韓小迪，趙延良，孫鵬鵬，耿書(shū)林

（1.東營(yíng)聯(lián)合石化有限責(zé)任公司，山東 東營(yíng) 257200；2.山東京博石油化工有限公司，山東 濱州 256600）

1 研究對(duì)象

模型研究對(duì)象設(shè)定為某煉廠的高架火炬，其配置高壓和低壓兩條火炬總管，低壓火炬設(shè)計(jì)背壓為0.05 MPa(G)，高壓火炬設(shè)計(jì)背壓為0.15 MPa(G)，本文采用某專利商提供的火炬泄放數(shù)據(jù)，通過(guò)靜、動(dòng)態(tài)模擬消減火炬泄放量。

2 模擬條件

2.1 泄放量疊加原則

1）在全廠性事故工況（本項(xiàng)目中是指全廠停電、全廠停水工況）下，一個(gè)裝置的總泄放量等于各個(gè)泄放源最大泄放量的直接累加。

2）在全廠性事故工況（本項(xiàng)目中是指全廠停電和全廠停水工況）下，全廠總泄放量等于各裝置最大泄放量的直接累加。。

2.2 全局性通用假設(shè)條件

本文對(duì)芳烴裝置分析適用的全局性的假設(shè)條件，這些假設(shè)條件將成為本項(xiàng)目分析的基礎(chǔ)。具體如下：

1）全廠停電時(shí)循環(huán)水全部中斷，其余均假設(shè)蒸汽供應(yīng)正常。

2）熱媒水、鍋爐給水全部由電動(dòng)泵送。

3）儀表風(fēng)考慮有超過(guò)30 min 的緩沖時(shí)間（不考慮全廠斷儀表風(fēng)工況）。

4）各級(jí)別蒸汽溫度均取最高操作溫度。

5）動(dòng)態(tài)分析時(shí)，除非特別說(shuō)明氣液分離罐和閃蒸罐的操作液位為50%。

6）空冷器停后考慮到自然對(duì)流，仍具有 20%冷負(fù)荷。

7）本模擬實(shí)驗(yàn)中，全部泄放量均按 100%設(shè)計(jì)負(fù)荷確定。

基于專利商提供的 PFD 及物流數(shù)據(jù)建立了對(duì)二甲苯裝置的穩(wěn)態(tài)模型，其中歧化、異構(gòu)化單元采用末期工況 EOR 數(shù)據(jù)。由于 PRO/II V9.4 在模擬芳烴抽提單元時(shí)，抽提精餾塔能很好模擬，但溶劑回收塔模擬有些誤差。故基于 VMGSim V9.5 軟件搭建了芳烴抽提單元的穩(wěn)態(tài)模擬模型，基于PRO/II 9.4 搭建了對(duì)二甲苯裝置的穩(wěn)態(tài)模型。本文僅列出泄放物料為氣相的工況，根據(jù)數(shù)值模擬得出（其中全廠停電、全廠停水工況涉及的被保護(hù)設(shè)備全部列出）。根據(jù)專利商提供的數(shù)據(jù)可知：

1）全廠停電工況下，對(duì)二甲苯裝置高壓火炬總泄放量為 1 000.6 t·h-1。

2）高壓火炬控制性工況為最大單事故工況，泄放量為 2 596.9 t·h-1。

3 靜態(tài)模擬

3.1 穩(wěn)態(tài)模擬

采用 PRO/II V9.4 建立了對(duì)二甲苯裝置的穩(wěn)態(tài)模型，采用VMGSim V9.5 建立了芳烴抽提單元的部分穩(wěn)態(tài)模型。穩(wěn)態(tài)模型是靜態(tài)分析、動(dòng)態(tài)建模和動(dòng)態(tài)分析的基礎(chǔ)。

3.2 靜態(tài)泄放分析目的

首先，核算專利商的泄放量，補(bǔ)充專利商缺失的泄放數(shù)據(jù)，是動(dòng)態(tài)泄放分析的基礎(chǔ)。

基于專利商提供的 PFD 及物流數(shù)據(jù)采用PRO/II V9.4 建立芳烴裝置靜態(tài)模擬，核算專利商的泄放量、補(bǔ)充專利商缺失的泄放數(shù)據(jù)。

