焦化冷卻水存儲(chǔ)罐的機(jī)械設(shè)計(jì)與儀表配型

劉暢，趙夫超，劉磊

（安慶職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 安慶 246003）

延遲焦化是原油煉制三大環(huán)節(jié)的最后一道工序。減壓渣油在焦炭塔里完成結(jié)焦后，用機(jī)械鉆孔破碎和冷水高壓沖洗的方法讓石油焦碎塊從塔底排出。這種沖洗水稱之為冷焦水，是一種含硫量極高的混合物，原工藝對(duì)焦化冷卻水不做任何精細(xì)化處理，只是簡單地冷卻隔油后排至污水池待凈化并循環(huán)使用，整個(gè)過程為開放式和半密閉式，H2S、揮發(fā)酚等有害物質(zhì)肆意飄散，污染周邊環(huán)境。中石化安慶分公司煉油一部委托相關(guān)設(shè)計(jì)院，對(duì)焦化冷卻水收集系統(tǒng)進(jìn)行整體工藝提升設(shè)計(jì)。作為校企合作的項(xiàng)目之一，該設(shè)計(jì)院機(jī)械設(shè)備科會(huì)同安慶職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電一體化專業(yè)開展了先期論證，并將子項(xiàng)目——儲(chǔ)水罐的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)工作交由在校教師團(tuán)隊(duì)完成。

1 工藝要求及設(shè)計(jì)內(nèi)容

焦化冷卻水從焦炭塔底收集后，通過大功率污水泵輸送至2 座1500m3的儲(chǔ)罐中，進(jìn)行初次預(yù)冷和油水分離，在此過程中由于混合污水的溫度較高，需要對(duì)罐體內(nèi)的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測；因來水量的變化，同時(shí)要對(duì)罐內(nèi)的液位進(jìn)行傳感檢測和現(xiàn)場監(jiān)控，需安裝罐頂雷達(dá)液位計(jì)及沿罐體自下而上的三組玻璃板液位計(jì)；為防止冷卻過程中油水分層后比例失衡，需在罐體三處等分位安裝界位傳感器3 套。檢測數(shù)據(jù)通過DCS 系統(tǒng)遠(yuǎn)傳至中控室。

根據(jù)工藝要求，還需在罐體上設(shè)置入水口，出水口，補(bǔ)液回流口，氮?dú)獬涮钊肟冢塾鸵绯隹?，揮發(fā)氣體釋放口，泡沫滅火劑噴淋口，清掃排污口等，均按HG/T20592-2009的法蘭標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施設(shè)計(jì)。

2 機(jī)械設(shè)計(jì)參數(shù)及自動(dòng)控制環(huán)節(jié)

首先，兩主儲(chǔ)存罐（標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)D-502、D-503）為裙座底，固定頂式儲(chǔ)罐，設(shè)備規(guī)格為DN13000×12000（切線）；主殼體、頭蓋、內(nèi)部構(gòu)件的材質(zhì)均為Q235-B 型鋼板。操作介質(zhì)為油污、焦粉、水和硫化氫的液態(tài)混合物，設(shè)計(jì)壓力為0.00049～0.005MPa(G)，設(shè)計(jì)溫度90℃，本設(shè)備只在操作可接觸部分設(shè)置防燙保溫，保溫厚度50mm，保溫材料為防水泡沫石棉（局部防燙），單臺(tái)設(shè)備總重59.91t（不含各類儀表重量），底板需加錨固螺栓。罐體內(nèi)部防腐采用環(huán)氧云鐵防銹漆加環(huán)氧面漆。該設(shè)備基本結(jié)構(gòu)見圖1 所示。

圖1 焦化冷卻水儲(chǔ)罐基本結(jié)構(gòu)及儀表安裝位

此后，再根據(jù)工藝設(shè)計(jì)的要求，自動(dòng)控制專業(yè)的設(shè)計(jì)內(nèi)容如下。

（1）罐體內(nèi)總液位控制。當(dāng)罐內(nèi)污水達(dá)到設(shè)定液位上限時(shí)，由測量范圍在0 ～11000mm，防爆等級(jí)為Exia ⅡCT6，24V 二線制的雷達(dá)液位計(jì)（首選FMR245-IGCMKAA4A 型）將檢測結(jié)果報(bào)送控制器，入水口前端的調(diào)節(jié)閥輸出動(dòng)作調(diào)節(jié)入水量。

（2）操作介質(zhì)溫度控制。因剛從焦炭塔底收集來的油水混合物實(shí)際溫度超過150℃，當(dāng)來水量過大時(shí)，罐體內(nèi)的介質(zhì)溫度將超過設(shè)計(jì)溫度（90℃），此時(shí)WSS-481W 型萬向型、抽芯式雙金屬溫度計(jì)將檢測結(jié)果報(bào)送控制單元，電動(dòng)執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)補(bǔ)水口管道上安裝的閘閥打開，將已處理完畢的低溫工業(yè)中水迅速補(bǔ)充進(jìn)罐，調(diào)節(jié)介質(zhì)溫度。

（3）油水分層界位控制。運(yùn)用WBL-TV-B/d 型界位傳感器能精確感知罐內(nèi)油水分界面的位置，且響應(yīng)時(shí)間＜0.2s。當(dāng)油水界面高于污油溢出口位置時(shí)會(huì)造成收集的污油中含水量偏高；當(dāng)界面低于隔油板時(shí)則污油無法從溢流口排出，此時(shí)需要繼續(xù)在罐底補(bǔ)充中水或加大上游冷卻熱污水的來水量。此過程仍是靠集散控制器調(diào)節(jié)來水和補(bǔ)水管道的閥門，從而達(dá)到控制界位的目的。

（4）壓力報(bào)警及聯(lián)鎖。當(dāng)罐頂氣相壓力過大時(shí)，YTF-100 型不銹鋼壓力計(jì)通過表壓變送器將信號(hào)傳至控制單元，排氣口的快速關(guān)斷閥打開，釋放部分壓力，并報(bào)警顯示。同時(shí)為保證罐內(nèi)剩余空間油氣混合物的穩(wěn)定性，自動(dòng)沖入氮?dú)膺M(jìn)行保護(hù)。

（5）防火防爆及噴淋。一旦發(fā)生污油自燃的極端情況，溫度、壓力報(bào)警同時(shí)啟動(dòng)，噴淋器直接噴入泡沫滅火劑進(jìn)行緊急處理，并關(guān)斷所有出入口的自動(dòng)閥門。

3 項(xiàng)目意義和總結(jié)

富含硫化氫和揮發(fā)酚的工業(yè)含油污水是煉廠周邊大氣污染的主要來源，將敞開式收集工藝進(jìn)行全流程密閉及無害化處理，是有效控制此類污染物的常用方法，而作為主要設(shè)備的2 座冷卻水儲(chǔ)罐是脫硫除臭改造的核心內(nèi)容之一。該罐體的設(shè)計(jì)作為一個(gè)石化行業(yè)中大型系統(tǒng)性改造工程的子項(xiàng)目，具有主體結(jié)構(gòu)簡單，工藝成熟，自控要求不高，設(shè)計(jì)及建設(shè)周期短等特點(diǎn)，特別適宜于校企合作項(xiàng)目的推進(jìn)和開展。隨著項(xiàng)目的建成投產(chǎn)，也為央企與普通高職院校在小型產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目合作上建立一種積極的探索，提供了有效的經(jīng)驗(yàn)。