乙烯球罐儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的工藝安全設(shè)計(jì)

張國(guó)峰

摘 要：乙烯的用途廣泛，由于其具有容易聚合和爆炸的危險(xiǎn)性，在工程設(shè)計(jì)中必須嚴(yán)格遵守國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范的有關(guān)規(guī)定，以本質(zhì)安全設(shè)計(jì)的理念，全面考慮，精心設(shè)計(jì)，為企業(yè)安全生產(chǎn)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本文介紹了某大型煤化工項(xiàng)目中乙烯球罐儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的工藝流程，對(duì)乙烯球罐儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的工藝安全設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：乙烯；球罐儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)；安全設(shè)計(jì)

1 工藝概述

乙烯工業(yè)發(fā)展水平已成為衡量一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力的重要標(biāo)志之一，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有重要地位。聚乙烯得到了廣泛應(yīng)用，如粘合劑、農(nóng)膜、電線(xiàn)和電纜、包裝（食品軟包裝、拉伸膜、收縮膜、垃圾袋、手提袋、重型包裝袋、擠出涂覆）、聚合物加工（旋轉(zhuǎn)成型、注射成型、吹塑成型）。

MTO技術(shù)生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品氣與傳統(tǒng)石腦油裂解制取得裂解氣相比具有以下特點(diǎn)：①氣體組成中，氫氣和甲烷的含量較少，有利于產(chǎn)品的分離；②氣體組成成分中，烯烴的含量較高；③含碳量高的氣體成分（重組分）非常少；④氣體組成成分中炔烴的含量少；⑤氣體組成中氧化物（主要是：醛、酮、醚）的含量較高，但不含硫化氫氣體。由此可見(jiàn)，MTO技術(shù)下的烯烴分離工藝應(yīng)該針對(duì)產(chǎn)物的特點(diǎn)進(jìn)行具有針對(duì)性的技術(shù)開(kāi)發(fā)，才能更好的進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，得到合格的各項(xiàng)產(chǎn)品。

MTO工藝采用優(yōu)點(diǎn)很多的流化床反應(yīng)器。部分待生催化劑經(jīng)過(guò)用空氣燒焦的連續(xù)再生，可以保持催化劑活性和產(chǎn)品組成不同。工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的催化劑已經(jīng)通過(guò)示范試驗(yàn)，選擇性、長(zhǎng)期穩(wěn)定性和抗磨性都符合要求。流化床反應(yīng)器還具有調(diào)節(jié)操作條件和較好回收反應(yīng)熱的靈活性。這種反應(yīng)器早已廣泛用于煉油廠(chǎng)的催化裂化裝置特別是催化劑再生。反應(yīng)器的操作條件可以根據(jù)目的產(chǎn)品的需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。壓力通常決定于機(jī)械設(shè)計(jì)的考慮，較低的甲醇分壓有利于得到較高的輕烯烴特別是乙烯的選擇性。因此，采用粗甲醇（通?？梢院?0%左右水）作原料，可以得到某些產(chǎn)率優(yōu)勢(shì)。溫度是一個(gè)重要的控制參數(shù)，較高的溫度有利于得到較高的乙烯收率。如果溫度太高，由于生焦過(guò)量，會(huì)降低輕烯烴的總收率。第一代MTO工藝甲醇或二甲醚轉(zhuǎn)化為乙烯碳的選擇性約為75%～80%，乙烯產(chǎn)出比在0.5～1.5之間。在得到最高的總收率、乙烯和丙烯產(chǎn)品差不多等量的情況下，輕烯烴（乙烯+丙烯）的總收率的變化稍高于上述范圍。乙烯產(chǎn)出比在0.75～1.25之間。因此，可以用最少的甲醇得到最高收率的輕烯烴，但乙烯產(chǎn)出比可以根據(jù)市場(chǎng)需求和乙烯的價(jià)格進(jìn)行調(diào)節(jié)。已經(jīng)證實(shí)，用傳統(tǒng)的處理方法可以除去副產(chǎn)品，使乙烯達(dá)到烯烴聚合工藝要求的規(guī)格。事實(shí)上，工業(yè)驗(yàn)證試驗(yàn)已經(jīng)表明，MTO中試裝置生產(chǎn)的乙烯，生產(chǎn)聚烯烴是適用的。

