黨慧娟，劉紹波，郭文倩，郝黎霞

（1.新疆國(guó)泰新華化工有限責(zé)任公司，新疆昌吉 831700；2.山西陽(yáng)煤化工工程有限公司，山西太原 030021；3.中國(guó)五環(huán)工程有限公司 湖北武漢 430223）

隨著石油化工、煤化工行業(yè)的迅猛發(fā)展，裝置大型化已成發(fā)展趨勢(shì)[1]，在丙烯、乙烯等物料的存儲(chǔ)中球罐被大量使用，然而物料外送時(shí)，存在兩方面的問(wèn)題急需解決：

第一、從安全方面考慮存在突然打不上量的情況。在正常狀態(tài)下，丙烯球罐內(nèi)液體處于氣液平衡的飽和儲(chǔ)運(yùn)狀態(tài)[2]，但在連續(xù)向下游裝置供料的情況下，由于裝置內(nèi)生產(chǎn)穩(wěn)定的需要或容器內(nèi)氣體性質(zhì)的不同工況，存在其他性質(zhì)的液化烴或容器內(nèi)含有大量的氮?dú)夤r，或長(zhǎng)距離較遠(yuǎn)輸送的情況下，存在不設(shè)置氣相平衡管道的情況，當(dāng)丙烯外輸時(shí)，丙烯球罐內(nèi)氣相體積的變化率就會(huì)相當(dāng)大，而儲(chǔ)罐自身蒸發(fā)或外界的熱量輸入只有通過(guò)一段過(guò)程氣液相才會(huì)逐漸趨向平衡狀態(tài)，即球罐內(nèi)氣相空間的溫度遠(yuǎn)小于液相溫度，實(shí)際操作中丙烯球罐內(nèi)的壓力會(huì)持續(xù)降低，進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)生泵不上量的事故發(fā)生。

第二、從操作費(fèi)用方面可以減少能源浪費(fèi)，降低操作成本。丙烯球罐在正常儲(chǔ)運(yùn)狀態(tài)下，罐內(nèi)的氣相空間的溫度近似等于液相溫度，故丙烯罐區(qū)設(shè)計(jì)時(shí)，通常是按照在最冷月平均溫度下對(duì)丙烯輸送泵的工藝計(jì)算[3]，大部分地區(qū)的最冷月平均溫度都在0℃以下，如果據(jù)此計(jì)算輸送泵的揚(yáng)程，在其他環(huán)境溫度（尤其是夏季）下外輸時(shí)把丙烯送到界區(qū)時(shí)的壓力比需求值高很多，會(huì)造成很大的能量浪費(fèi)。在現(xiàn)有技術(shù)中，丙烯球罐區(qū)內(nèi)所有球罐的氣相平衡線相互連通[4]，但當(dāng)儲(chǔ)罐數(shù)量較少時(shí)（少于4臺(tái)），盡管儲(chǔ)罐間設(shè)置有氣相連通管道，當(dāng)泵連續(xù)出料或當(dāng)夏天突然持續(xù)高強(qiáng)度降雨時(shí)，罐內(nèi)壓力也會(huì)出現(xiàn)快速降低的可能[5]，仍然存在泵不上量的安全隱患，同時(shí)也無(wú)法解決丙烯輸送泵運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題。

本文以某項(xiàng)目的常溫丙烯儲(chǔ)運(yùn)站（常溫丙烯外輸能力265m3/h）為依托，為了解決以上兩個(gè)問(wèn)題，對(duì)其進(jìn)行技術(shù)改造，增加了一套氣化穩(wěn)壓系統(tǒng)，同時(shí)解決了丙烯球罐送料時(shí)泵打不上量和操作成本高兩個(gè)問(wèn)題。

1 改造方案

1.1 建立流程

在采用氣相連通方式的基礎(chǔ)上，本文介紹一種能夠解除丙烯輸送泵不上量事故隱患且減少能耗、降低丙烯輸送泵投資成本的帶氣化穩(wěn)壓系統(tǒng)的丙烯球罐。

這種帶氣化穩(wěn)壓系統(tǒng)的丙烯球罐，包括丙烯球罐和氣化穩(wěn)壓系統(tǒng)，丙烯球罐具有液體出口和氣體進(jìn)口，氣化穩(wěn)壓系統(tǒng)具有液相進(jìn)口和氣相出口，氣相出口通過(guò)氣相管道與丙烯球罐的氣體進(jìn)口連通，液體出口通過(guò)液體管道與液體進(jìn)口連通，流程圖見(jiàn)圖1。

圖1 帶氣化穩(wěn)壓系統(tǒng)的丙烯儲(chǔ)罐流程圖

1.2 流程簡(jiǎn)述

在丙烯進(jìn)加熱器的管道上設(shè)置一個(gè)調(diào)節(jié)閥和一個(gè)切斷閥，調(diào)節(jié)閥根據(jù)加熱器液位傳感器的液位監(jiān)測(cè)控制丙烯進(jìn)料量，若液位升高時(shí)，逐步關(guān)閉液相丙烯進(jìn)料調(diào)節(jié)閥。切斷閥根據(jù)加熱器低壓蒸汽壓力傳感器的壓力監(jiān)測(cè)保障系統(tǒng)安全，當(dāng)壓力傳感器檢測(cè)壓力高于設(shè)定值時(shí)，控制器連鎖關(guān)閉丙烯進(jìn)料切斷閥。

