火炬氣凝液緩沖系統(tǒng)的設(shè)計

曹曉娟 賈金潔

東華工程科技股份有限公司 合肥 230024

火炬氣凝液緩沖系統(tǒng)的設(shè)計

曹曉娟*賈金潔

東華工程科技股份有限公司 合肥 230024

介紹火炬氣凝液緩沖系統(tǒng)的組成、工作原理及設(shè)計要點。與傳統(tǒng)的火炬氣分液系統(tǒng)相比，采用液體緩沖系統(tǒng)代替凝液輸送泵，具有安全性好、維護費用低等優(yōu)點，該系統(tǒng)尤其適用于北方寒冷地區(qū)?；鹁鏆饽壕彌_系統(tǒng)為火炬氣凝液儲存和輸送提供了另一種選擇。

分液系統(tǒng) 液體緩沖罐 工作原理 設(shè)計要點

在煤化工裝置中，火炬氣排放系統(tǒng)一般由火炬氣總管、火炬氣分液罐、水封罐、高架火炬等組成。其中，分液罐的作用是移除火炬排放氣中的液體、固體，避免大量液滴被夾帶到火炬頭形成火雨[1]。火炬分液系統(tǒng)是整個火炬系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行的重要保障。

常規(guī)的火炬氣分液系統(tǒng)一般由火炬氣分液罐、凝液輸送泵、閥門及相應的儀表等組成。在正常操作工況下，火炬氣分液罐中沒有液位或液位很低，凝液輸送泵長期處于停機狀態(tài)。

火炬氣分液罐分離出來的液體成分較復雜，一般含有H2S、CO等高度危害介質(zhì)和H2等易燃易爆介質(zhì)，在開啟凝液輸送泵前需要進行排凈氣體的操作，會有一部分可燃、有毒介質(zhì)釋放出來，如操作不當會引起爆炸。另外，我國的大型煤化工項目多分布在北方寒冷地區(qū)，凝液輸送泵進出口管道及泵本體可能發(fā)生結(jié)凍現(xiàn)象，從而影響凝液輸送泵的安全運行。由于進凝液輸送泵的液體多處于飽和狀態(tài)，凝液輸送泵易發(fā)生汽蝕。在實際生產(chǎn)中，凝液輸送泵的維護和保養(yǎng)也需要耗費人力、物力。

為了解決火炬凝液輸送泵存在的安全、投資及維修保養(yǎng)等問題，本文介紹一種能夠方便、快速排走火炬氣分液罐中液體的火炬氣凝液緩沖系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)組成

該火炬氣凝液緩沖系統(tǒng)見圖1。

系統(tǒng)主要包括火炬氣分液罐和液體緩沖罐?；鹁鏆夥忠汗薜牡撞亢鸵后w緩沖罐之間設(shè)置有連接 管道1，利用連接管道1，火炬氣分液罐中的液體通過重力自流至液體緩沖罐，該管線上設(shè)置有切斷閥5?；鹁鏆夥忠汗薜捻敳亢鸵后w緩沖罐頂部之間設(shè)置有平衡管2，用于保證在凝液由火炬氣分液罐排向液體緩沖罐時，火炬氣分液罐和液體緩沖罐之間的壓力相同。平衡管2上設(shè)置有切斷閥6。液體緩沖罐底部設(shè)置有凝液排出管線3與外部的凝液接收系統(tǒng)相連，排出管線3上設(shè)置有切斷閥7和止回閥8。另外，液體緩沖罐和外部的氮氣管線之間也設(shè)置有連通管線4，用于液體緩沖罐充壓使用。連通管線4上設(shè)置有切斷閥9。

圖1 火炬氣凝液緩沖系統(tǒng)組成

在液體緩沖罐一側(cè)，還設(shè)置有液位測量及報警系統(tǒng)10，當液體緩沖罐的液位高于或低于設(shè)定值后，液位計發(fā)出高報警或低報警信號。

液體緩沖罐為壓力容器，在液體緩沖罐上部，還設(shè)置安全閥11。

該火炬氣凝液緩沖系統(tǒng)中火炬氣分液罐的布置高度要高于液體緩沖罐，以便火炬氣分液罐中的液體能夠在重力的作用下順暢的流入液體緩沖罐中。

2 工作原理

在火炬系統(tǒng)正常工作時，打開切斷閥5、6，關(guān)閉切斷閥7、9。此時火炬氣分液罐和液體緩沖罐連為一個整體，由于設(shè)置平衡管2，火炬氣分液罐和液體緩沖罐的壓力相同，火炬氣分液罐中的液體可以通過連接管道1，在重力的作用下自流到液體緩沖罐中。

當火炬氣分液罐中的液位達到高報警值時，此時關(guān)閉切斷閥5、6，打開切斷閥9，將外部的氮氣引入液體緩沖罐。隨著氮氣的進入，液體緩沖罐的壓力會緩慢升高，當液體緩沖罐的壓力達到一定值(此數(shù)值根據(jù)凝液接收系統(tǒng)的背壓確定)，比如3bar(G)時，打開液體分液罐底部的切斷閥7，可以將液體緩沖罐中的液體排至凝液接收裝置。

當液體緩沖罐中的液位達到低報警值時，關(guān)閉切斷閥7、9，打開切斷閥5、6，此時火炬氣分液罐和液體緩沖罐再次連為一個整體，火炬氣分液罐中的液體通過重力自流至液體緩沖罐，從而開始下一個循環(huán)。