在我國(guó)煤炭資源豐富的地區(qū)，發(fā)展煤基MTO技術(shù)，實(shí)現(xiàn)以乙烯為代表的低碳烯烴生產(chǎn)原料多元化，對(duì)我國(guó)的工業(yè)發(fā)展具有重大意義。未來(lái)的烯烴分離技術(shù)應(yīng)當(dāng)向著裝置能耗低、分離流程簡(jiǎn)化、操作彈性大、進(jìn)料組成適應(yīng)范圍廣、開(kāi)停車(chē)物料損失少的方向發(fā)展。

2 球罐及主流程的安全設(shè)計(jì)

乙烯正常操作溫度為-35℃，操作壓力為1.6MPaG，綜合考慮乙烯球罐采用低溫碳鋼材質(zhì)保冷設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)壓力按2.16MPaG考慮。乙烯的飽和蒸汽壓較高，為防止氣蝕，選擇立式筒袋式離心泵。主體材質(zhì)選擇能耐低溫高壓的材質(zhì)。每座乙烯球罐設(shè)有多點(diǎn)溫度遠(yuǎn)傳、一套雷達(dá)液位計(jì)（帶罐旁就地指示）、一套伺服液位計(jì)、一個(gè)壓力就地指示及遠(yuǎn)傳報(bào)警。罐內(nèi)高高液位聯(lián)鎖關(guān)閉罐進(jìn)料根部緊急切斷閥，低低液位聯(lián)鎖停相關(guān)出料泵。安全而經(jīng)濟(jì)的乙烯貯存方式主要有兩種：一種是加壓（約2.0MPa、-30℃左右）條件下用球罐貯存液態(tài)乙烯，簡(jiǎn)稱(chēng)為加壓法。其單臺(tái)貯存容積大多在1000～2000m3。另一種方式是在常壓低溫條件下用圓柱形罐貯存液態(tài)乙烯（約-103℃），簡(jiǎn)稱(chēng)為低溫法。其單臺(tái)貯存容積可達(dá)數(shù)千至數(shù)萬(wàn)立方米。由乙烯精餾塔C1470側(cè)線(xiàn)采出的乙烯，利用位差送入球罐。在正常操作時(shí)，球罐因冷損失蒸發(fā)的氣體通過(guò)氣相管線(xiàn)返回乙烯精餾塔，因此，球罐的貯存壓力一般均略高于乙烯精餾塔的操作壓力。在乙烯裝置停車(chē)時(shí)，汽化的乙烯通過(guò)冰機(jī)和換熱器制冷，將汽化的乙烯液化后返回乙烯球罐。

3 乙烯球罐儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的工藝安全設(shè)計(jì)

3.1 球罐注水

球罐液相進(jìn)出管道的第一道閥門(mén)破裂而造成液化烴泄漏時(shí)，常通過(guò)球罐液相進(jìn)出管道向球罐內(nèi)注水，使從破裂的閥門(mén)泄漏出的液體是水而不是液化烴，以便搶修，所以包括乙烯在內(nèi)常溫液化烴儲(chǔ)罐應(yīng)采取防止液化烴泄漏的注水措施，注水管道宜采用半固定連接方式。

3.1.1 注水

水源注水系統(tǒng)應(yīng)選擇合適的水源，以確保液化烴儲(chǔ)罐泄漏時(shí)，水質(zhì)、壓力、流量和溫度等符合注水要求。一般情況下，優(yōu)先選用穩(wěn)壓消防給水作為注水水源，如選擇其他水源應(yīng)特別注意水溫，水溫過(guò)高易造成罐內(nèi)壓力升高，險(xiǎn)情加劇。

3.1.2 注水點(diǎn)最小工作壓力

向液化烴儲(chǔ)罐注水，必須提供足夠的壓力來(lái)克服系統(tǒng)阻力，使水能順暢地注入罐內(nèi)，因此，注水系統(tǒng)的最小工作壓力至少應(yīng)同時(shí)考慮罐內(nèi)液化烴最高操作壓力；罐內(nèi)液化烴液位高度所形成的靜壓力；水在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)形成的管道輸送系統(tǒng)摩阻損失：

