乙苯裝置地下污油罐D(zhuǎn)607改造及抽出泵P603負(fù)壓吸水罐外形設(shè)計

摘 " " "要：因苯及芳烴類介質(zhì)的高毒性，乙苯裝置設(shè)計有一套地下污油回收系統(tǒng)，將涉及苯及芳烴類介質(zhì)的機(jī)泵、換熱器等低點(diǎn)位置退料至地下污油總線，并最終自壓進(jìn)入地下污油罐D(zhuǎn)607。再利用自吸機(jī)式離心泵P603將地下罐內(nèi)污油輸送至罐區(qū)。因隔膜自吸機(jī)內(nèi)部隔膜易被苯介質(zhì)腐蝕導(dǎo)致漏氣和介質(zhì)溫度經(jīng)常超設(shè)計溫度等原因，機(jī)泵在啟泵時經(jīng)常出現(xiàn)抽空和不上量的情況。2021年將自吸機(jī)改造為負(fù)壓吸水罐，對地下污油罐D(zhuǎn)607進(jìn)行了相應(yīng)改造。介紹了改造方案、投用操作和效果驗證，并對負(fù)壓吸水罐容積外形進(jìn)行了核算。

關(guān) "鍵 "詞：乙苯裝置；離心泵；負(fù)壓吸水罐外形設(shè)計核算；地下污油罐；設(shè)備改造；工藝改造

中圖分類號：TE972 " " "文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A " " "文章編號： 1004-0935（2023）03-0376-04

大慶煉化公司 10 萬t·a-1 干氣制乙苯裝置采用大連化物所DICP催化干氣制乙苯第三代技術(shù)，由中國寰球工程公司遼寧分公司設(shè)計，裝置于 " 2009 年7月成功投產(chǎn)，是當(dāng)時國內(nèi)同類型規(guī)模最大的裝置[1]。

裝置設(shè)有地下污油回收系統(tǒng)，涉及苯及芳烴類介質(zhì)的機(jī)泵、換熱器、反應(yīng)器、塔及容器儲罐均設(shè)有單獨(dú)的退料線。正常生產(chǎn)期間，地下污油罐D(zhuǎn)607主要回收機(jī)泵啟泵前的灌泵介質(zhì)、設(shè)備常規(guī)檢修時退料以及低瓦分液罐回收物料、干氣和燃料氣分液罐的脫液組分[2]。D607液位升高后，通過長軸液下泵P603將物料送至乙苯罐區(qū)烴化液罐G801/G805，經(jīng)沉降脫水后返回裝置回?zé)?。裝置地下污油系統(tǒng)流程如圖1所示。

因禁止液下泵輸送污油水、污水要求的提出[3]，2013年裝置將P603更換為自吸泵，P603選用離心泵，使用的自吸機(jī)是隔膜自吸機(jī)，設(shè)計流量

10 m3·h-1，設(shè)計揚(yáng)程62 m，轉(zhuǎn)數(shù)2 900 r·min-1，設(shè)計壓力0/0.48 MPa（G），設(shè)計溫度40 ℃。

1 "改造原因及內(nèi)容

自吸泵投用后，因使用的自吸機(jī)是隔膜自吸機(jī)，內(nèi)部隔膜被苯介質(zhì)腐蝕導(dǎo)致漏氣，自吸效果不佳，機(jī)泵維修頻次高[4]。本次改造將自吸機(jī)改造為負(fù)壓吸水罐。

通過采樣分析，裝置正常生產(chǎn)情況下地下污油罐D(zhuǎn)607介質(zhì)組成為80%左右的苯以及20%左右的乙苯、丙苯等混合物。夏季介質(zhì)溫度為25～35 ℃，冬季由于投用D607伴熱盤管，介質(zhì)溫度可升高至80～90 ℃（超出P603設(shè)計溫度40 ℃）。由于D607壓力為低瓦管網(wǎng)壓力2.5 kPa，苯在80 ℃下的飽和蒸汽壓為101 kPa，因而在冬季投用罐體伴熱后，地下罐介質(zhì)中的苯氣化，啟P603時易發(fā)生泵抽空 " 現(xiàn)象。

要改造解決這個問題，在啟P603前首先隔離出D607，進(jìn)行氮?dú)獬鋲?，提高苯的沸點(diǎn)，防止介質(zhì)氣化，再啟泵；退料結(jié)束后恢復(fù)原流程。同時由于D607罐體無安全閥，氮?dú)獬鋲簳r存在超壓風(fēng)險，需要增加一套D607氮?dú)鉁p壓閥及安全閥[5]。

2 "改造方案

1）利用原有放空管線引入氮?dú)?，使罐?nèi)壓力增加，介質(zhì)沸點(diǎn)增高。經(jīng)計算，引入0.2 MPa氮?dú)饪墒贡降姆悬c(diǎn)達(dá)到100 ℃以上，設(shè)計引入低壓氮?dú)饨?jīng)減壓閥使壓力自0.4 MPa降至0.2 MPa，減壓閥配套增加壓力表、截止閥及止回閥，如圖2所示。