3 火炬氣凝液緩沖系統(tǒng)的設(shè)計

本火炬氣凝液緩沖系統(tǒng)無轉(zhuǎn)動設(shè)備，排液方案簡單、可靠，特別適用于我國北方寒冷地區(qū)。其設(shè)計要點如下：

3.1 液體緩沖罐尺寸

液體緩沖罐尺寸計算的依據(jù)是液體流量及停留時間。液體緩沖罐的內(nèi)部空間包括氣相空間和液相空間。在正常工作條件下，火炬氣分液罐中的液體是直接排放到液體緩沖罐的，液體緩沖罐的液相容積可以理解成是火炬氣分液罐的液相容積。根據(jù)《石油化工可燃性氣體排放系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》SH 3009-2013中第8.1.8節(jié)：分液罐的容積應為氣液分離所需的容積和火炬氣連續(xù)排放20min～30min所產(chǎn)生的凝結(jié)液所需要的體積之和[2]。因此，液體緩沖罐中液相體積可按照SH 3009-2013所規(guī)定的火炬氣連續(xù)排放20min～30min所產(chǎn)生的凝結(jié)液所需要的體積進行計算。

液體緩沖罐的氣相空間，可按照氣液分離器的氣相空間考慮，因為液體排出液體緩沖罐的過程，實際是一個氣液分離的過程。根據(jù)HG/T 20570.8 -95第2.3.1節(jié)規(guī)定，氣相空間的高度(罐頂至最大液面的高度)不應小于300mm[3]。

確定了液相體積和氣相體積后，兩者的加和就是液體緩沖罐的容積。

液體緩沖罐的長徑比C可按照HG/T 20570.8 -95第2.3.1節(jié)規(guī)定：

C=LT/DT=2～4

式中，LT，DT分別為圓柱部分的長度和直徑，m。

一般推薦值為2.5。

3.2 液體緩沖罐的伴熱

為保證液體緩沖罐在寒冷氣候條件下的正常工作，液體緩沖罐應設(shè)置蒸汽伴熱并保溫，防止液體緩沖罐內(nèi)部的液體結(jié)凍，影響火炬分液系統(tǒng)，甚至火炬氣排放系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

3.3 火炬氣分液罐和液體緩沖罐的布置

火炬氣分液罐中的液體是通過重力自流至液體緩沖罐的，為保證液體能夠順暢的流入液體緩沖罐，火炬氣分液罐的罐底標高應高于液體緩沖罐的最高控制液位標高。

3.4 液體緩沖罐的液位控制

本火炬氣凝液緩沖系統(tǒng)中，液體緩沖罐中的液體是通過外部氮氣加壓排出的。為防止氣體串入凝液排放管道，造成凝液排放管道振動，因此，對液體緩沖罐的液位進行合理控制是系統(tǒng)安全運行的重要環(huán)節(jié)。本系統(tǒng)中的閥門7采用自控閥門，通過液位計10對閥門7進行自動調(diào)節(jié)，從而控制液體緩沖罐中的液位，這比人工操作更可靠。

3.5 其它

(1)連接管道1應插入液體緩沖罐底部，建議距底部150 mm～200mm。

(2)液體緩沖罐底部應設(shè)置積液包，連接管道3應與積液包底部相連，以保證液體緩沖罐中的液體能夠盡最大可能排出。

(3)連接管道3上應設(shè)置止回閥，防止液體緩沖罐壓力降低后，連接管道3后面的液體倒流至液體緩沖罐。

(4)連接管道2應設(shè)置到液體緩沖罐的頂部。

(5)安全閥的起跳壓力不得低于外來氮氣可能達到的最大壓力。

(6)由于火炬分液罐布置高于凝液緩沖罐，對于大型煤化工項目，其凝液緩沖罐容積可能會做得比較大，造成火炬分液罐的標高較高，從而導致火炬總管無法坡入到液體緩沖罐。此問題在設(shè)計中應具體考慮，建議此工況下降低液體緩沖罐的標高，如將液體緩沖罐布置在0.000平面以下。

(7)本系統(tǒng)閥門的關(guān)聯(lián)性比較強，如采用人工控制，則存在可靠性和人工控制反應時間較慢的問題，本系統(tǒng)的閥門5、6、7、9均可采用自控閥門進行操作，既縮短反應時間，又提高系統(tǒng)的可靠性。

4 結(jié)語

本文中提到的火炬氣凝液緩沖系統(tǒng)，與采用凝液輸送泵排出火炬氣分液罐中液體的方案相比，具有如下特點：采用液體緩沖罐代替凝液輸送泵，

消除了凝液輸送泵易發(fā)生汽蝕的狀況，省去凝液輸送泵的維修和保養(yǎng)環(huán)節(jié)，降低裝置的運行和維護費用。

本系統(tǒng)比采用凝液輸送泵排出火炬氣分液罐中的液體，操作更簡單，方便。

綜上所述，本文介紹的火炬氣凝液緩沖系統(tǒng)為凝液儲存和輸送提供了另一種選擇，可根據(jù)具體工況進行選擇和使用。

1 羅方敏.化工裝置火炬分液罐工藝設(shè)計[J]. 廣東化工，2013 40(13)：210.

2 SH3009-2013,石油化工可燃性氣排放系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范[S].

3 HG/T 20570-95,工藝系統(tǒng)工程設(shè)計技術(shù)規(guī)定[S].

2016-12-21)

*曹曉娟：工程師。2008年畢業(yè)于南京工業(yè)大學工學化工機械專業(yè)獲碩士學位。從事化工工程設(shè)計工作。聯(lián)系電話(0551)63693380， E-mail:caoxiaojuan@chinaecec.com。