Pmin=P烴飽+Δh+ΔZ+10-2V2/2g+10-6ρ烴gh

式中，Pmin為注水泵的最小工作壓力，即泵最小揚(yáng)程，MPa；P烴飽為液態(tài)烴最高操作壓力，MPa；Δh為水系統(tǒng)摩擦阻力損失及局部損失，MPa；ΔZ為儲(chǔ)罐泄漏點(diǎn)與泵入口的位能；V為水量的最小流速。一般高壓消防水系統(tǒng)壓力基本穩(wěn)定在0.7～1.2MPa（G），對(duì)于操作壓力低于0.4MPa（G）的液化烴球罐，高壓消防水可以滿(mǎn)足液化烴球罐的注水壓力要求；高壓消防水系統(tǒng)壓力不能保證穩(wěn)定時(shí)，需考慮借用物料泵或設(shè)置專(zhuān)有泵進(jìn)行提壓的方案。對(duì)于操作壓力高于0.4MPa（G）的液化烴球罐，可根據(jù)注水流量及壓力考慮借用工藝泵，工藝泵不能滿(mǎn)足時(shí)，需要設(shè)置專(zhuān)有注水泵完成注水。文中工廠(chǎng)乙烯球罐操作壓力0.3MPa（G），消防管網(wǎng)供水壓力1.0MPa（G），直接采用穩(wěn)壓消防水注水。

3.2 儲(chǔ)罐管口

液化烴球形儲(chǔ)罐的接口，在滿(mǎn)足工藝要求的情況下，盡可能減少球形儲(chǔ)罐底部的接口數(shù)量。球殼上、下極應(yīng)各設(shè)置一個(gè)公稱(chēng)直徑不小于500mm的人孔。液化烴儲(chǔ)罐底部的液化烴出入口管道應(yīng)設(shè)可遠(yuǎn)程操作的緊急切斷閥。緊急切斷閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)有故障安全保障措施。

3.3 管道安全閥的設(shè)置

兩端閥門(mén)關(guān)閉且因外界影響可能造成介質(zhì)壓力升高的液化烴類(lèi)液體管道應(yīng)采取泄壓安全措施。在天氣炎熱時(shí)，液態(tài)乙烯管道兩端閥門(mén)關(guān)閉易導(dǎo)致管道內(nèi)所殘留的液態(tài)乙烯介質(zhì)因太陽(yáng)光曝曬而使壓力急劇升高，造成管道爆裂或閥門(mén)破壞，對(duì)液態(tài)乙烯管道（含氣相和液相管線(xiàn)）設(shè)置安全泄壓閥，泄放的氣態(tài)乙烯可通過(guò)管線(xiàn)回流到球罐內(nèi)或去火炬系統(tǒng)。

3.4 儀表檢測(cè)控制

目前，乙烯球罐儲(chǔ)存在我國(guó)發(fā)展較快，已有越來(lái)越多的煉油廠(chǎng)、化工廠(chǎng)正在建設(shè)或投用。低溫球罐的液位除采用智能伺服式液位計(jì)進(jìn)行遠(yuǎn)傳液位指示及報(bào)警和就地液位指示兩種檢測(cè)方式外，還單獨(dú)設(shè)置了高高液位報(bào)警開(kāi)關(guān)及低低液位報(bào)警開(kāi)關(guān)，高高液位報(bào)警開(kāi)關(guān)與所有進(jìn)料閥連鎖，防止液位超高。當(dāng)出料閥打開(kāi)時(shí)，聯(lián)鎖自動(dòng)解開(kāi)。罐根閥采用控制室遙控及手動(dòng)雙重設(shè)置，火災(zāi)事故時(shí)可在控制室也可在現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)關(guān)閉閥門(mén)。球罐上部設(shè)置壓力遠(yuǎn)傳指示調(diào)節(jié)報(bào)警，可對(duì)球罐的壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)；球罐上部和下部均需設(shè)置溫度指示，方便了解真實(shí)情況?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)置可燃?xì)怏w報(bào)警儀和攝像監(jiān)控設(shè)施，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)泄漏， 防止事故的擴(kuò)大。

4 結(jié)束語(yǔ)

乙烯屬于易燃、易爆介質(zhì)，根據(jù)可燃?xì)怏w火災(zāi)危險(xiǎn)性分類(lèi)乙烯氣體屬于甲類(lèi)物質(zhì)?；は到y(tǒng)在開(kāi)車(chē)、正常運(yùn)行、停車(chē)和事故排放的乙烯一旦泄露，易與空氣形成爆炸性混合物，一旦發(fā)生爆炸造成的后果不堪設(shè)想。因此，工藝系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)十分重要。在進(jìn)行乙烯球罐儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的工藝安全設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)做到嚴(yán)格遵守國(guó)家制定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，結(jié)合介質(zhì)特性充分考慮各種可能的工況，分析可能發(fā)生的危險(xiǎn)，采取相應(yīng)的安全措施，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面綜合考慮優(yōu)化系統(tǒng)，避免安全問(wèn)題的發(fā)生。

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