在加熱器上設(shè)置了溫度傳感器，用于檢測(cè)氣化穩(wěn)壓系統(tǒng)出口的丙烯氣溫度。若低于設(shè)定值，則溫度控制器控制開(kāi)啟低壓蒸汽調(diào)節(jié)閥，液相丙烯經(jīng)氣化穩(wěn)壓系統(tǒng)被加熱至設(shè)定溫度并氣化后再送往丙烯球罐。

在丙烯球罐上設(shè)置了壓力傳感器，壓力控制器是加熱器溫度DCS控制器串級(jí)控制的子控制回路，丙烯球罐壓力控制器給加熱器溫度DCS控制器回路賦值，同時(shí)當(dāng)丙烯球罐壓力傳感器檢測(cè)壓力低于設(shè)定值時(shí)，則丙烯球罐壓力控制器開(kāi)啟加熱器低壓蒸汽切斷閥。

丙烯球罐的氣化穩(wěn)壓系統(tǒng)E1可以選擇管殼式換熱器換熱，加熱介質(zhì)采用低壓蒸汽，低壓蒸汽走管程，丙烯走殼程。

2 投資與操作費(fèi)用

從投資和操作費(fèi)用兩方面，比較本工藝和傳統(tǒng)常溫丙烯儲(chǔ)運(yùn)站工藝。

2.1 投資

從建設(shè)投資角度來(lái)說(shuō)，增加丙烯氣化穩(wěn)壓系統(tǒng)，丙烯輸送泵的有效汽蝕余量就可以通過(guò)丙烯的氣化量來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)而適當(dāng)升高，降低了輸送泵的安裝要求，大幅降低了丙烯輸送泵的投資成本，解決了丙烯輸送泵選型的難題。

由于丙烯氣化穩(wěn)壓系統(tǒng)的能力只需滿足丙烯氣體出口的體積不小于液相丙烯外輸體積流量需求即可，常溫下丙烯的氣體密度較小，系統(tǒng)的熱負(fù)荷很小，且由于氣化穩(wěn)壓系統(tǒng)進(jìn)出口溫差較大，換熱面積較小，因此增加的投資較丙烯外輸泵節(jié)省的投資要低很多。

2.2 操作費(fèi)用

當(dāng)前述項(xiàng)目按照此技術(shù)方案改造后，在冬季輸送泵運(yùn)行時(shí)，通過(guò)氣化器向球罐補(bǔ)充壓力來(lái)保證介質(zhì)輸送到界區(qū)時(shí)的壓力滿足需求值，降低了丙烯輸送泵的操作費(fèi)用。

按照年操作時(shí)間4 000h計(jì)算，由于采用傳統(tǒng)常溫丙烯儲(chǔ)運(yùn)站工藝，丙烯輸送泵很難保證工作于高效區(qū)，若采用本文提供工藝，丙烯輸送泵的揚(yáng)程至少可減少400m，設(shè)計(jì)流量150t/h，年操作費(fèi)用可節(jié)省131萬(wàn)元左右；采用本文提供的工藝，項(xiàng)目所在地一般每年40d左右，丙烯氣化系統(tǒng)需要滿負(fù)荷運(yùn)行，暫全年按滿負(fù)荷運(yùn)行考慮，每年需要消耗低壓蒸汽約6 000t，年操作費(fèi)用約108萬(wàn)元。

由以上可知，采用本文技術(shù)方案改造，不僅節(jié)約了投資成本，降低了操作費(fèi)用，優(yōu)化了常溫丙烯儲(chǔ)運(yùn)流程，還解決了丙烯輸送泵不上量的技術(shù)難題，保證了實(shí)際操作中丙烯輸送泵的運(yùn)行穩(wěn)定性。

3 結(jié)論

設(shè)置氣化穩(wěn)壓系統(tǒng)，丙烯輸送泵的入口壓力得以保障，泵的吸入壓力減去對(duì)應(yīng)溫度下丙烯的飽和蒸汽壓值將恒大于輸送泵的有效汽蝕余量，解決了泵不上量的事故；同時(shí)丙烯輸送泵的有效汽蝕余量也可以通過(guò)丙烯的氣化量來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)而適當(dāng)升高，降低了輸送泵的安裝要求，進(jìn)而降低了丙烯輸送泵的投資成本；最后在進(jìn)行泵設(shè)計(jì)時(shí)，選擇比最冷月平均溫度高的溫度來(lái)進(jìn)行計(jì)算，降低了丙烯輸送泵的揚(yáng)程，在冬季輸送泵運(yùn)行時(shí)，通過(guò)氣化器向球罐補(bǔ)充壓力來(lái)保證介質(zhì)輸送到界區(qū)時(shí)的壓力滿足需求值，降低了丙烯輸送泵的運(yùn)營(yíng)成本。

本文這種帶氣化穩(wěn)壓系統(tǒng)球罐主要解決了丙烯因易氣化導(dǎo)致輸出泵突然打不上量而導(dǎo)致安全隱患的問(wèn)題，同時(shí)也降低了建設(shè)投資和操作費(fèi)用。因此，這種帶氣化穩(wěn)壓系統(tǒng)球罐還可以用于與丙烯類(lèi)似的極易氣化物料（如乙烯、氧氣、液氨等）的儲(chǔ)運(yùn)外送系統(tǒng)。