范叢峰, 張夢(mèng)華

(華東理工大學(xué)工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200237)

可燃介質(zhì)低壓儲(chǔ)罐氮封系統(tǒng)設(shè)計(jì)和呼吸氣量的計(jì)算

范叢峰, 張夢(mèng)華

(華東理工大學(xué)工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200237)

在可燃介質(zhì)低壓儲(chǔ)罐上設(shè)置氮封系統(tǒng)，合理設(shè)定安全裝置壓力，減少氣相揮發(fā)，避免發(fā)生燃燒爆炸。進(jìn)氣閥和泄氣閥分別起“吸入”、“呼出”作用，防止儲(chǔ)罐抽空或者超壓。結(jié)合工程實(shí)例，介紹進(jìn)氣量和泄氣量的計(jì)算方法，對(duì)調(diào)節(jié)閥選型提供依據(jù)。

可燃介質(zhì);低壓; 氮封；呼吸；計(jì)算

石油化工企業(yè)經(jīng)常儲(chǔ)存可燃、易爆、有毒的化工原料，為減少氣相揮發(fā)，防止其和氧氣接觸進(jìn)而發(fā)生燃燒爆炸，通常采用氮?dú)庾鳛樵搩?chǔ)罐的保護(hù)氣體[1]。某項(xiàng)目以乙酸乙酯作為氯化反應(yīng)的一股反應(yīng)原料，該原料用低壓儲(chǔ)罐存儲(chǔ)。

1 氮封系統(tǒng)設(shè)計(jì)

查物性MSDS，乙酸乙酯飽和蒸汽壓為13.33kPa(27℃),該儲(chǔ)罐進(jìn)行微正壓儲(chǔ)存，操作壓力為0.014MPaG。乙酸乙酯可燃、易爆，為防止其和氧氣接觸，避免發(fā)生燃燒爆炸，采用氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣體，同時(shí)乙酸乙酯有毒，為滿足環(huán)保及安全要求，其呼出氣體進(jìn)入吸收塔進(jìn)行吸收處理。采用兩個(gè)自力式調(diào)節(jié)閥[2]以及安全閥作為安全系統(tǒng)，也可以采用兩個(gè)調(diào)節(jié)閥以及壓力檢測(cè)元件代替自力式調(diào)節(jié)閥，其工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程

當(dāng)儲(chǔ)罐對(duì)外出料時(shí)，罐內(nèi)液位下降，氣相空間變大；或者由于外界溫度降低，罐內(nèi)氣體冷凝或者收縮；從而氣相壓力下降。當(dāng)下降到進(jìn)氣閥的設(shè)定壓力0.014MPaG時(shí)，進(jìn)氣閥開啟，向儲(chǔ)罐輸入氮?dú)?，降低氣相中乙酸乙酯的分壓，減少其物料揮發(fā)。

當(dāng)槽車對(duì)儲(chǔ)罐卸料時(shí)，罐內(nèi)液位上升，氣相空間變小；或者由于外界溫度升高，罐內(nèi)氣體膨脹；從而氣相壓力上升。當(dāng)壓力上升到泄氣閥的設(shè)定壓力0.02MPaG時(shí)，泄氣閥開啟，向外界排出以氮?dú)鉃橹鞯臍怏w，該氣體進(jìn)入吸收塔處理達(dá)標(biāo)后對(duì)外排放。此時(shí)進(jìn)氣閥與泄氣閥猶如呼吸閥的“吸入”、“呼出”，防止儲(chǔ)罐抽空或者超壓，保證儲(chǔ)罐的正常操作壓力。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，儲(chǔ)罐因受熱引起罐內(nèi)液體蒸發(fā)量急劇增加，此時(shí)安全閥開啟向罐外泄放物料，以避免因超壓而損壞儲(chǔ)罐[3-4]。

2 進(jìn)氣量計(jì)算

在美國(guó)石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)API標(biāo)準(zhǔn)2000《常壓和低壓儲(chǔ)罐的放空》[5]中，儲(chǔ)罐氮?dú)鈿夥庋b置的進(jìn)氣量應(yīng)不小于由于出料泵泵出儲(chǔ)罐內(nèi)液體所需的補(bǔ)充氣體量和由于外界氣溫變化而產(chǎn)生的儲(chǔ)罐內(nèi)氣體冷縮所需補(bǔ)充的氣體量之和。

(1)出料泵泵出儲(chǔ)罐內(nèi)液體所需的補(bǔ)充氣體量即為泵的最大輸出流量。

Vip=Vpe

(1)

式中:Vip為泵出儲(chǔ)罐內(nèi)液體所需的補(bǔ)充氣體量，m3/h；Vpe為泵的最大輸出流量，m3/h。

(2)由于外界氣溫下降而產(chǎn)生的儲(chǔ)罐內(nèi)氣體冷縮所需補(bǔ)充的氣體量。

(2)

式中:VIT為氣溫下降而產(chǎn)生的儲(chǔ)罐內(nèi)氣體冷縮所需補(bǔ)充的氣體量，m3/h；C為系數(shù)，取決于氣相壓力，儲(chǔ)存溫度以及項(xiàng)目所在地緯度,具體見表1；Vtk為儲(chǔ)罐體積，m3；Ri為保溫系數(shù)，不保溫時(shí)Ri取值為1，儲(chǔ)罐全部保溫時(shí)Ri=Rin。

(3)

式中:h為儲(chǔ)罐內(nèi)部傳熱系數(shù)，W/(m2.℃)，對(duì)于大部分儲(chǔ)罐而言，取值為4；λin為保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m.℃)；lin為保溫厚度，m。