2）在放低瓦管線上增加一套安全閥，安全閥設(shè)定壓力0.25 MPa，防止罐內(nèi)壓力過高，保證安全 " 運(yùn)行。

3）抽出泵P603使用的隔膜自吸機(jī)，改造為負(fù)壓吸水罐，設(shè)計工作壓力0.25 MPa，外形及尺寸需設(shè)計。

3 "投用及效果

3.1 "投用步驟

具體投用步驟如下：

1）確認(rèn)地下污油罐D(zhuǎn)607液位達(dá)90%～98%；

2）確認(rèn)D607退料至罐區(qū)流程正確；

3） 確認(rèn)虹吸罐所有放空閥已關(guān)閉；

4）確認(rèn)D607安全閥前、后手閥打開；

5）關(guān)閉D607污油入口閥；

6）關(guān)閉D607安全閥副線閥；

7）確認(rèn)D607氮?dú)鉁p壓閥下游閥門已打開；

8）緩慢打開D607氮?dú)鉁p壓閥上游閥門（1扣）；

9）確認(rèn)D607氮?dú)鉁p壓閥閥后壓力表壓力 0.1～0.15 MPa；

10）確認(rèn)D607罐體壓力表壓力0.1～0.15 MPa；

11）啟動泵P603；

12）確認(rèn)收烴化液的儲罐液位和油量平穩(wěn)上升；

13）用對講機(jī)與主控室隨時保持聯(lián)系；

14）確認(rèn)地下污油罐D(zhuǎn)607液位降至25%～30%；

15）停P603；

16）關(guān)閉D607氮?dú)鉁p壓閥上游閥門；

17）打開D607安全閥副線閥；

18）打開D607污油入口閥。

風(fēng)險識別及預(yù)防措施如表1所示。

3.2 "效果驗證

項目于2021年10月份完成施工并投用，投用后效果良好，未再出現(xiàn)機(jī)泵抽空和不上量情況。

4 "負(fù)壓吸水罐外形設(shè)計

現(xiàn)場條件：D607罐體底部吸入管口距離地面H=6.5 m，入口管線DN80，壁厚4.5 mm，正常工況需要將內(nèi)部介質(zhì)（苯、乙苯、水等）抽出送至高度約12 m的罐區(qū)儲罐內(nèi)，相配套的抽出設(shè)備為1臺安裝在地面的離心泵P603，該泵吸上高度6 m，揚(yáng)程62 m，流量10 m3·h-1。將該泵的隔膜自吸機(jī)更換為負(fù)壓引水罐形式，本次改造容積計算和外形設(shè)計 "如下。

4.1 "外形方面

負(fù)壓罐設(shè)計選用首先涉及到容積及相關(guān)尺寸的確定[6]，選定負(fù)壓吸水罐外形為圓柱筒形結(jié)構(gòu)，對稱布置DN80進(jìn)水管口各1個。

4.2 "結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)計算[7]

吸水罐容積V和高度h的計算如圖3所示。其容積由3部分組成。

V=V1+V2+V3。 " " " " " （1）

式中：V —負(fù)壓罐容積，m3；

V1—負(fù)壓罐初次灌滿水時罐內(nèi)空氣的容積，m3；

V2—罐內(nèi)空氣壓強(qiáng)由pa（本地大氣壓）降到p1，兩水面間的容

積，m3；

V3—保護(hù)容積，m3。

計算如下：P603啟泵前將負(fù)壓罐充水至2-2斷面，此時罐內(nèi)空氣壓強(qiáng)為當(dāng)?shù)卮髿鈮簆a，然后啟動水泵正常運(yùn)行，水位降低至3-3斷面，罐內(nèi)壓強(qiáng)降低至p1。

根據(jù)波爾定律：

pa（Vg+V1）=p1（V1+V2）。 " " " "（2）

以0-0斷面為基準(zhǔn)面，寫出斷面0-0和1-1的能量方程：

p_a/γ=H+p_1/γ+v^2/2g+h_ω，

即 " " p_k=pa-p1=γH+（γv^2）/2g+h_ω。 " " （3）

令p_a/（p_（a-） p_k ）=m，將式（3）代入式（2）得：

V2=mVg+（m-1）V1。 " " " " （4）

或 " " "h2=m（d/D）2×L+（M-1）h1。 " " "（5）

將式（4）、式（5）代入式（1）得：

V=m（Vg+V1）+V3。 " " " " " （6）

或 " "h=m[〖（d/D）〗^2×L+h_1 ]+h_3。 " "（7）

式中：pa —本地大氣壓，kPa；

p1 —水泵正常運(yùn)行時罐內(nèi)空氣的絕對壓強(qiáng)，kPa；

pk —水泵正常運(yùn)行時罐內(nèi)真空度，kPa；

Vg—負(fù)壓罐吸水管容積，m3；

H—水池最低設(shè)計水位與吸水管出口間標(biāo)高差，m；

h—負(fù)壓罐總高度，m；

h1、h2、h3—分別與V1、V2、V3對應(yīng)部分的高度，m；

L—負(fù)壓罐吸水管總長度，m；

D—負(fù)壓罐直徑，m；

d —吸水管管徑，m；

hω—吸水管總水頭損失，kPa；

v —吸水管流速，m·s-1；

γ—水的容重，9.8 kN·m-1；

g—重力加速度，9.8 m·s-2。

選用數(shù)據(jù)：L=8.2 m，pa=101 kPa，H=6.5 m， d=0.08 m，v=0.55 m·s-1，hω≈1kPa（入口3處90°彎頭查水力計算手冊得到），h1、h3根據(jù)外形結(jié)構(gòu)自行確定，h1=0.15 m，h3=0.15 m，D=0.65 m。

