淺談環(huán)氧乙烷儲罐工藝設(shè)計

張彩霞

（河北華飛科技咨詢有限責任公司，河北石家莊 050000）

淺談環(huán)氧乙烷儲罐工藝設(shè)計

張彩霞

（河北華飛科技咨詢有限責任公司，河北石家莊 050000）

結(jié)合實際項目，主要介紹環(huán)氧乙烷儲罐的工藝設(shè)計和在設(shè)計過程中應(yīng)該注意的主要問題。

環(huán)氧乙烷；儲罐；工藝設(shè)計

1 簡介

環(huán)氧乙烷的爆炸極限的體積分數(shù)是3%～100%，自燃點429℃，沸點10.7℃，沸點10.7℃，并且環(huán)氧乙烷是易燃、易爆的有毒性液體，屬于危險化工品。特別是溫度高于40℃時環(huán)氧乙烷就會發(fā)生聚合反應(yīng)。環(huán)氧乙烷與化工催化劑如堿、氯化鋁、酸、鐵的氧化物、氧化鋁、金屬鉀等接觸時能產(chǎn)生分解或產(chǎn)生聚合反應(yīng)，反應(yīng)過程中會釋放出大量熱量，熱量聚集會導(dǎo)致爆炸的產(chǎn)生。根據(jù)《石油化工設(shè)計防火規(guī)范》（GB50160-2008）標準的規(guī)定，環(huán)氧乙烷的危險程度為甲A類。同時環(huán)氧乙烷是強麻醉劑，能引起急性中毒或慢性中毒，液態(tài)環(huán)氧乙烷如果接觸皮膚會引起皮膚凍傷。

2 儲罐壓力參數(shù)的設(shè)計選取

2.1壓力參數(shù)的設(shè)計與選取

環(huán)氧乙烷的壓力臨界值為7.1941MPa，溫度臨界值為196℃，儲存設(shè)備設(shè)計有外保冷層，按《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》表3-4中，溫度臨界值≥50℃有保冷層但無試驗實測的溫度可查的，工作壓力應(yīng)按照能達到的最高溫度下的飽和蒸汽壓力確定，得出環(huán)氧乙烷50℃的飽和蒸汽壓力為0.3874 MPa；按GB/T13098-2006《工業(yè)用環(huán)氧乙烷》6.3章節(jié)和質(zhì)技監(jiān)鍋字[2000]95號文件的要求，環(huán)氧乙烷儲罐設(shè)計壓力參照條文應(yīng)按0.8MPa選取。

考慮到空罐在首次使用前必須先抽真空再用氮氣進行置換的極限條件，按質(zhì)技監(jiān)鍋字[2000]95號文件的要求還需校核-0.1MPa時罐體的剛度及穩(wěn)定性。

2.2設(shè)計溫度的選取

環(huán)氧乙烷溫度高于40℃時開始聚合，按照質(zhì)技監(jiān)鍋字[2000]95號文件的要求，參照環(huán)氧乙烷罐車的設(shè)計溫度為-10℃～20℃，所以將儲罐的設(shè)計溫度確定為20℃，考慮到夏季環(huán)境溫度有可能達到35℃以上，所以要求設(shè)備外部應(yīng)采取保冷措施。

2.3儲罐殼體材料的選取

由于環(huán)氧乙烷與化工催化劑如堿、氯化鋁、酸、鐵的氧化物、氧化鋁、金屬鉀等接觸時能產(chǎn)生分解或產(chǎn)生聚合反應(yīng)，反應(yīng)過程中會釋放出大量熱量，熱量聚集會導(dǎo)致爆炸的產(chǎn)生，因此儲罐的材料選取應(yīng)排除上述材料，應(yīng)該選用奧氏體不銹鋼S30408（06Cr19Ni10），這種材料應(yīng)符合《承壓設(shè)備用不銹鋼鋼板及鋼帶》GB24511-2009標準中的規(guī)定。

3 工藝控制設(shè)計

3.1溫度控制

由于環(huán)氧乙烷溫度高于40℃時開始聚合，為保證儲罐安全，貯存溫度控制在不高于10℃，為確保環(huán)氧乙烷的低溫儲存，采用罐內(nèi)設(shè)換熱管的制冷方式，并且考慮到冷卻介質(zhì)對換熱管的腐蝕，換熱管材料選用了超低碳S31603（022Cr17Ni12Mo2）奧氏體不銹鋼。根據(jù)儲罐溫度控制冷卻介質(zhì)的流量，同時通過外部裝卸泵對罐內(nèi)介質(zhì)進行循環(huán)，保證儲罐正常的操作溫度。

罐體外保冷材料采用發(fā)泡玻璃，厚度根據(jù)保冷要求確定，保溫外皮采用不銹鋼片作為隔熱層上的保護層。

3.2儲存壓力的控制

因為環(huán)氧乙烷沸點較低，常溫下飽和蒸汽壓力較高（在20℃，環(huán)氧乙烷飽和蒸汽壓為145.91kPa），所以采用低溫加氮封儲存的方法。目的是減少環(huán)氧乙烷蒸汽揮發(fā)和排放對周邊環(huán)境的污染，環(huán)氧乙烷儲存罐有氮氣的加壓保護裝置，當儲罐內(nèi)環(huán)氧乙烷外送，儲罐內(nèi)壓力下降時，氮氣調(diào)節(jié)閥自動打開向罐內(nèi)補充氮氣；當向儲罐內(nèi)進料時，應(yīng)先打開泄放閥再進料，此時少部分含有環(huán)氧乙烷的氮氣通過泄放管道送至吸收罐進行處理。