表1 C系數(shù) c factor

乙酸乙酯儲(chǔ)罐的容積為45m3，存儲(chǔ)溫度為25℃，泵的最大流量為12m3/h，保溫材料為巖棉，導(dǎo)熱系數(shù)為0.04W/(m.℃)，保溫厚度為0.05m，項(xiàng)目所在地的緯度為32°，通過計(jì)算得出總的進(jìn)氣量Vi。

Vi=Vip+VIT

(4)

3 泄氣量計(jì)算

在美國(guó)石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)API標(biāo)準(zhǔn)2000《常壓和低壓儲(chǔ)罐的放空》[5]中，儲(chǔ)罐氮?dú)鈿夥庋b置的泄氣量應(yīng)不小于由于進(jìn)料泵泵入儲(chǔ)罐內(nèi)液體所需的排放氣體量和由于外界氣溫變化而產(chǎn)生的儲(chǔ)罐內(nèi)氣體膨脹所需排放的氣體量之和。

(1)進(jìn)料泵泵入儲(chǔ)罐內(nèi)液體所需的排放氣體量即為泵的最大輸入流量。

Vop=Vpf

(5)

式中:Vop為泵入儲(chǔ)罐內(nèi)液體所需的排放氣體量，m3/h；Vpf為泵的最大輸入流量，m3/h。

(2)由于外界氣溫上升而產(chǎn)生的儲(chǔ)罐內(nèi)氣體膨脹所需排放的氣體量。

(6)

式中，VOT為氣溫上升而產(chǎn)生的儲(chǔ)罐內(nèi)氣體膨脹所需排放的氣體量，m3/h；Y為系數(shù)，取決于項(xiàng)目所在地緯度,具體見表1；Vtk為儲(chǔ)罐體積，m3；Ri為保溫系數(shù)，不保溫時(shí)Ri取值為1，儲(chǔ)罐全部保溫時(shí)Ri=Rin，具體見公式3。

表2 Y系數(shù) Y factor

乙酸乙酯儲(chǔ)罐的容積為45m3，存儲(chǔ)溫度為25℃，泵的最大流量為12m3/h，保溫材料為巖棉，導(dǎo)熱系數(shù)為0.04w/(m.℃)，保溫厚度為0.05m，項(xiàng)目所在地的緯度為32°，通過計(jì)算得出總的出氣量VO。

V0=Vop+VOT

(7)

經(jīng)過計(jì)算得出進(jìn)氣閥和泄氣閥的氣體量，且進(jìn)氣閥閥前氮?dú)鈮毫?.10.MPaG，閥后定壓為0.014MPaG；泄氣閥閥前定壓為0.02.MPaG，閥后根據(jù)背壓反推為0.015MPaG；這些數(shù)據(jù)對(duì)調(diào)節(jié)閥的選型提供依據(jù)。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)在乙酸乙酯低壓儲(chǔ)罐上設(shè)置氮封裝置，合理設(shè)定進(jìn)氣閥和泄氣閥的設(shè)定壓力，減少氣相揮發(fā)，避免發(fā)生燃燒爆炸。

(2)進(jìn)氣閥和泄氣閥分別起“吸入”、“呼出”作用，防止儲(chǔ)罐抽空或者超壓。

(3)為滿足環(huán)保及安全要求，其呼出氣體進(jìn)入吸收塔進(jìn)行吸收處理達(dá)標(biāo)后對(duì)外排放。

(4)結(jié)合工程實(shí)例，介紹進(jìn)氣量和泄氣量的計(jì)算方法。

(5)進(jìn)氣閥和泄氣閥的氣體量以及閥前閥后的壓力，對(duì)調(diào)節(jié)閥選型提供依據(jù)。

[1] 化工部工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)中心站.HG/T 20570.16-1995, 氣封的設(shè)置[S]. 北京：化工部工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)編輯中心，1996.

[2] 武興華.自力式調(diào)節(jié)閥在氮封系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]．揚(yáng)子石油化工，2007 (4):4-7．

[3] 徐頂旺.氮封設(shè)計(jì)中氮封供氣量計(jì)算方法的研究[J]．化工設(shè)計(jì)，2012,22(5):13-15．

[4] 王佰亮.石油化工常壓及低壓儲(chǔ)罐的氮封系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]．化工設(shè)計(jì)，2016,26(5):14-16．

[5] American Petroleum Institute .API 2000,常壓和低壓儲(chǔ)罐的放空[S]. WASHINGTON: American Petroleum Institute,2000.

(本文文獻(xiàn)格式：范叢峰, 張夢(mèng)華.可燃介質(zhì)低壓儲(chǔ)罐氮封系統(tǒng)設(shè)計(jì)和呼吸氣量的計(jì)算[J].山東化工，2017，46(06)：114-115.)

Design for Nitrogen Sealing System and Calculation for Breathing Quantity of Combustible Medium Low Pressure Tank

FanCongfeng,ZhangMenghua

(Ecust Engineering Design and Research Institute Co.,Ltd., Shanghai 200237,China)

The nitrogen sealing system is set on the low pressure tank which stored the combustible medium,the pressure of the safety device is properly set,reduced the volatilization of the gas phase , avoided the combustion and explosion. The inlet valve and the outlet valve are respectively take effect as "in-breathing" and "out-breathing", prevented the tank pump vacuum or overpressure. With a project as an example, the calculation method for breathing quantity is introduced,which provided basis for regulating vale selection.

combustible medium;low pressure; nitrogen sealing system;breath;calculation

2017-02-16

范叢峰(1985—)，江蘇南通人，2007畢業(yè)于南京理工大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)，獲學(xué)士學(xué)位，注冊(cè)化工工程師，從事化工設(shè)計(jì)工作。

TQ053.2;TE65

A

1008-021X(2017)06-0114-02