pk=pa-p1=γH+（γv^2）/2g+h_ω=58.5+0.302 5+1

=59.8 kPa；

m=p_a/（p_（a-） p_k ）=2.45；

Vg=L×S=8.2×3.14×0.082×0.25=0.04 m3；

V1=0.15×3.14×0.652×0.25=0.049 m3；

V3=0.15×3.14×0.652×0.25=0.049 m3；

V=m（Vg+V1）+V3=2.45×（0.04+0.049）+0.049

=0.267 m3；

h=m[〖（d/D）〗^2×L+h_1 ]+h_3=0.82 m；

h/D=1.26。

符合外觀要求，且小于泵的允許吸上真空度，離心泵P603可以連續(xù)使用，以此為依據(jù)進(jìn)行負(fù)壓罐得設(shè)計制造即可滿足要求。

外形設(shè)計結(jié)論：負(fù)壓引水罐的外形為圓柱筒形結(jié)構(gòu)，對稱布置DN80進(jìn)水排水管口各1個，高度0.82 m，直徑0.65 m，底部出口管中心線到罐底高度0.15 m，上部入口管中心線至罐頂0.15 m，罐體壁厚6 mm。當(dāng)然，現(xiàn)場實際并未為依據(jù)此數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計制造，而是購買了機(jī)泵廠家的合格產(chǎn)品且為壓力容器，筆者是對其進(jìn)行核算驗證，目前已經(jīng)將此設(shè)備投入運(yùn)行，運(yùn)行良好。

5 "結(jié)束語

通過地下污油罐D(zhuǎn)607增加氮封和配套安全閥改造，解決了D607冬季運(yùn)行時溫度較高，超過裝置內(nèi)介質(zhì)沸點(diǎn)，介質(zhì)汽化，無法抽出的問題。另一方面，在夏季介質(zhì)溫度在常溫時可以不利用充壓的方法，隨時啟動抽出泵P603，降低操作人員的勞動強(qiáng)度。通過在泵前增加負(fù)壓吸水罐，啟泵不再受隔膜自吸機(jī)的限制，同時降低了此泵的維修次數(shù)，降低了維修工人的勞動強(qiáng)度。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳福存，朱向?qū)W，謝素娟，等.催化干氣制乙苯技術(shù)工藝進(jìn)展[J].催化學(xué)報，2009，30（8）：817-824.

[2] 李巖冰，徐言彪，張鵬飛.干氣制乙苯裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)[J].煉油設(shè)計，1998（1）：12-15．

[3] 玉升．干氣制乙苯裝置危險因素分析[J].中國化工貿(mào)易，2013（3）：233-234.

[4] 孫振飛.干氣制乙苯裝置腐蝕分析與預(yù)防[J].中國化工貿(mào)易，2021（19）：137-138．

[5] 吳振青．干氣制乙苯裝置危險性分析和安全設(shè)計[J].當(dāng)代化工研究，2017（4）：105-106．

[6] 姜文源.氣壓給水技術(shù)[M]．北京：中國建筑工業(yè)出版，1993．

[7] 苗田林，王屹，劉家平.負(fù)壓罐引水裝置設(shè)計要點(diǎn)[J].工業(yè)用水與廢水，2004（5）：63-65.

Modification of Underground Sewage Oil Tank D607 and Shape

Design of Negative Pressure Water Absorption Tank of

Suction Pump P603 in Ethylbenzene Unit

LIANG Yun-he

（PetroChina Daqing Refining and Chemicals Company， Daqing Heilongjiang 163000， China）

Abstract： "Because of the high toxicity of benzene and aromatic medium， an underground sewage oil recovery system has been designed in ethylbenzene device. The discharge line was set at the low point of pumps， heat exchangers and other equipments involving benzene and aromatics media， each discharge line branch was joined to the underground oil bus， and went into the underground sewage tank D607 finally. Then the sewage oil in the underground tank was transported to the tank farm by using the self-priming centrifugal pump P603.Because the internal diaphragm of the diaphragm self-priming machine was easy to be corroded by benzene medium， resulting in air leakage and the medium temperature exceeding the design temperature， abnormal conditions often occurred when the pump P603 was started. The self-priming machine was transformed into a negative pressure suction tank， and the underground sewage oil tank D607 was modified accordingly in 2021. In this paper， the modification scheme， operation and effect verification were introduced， and the shape volume of the negative pressure suction tank was calculated.

Key words： "Ethylbenzene unit; Centrifugal pump; Negative pressure suction tank shape design and accounting; Underground sewage tank; Equipment transformation; Process modification