圖1　工藝流程簡圖

4 安全設(shè)計

4.1安全泄放系統(tǒng)

（1）根據(jù)SH/T 3007-2007《石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計規(guī)范》采用安全閥與爆破片串聯(lián)使用的安全泄放裝置，且應(yīng)在安全閥與爆破片之間安裝可供在線校驗使用的四通組件接口。為確保儲罐在任何時候都能滿足泄放要求，可安裝兩套上述裝置。

（2）在環(huán)氧乙烷儲罐與卸車鶴管、裝卸泵之間的管道有可能形成封閉管路的管道上設(shè)置了安全閥，防止管道超壓造成事故。

（3）在卸車鶴管、裝卸泵與儲罐相關(guān)的管道的終端設(shè)置氮氣吹掃，防止聚合物堵塞管道。

（4）安全泄放裝置排放的氣體統(tǒng)一匯集送至吸收裝置吸收處理。

4.2聯(lián)鎖控制系統(tǒng)

（1）采用低溫儲存，降低了環(huán)氧乙烷的分壓并防止環(huán)氧乙烷發(fā)生聚合，儲罐上設(shè)置溫度指示、記錄和高溫報警，確保罐內(nèi)溫度穩(wěn)定在儲存低溫范圍內(nèi)。

（2）儲罐上設(shè)置液位指示、記錄和高、低液位報警，當儲罐通過卸車鶴管與泵向儲罐送料時，儲罐液位設(shè)置高高液位聯(lián)鎖切斷進料閥并停泵；當儲罐通過泵向車間送料時，儲罐液位設(shè)置低低液位聯(lián)鎖切斷罐底閥并停泵。

（3）儲罐溫度與儲罐內(nèi)換熱管進口調(diào)節(jié)閥聯(lián)鎖，保證儲罐溫度穩(wěn)定在儲存低溫范圍內(nèi)。

4.3其他安全措施

（1）儲罐的充裝系數(shù)不大于0.79kg/l，在綜合考慮生產(chǎn)要求、供應(yīng)能力以及滿足最大儲量與防火安全距離的要求來確定儲罐的容積，并且考慮發(fā)生事故時，事故罐內(nèi)的物料能夠?qū)肫渌麅迌?nèi)，以便減少事故危險和物料損失，因此在滿足生產(chǎn)需要的前提下，設(shè)置了物料罐與備用罐兩個儲罐，且兩個儲罐采用相同的安全措施。

（2）卸車使用帶有氣體平衡裝置的卸車鶴管，并且鶴管與罐車連接管道采用不銹鋼金屬波紋軟管。

（3）接管法蘭選用HG/T20592-2009中的WN帶頸對焊法蘭，并采用標準中II級鍛件標準，法蘭密封面選用凹凸面形式，密封墊片采用HG/T20610-2009中0Cr18Ni9和填充材料為聚四氟乙烯的纏繞墊片。

5 操作注意事項

（1）環(huán)氧乙烷儲罐首次進料前，儲罐必須用氮氣置換，置換用的氮氣純度應(yīng)不低于99.9%，分析合格后方可進料。并且儲罐配套的卸車鶴管和裝卸泵與儲罐相關(guān)聯(lián)的管道也要一起進行置換。

（2）環(huán)氧乙烷儲罐氮封用氮氣管道不應(yīng)與其他壓力儲罐氮封氮氣管道共用一條主管，需共用時必須采取防止其他儲罐氣體倒入環(huán)氧乙烷儲罐內(nèi)的措施。

（3）如環(huán)氧乙烷儲罐發(fā)生泄漏，用足夠水進行稀釋，并將污水單獨排到環(huán)氧乙烷事故收集池中。

（4）環(huán)氧乙烷儲罐裝卸完畢后，相關(guān)管道內(nèi)的物料要用氮氣吹掃干凈，避免管道內(nèi)的物料長時間停滯發(fā)生聚合。

（5）環(huán)氧乙烷儲罐送車間管道配置冷凍水伴管，防止長距離輸送管道溫度升高造成管道內(nèi)環(huán)氧乙烷聚合。

6 結(jié)論

總之，針對環(huán)氧乙烷的易燃、易爆、易發(fā)生聚合反應(yīng)和高度危害的特殊性，環(huán)氧乙烷儲罐的設(shè)計在工藝控制和安全設(shè)計上要安全可靠，防止事故發(fā)生。

[1] GB/T 13098-2006，工業(yè)用環(huán)氧乙烷[S].

[2] SH/T 3007-2007，石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計規(guī)范[S].

[3] HG/T 21608-2012，液體裝卸臂工程技術(shù)要求[S]

Ethylene Oxide Tank Process Design

Zhang Cai-xia

This paper mainly introduces the process design of epoxy ethane storage tank and the main problems in the design process，which is based on the actual project.

ethylene oxide；storage tank；process design

TQ223.26

A

1003-6490（2016）01-0120-02

2015-01-20

張彩霞（1980—），女，河北石家莊人，化工工程師，主要從事工藝設(shè)計工作。