯揮發(fā)蒸氣的逃逸，所以應(yīng)開發(fā)密閉卸車系統(tǒng)，徹底解決苯蒸氣對(duì)棧臺(tái)周圍環(huán)境的影響。

[1]王清朝,程新軍.對(duì)二甲苯加溫回流卸車工藝[J].化工生產(chǎn)與技術(shù),2012,19(5):53-54.

[2]陳鐘秀,顧飛燕,胡望明.化工熱力學(xué)[M].3版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社.2013:320-321.

[3]盧煥章.石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊(cè)[M].北京:化工出版社,1984:306-307.

[4]李功樣,陳蘭英,崔英德.常用化工單元設(shè)備設(shè)計(jì)[M].廣州:華南理工大學(xué)出版社,2013:13-14.