液氨球罐安全閥排放氣處理改造

石春發(fā)

（云南云天化紅磷化工有限公司，云南 開遠 661600）

云南云天化紅磷化工有限公司（以下簡稱公司）液氨罐區(qū)共有4 個液氨球罐。其中2 個單罐全容積均為400 m3，稱為1#、2#球罐，于1992 年投用；另外2個單罐全容積均為1 000 m3，稱為3#、4#球罐，于2001年投用。原所有球罐的安全閥均無放空吸收裝置，整個罐區(qū)構成了一級重大危險源。《石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范》（GB 50160—2018）中5.5.10 規(guī)定：“氨的安全閥排放氣應處理后放空”。公司液氨球罐必須增加安全閥排放氣氨吸收處理系統(tǒng)，為此公司針對液氨球罐放空氣回收做了改造，筆者對此次改造做簡要總結。

1 改造方案選擇

1.1 液氨球罐概況

公司2 個1 000 m3液氨球罐的設計壓力均為1.76 MPa，每個球罐設置2 只安全閥，安全閥的口徑為DN100，整定壓力（ps）為1.70 MPa，回座壓力為1.445 MPa。2個400 m3液氨球罐的設計壓力均為1.57 MPa，每個球罐設置2只安全閥，安全閥的口徑為DN80，整定壓力1.55 MPa，回座壓力為1.318 MPa。以上安全閥放空均直接排放在大氣中。

1.2 安全閥排放量計算

因4 個液氨球罐使用時間比較長，找不到安全閥排放量相關資料，因此本次改造最大的難點為安全閥排放能力的計算。為確定安全閥排放氣吸收裝置能力，對4 個球罐的單個安全閥的排放量進行計算。根據(jù)《壓力容器設計手冊》［1］3-8-4計算公式計算安全閥的排放能力Ws：

安全閥銘牌顯示，3#、4#球罐安全閥最小流道直徑為65 mm，1#、2#球罐安全閥最小流道直徑為50 mm，則3#、4#球罐安全閥最小排氣截面積A1=3 316.6 mm2，1#、2#球罐安全閥最小排氣截面積A2=1 962.5 mm2。

查《小合成氨廠工藝技術與設計手冊：下冊》［2］，氨氣絕熱系數(shù)k=1.313，根據(jù)《壓力容器》（GB 150—2011）［3］中安全閥氣體特性系數(shù)取值表，當氣體絕熱系數(shù)k=1.313時，氣體特性系數(shù)C=346。

安全閥銘牌顯示，公司液氨球罐所使用的安全閥排放系數(shù)K為0.7。

3#、4#球罐安全閥的排放壓力pd1= 1.1ps+ 0.1 MPa = 1.97 MPa，1#、2#球罐安全閥的排放壓力pd2=1.805 MPa。

查《壓力容器設計手冊》壓縮系數(shù)Z圖可得Z= 0.77。取排放壓力1.7 MPa 下氨的飽和溫度40 ℃計算（T=313 K）。

3#、4#球罐單個安全閥的排放能力按（1）式計算：

Ws1= 7.6×10-2×3 316.6×346×0.7×1.97×［17/（0.77×313）］1/2kg/h=31 941.75 kg/h。

1#、2#球罐單個安全閥的排放能力按（1）式計算：

Ws2= 7.6×10-2×1 962.5×346×0.7×1.805×［17/（0.77×313）］1/2kg/h=17 317.54 kg/h。

1.3 吸收水量的確定及排水設計

根據(jù)事故發(fā)生概率，本吸收裝置只考慮收集處理體積最大的球罐單個安全閥起跳時的排放量，即1 000 m3球罐安全閥排放量。根據(jù)1.2節(jié)計算結果排放量約為32 000 kg/h，根據(jù)氨在水中的溶解及放熱情況計算，事故時理論需要水量為356 m3/h。考慮事故時放空較為激烈以及吸收效率，設計事故時實際供水量為理論需要水量的1.2倍，按420 m3/h供給考慮。

洗滌水溫度按20 ℃計算，在此工況下排水溫度約50 ℃，w（NH3）約5.2%。此氨水無法回收，因此設計為事故時排放的廢水，經(jīng)過地溝，送至全廠事故水池處理。

1.4 吸收流程及主要設備尺寸

根據(jù)計算結果和實際情況，本次改造采用兩級洗滌，一級為文丘里洗滌，二級為填料塔洗滌。事故時液氨球罐安全閥排放氣先進入文丘里吸收器，部分氣氨被吸收后再進入氣氨吸收塔，吸收后排至大氣。每個液氨球罐安全閥后設置一個壓力表作為啟動裝置，工藝水上水管設置氣動閥以及手動旁路，氣動閥與每個液氨球罐安全閥后設置的壓力表聯(lián)鎖，當液氨球罐安全閥開啟時，氣動閥開啟，工藝水分別進入文丘里吸收器和氣氨吸收塔，噴淋吸收氨后的稀氨水排至污水地下管，送至公司污水處理，具體流程見圖1。

圖1 液氨球罐安全閥排放氣吸收流程

按照規(guī)范要求，氣氨吸收塔吸收后排放口高度須高于液氨球罐頂部安全閥出口3 m，該區(qū)域球罐最高點約16 m，因此吸收塔排放口距地面高度定為25 m。該吸收裝置的主要設備規(guī)格及材質(zhì)見表1。

表1 主要設備一覽表

1.5 改造后系統(tǒng)運行方式

4 個球罐安全閥回收管線上均設有壓力監(jiān)測點，只要其中一個壓力監(jiān)測點的壓力達到0.1 MPa，氣氨回收聯(lián)鎖動作，吸收裝置工藝水管切斷閥打開；當球罐壓力降低至安全閥回座壓力時，安全閥關閉后，手動復位氣動蝶閥聯(lián)鎖，上水蝶閥關閉，聯(lián)鎖恢復投用狀態(tài)。

當壓力排放至安全閥復位壓力時，安全閥未復位，需要手動關閉事故球罐頂部安全閥根部截止閥，更換安全閥。直至手動復位氣動蝶閥聯(lián)鎖，上水蝶閥關閉，聯(lián)鎖恢復投用狀態(tài)。

當向吸收塔排放氣氨，未達到壓力聯(lián)鎖動作值時，手動打開氣動蝶閥旁路閘閥，洗滌吸收氣氨。

2 結語

采用增加吸收塔方式回收事故狀態(tài)下氣氨，理論和實踐上可行，符合公司液氨球罐實際狀況。公司液氨球罐加裝氣氨吸收裝置后，增加了公司的安全應急設施，降低了安全環(huán)保風險，因此是十分有必要的。