通過(guò)對(duì)比靜態(tài)分析結(jié)果與專利商的原始數(shù)據(jù)可以得出：

1）高壓火炬全廠停電總泄放量、最大單事故泄放量靜態(tài)分析結(jié)果與專利商提供的數(shù)據(jù)基本一致。

2）根據(jù)靜態(tài)分析結(jié)果，重點(diǎn)對(duì)抽余液塔T-601（以下簡(jiǎn)稱T601）進(jìn)行動(dòng)態(tài)泄放分析。抽余液塔T-601 的PFD 流程圖及靜態(tài)分析結(jié)果如圖1、表1所示。

圖1 抽余液塔 T-601 的PFD 流程圖

表1 靜態(tài)分析結(jié)果

4 動(dòng)態(tài)模擬

4.1 動(dòng)態(tài)泄放過(guò)程

1）基于P&ID 搭建嚴(yán)格的設(shè)備動(dòng)態(tài)基本模型，驗(yàn)證該模型是否合格的依據(jù)是模型運(yùn)行到穩(wěn)態(tài)時(shí)的物料和能量平衡數(shù)據(jù)與穩(wěn)態(tài)模型一致。

2）根據(jù)工況的假設(shè)條件，分析各事故工況下該設(shè)備的動(dòng)態(tài)行為，以安全閥起跳（或控制閥開(kāi)啟）后的泄放曲線和最大泄放量作為火炬系統(tǒng)的結(jié)果。

3）每次分析均設(shè)定模型穩(wěn)定運(yùn)行 1 min 時(shí)發(fā)生事故，模型再運(yùn)行 30 min（緊急泄壓的模擬時(shí)間則根據(jù)泄壓要求而定）。

通過(guò)對(duì)專利商及靜態(tài)模擬篩選建立動(dòng)態(tài)模型時(shí)集成了相關(guān)聯(lián)的塔，并在工況分析中統(tǒng)一考慮。

4.2 動(dòng)態(tài)疊加分析原則

本文考慮將設(shè)備按工藝流程連接在一起同時(shí)運(yùn)行，分析發(fā)生全廠性事故時(shí)的泄放行為。選擇疊加分析的對(duì)象基本滿足如下條件：

1）在全廠停電工況下最大泄放量均大于50 t·h-1。

2）最大泄放量發(fā)生的時(shí)間不重疊。

3）有物料連接關(guān)系或有熱耦合關(guān)系。

4）PSV 排向同一條火炬。

通過(guò)對(duì)抽余液塔全廠停電、局部停電、回流中斷、回流泵停、側(cè)線泵停等工況進(jìn)行分析，因 T-601塔底重沸泵停引起重沸爐停，導(dǎo)致 T-601 及以T-601 塔頂氣相、側(cè)線抽出氣相為熱源的塔不發(fā)生泄放。因 T-601 局部停電引起的T-601 的泄放是低壓火炬最大單事故工況。對(duì)于其他消減措施包括變更設(shè)備驅(qū)動(dòng)方式、操作工人的干預(yù)、變更控制方案等，這些將高度依賴于工廠的實(shí)際情況。

4.2 動(dòng)態(tài)模擬結(jié)果分析

1）將T-601 塔頂回流泵P-609 正常運(yùn)行泵改為透平驅(qū)動(dòng)，保留電機(jī)驅(qū)動(dòng)的備用泵。

2）考慮到透平驅(qū)動(dòng)泵檢修期間需投用備用泵，需將塔頂回流泵（P-609）、側(cè)線泵（P-605）、塔底重沸泵（P-608）電機(jī)接至同一母線，降低出現(xiàn)極端泄放工況的概率。

3）T-601 增設(shè)壓力高高聯(lián)鎖切斷塔底重沸爐F-601 燃料氣線的 HIPS，SIL 等級(jí)要求為3 級(jí)，不僅增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性，在正常情況下避免超壓事故時(shí)安全閥起跳，從而減少排放，利于生產(chǎn)安全和減少損失。

4）經(jīng)優(yōu)化分析，采取以上建議措施后控制性工況為最大單事故工況，泄放量為1 241.2 t·h-1，比原設(shè)計(jì)專利商數(shù)據(jù)減少52%。

5 結(jié) 論

通過(guò)本次靜、動(dòng)態(tài)模擬分析，運(yùn)用建模技術(shù)對(duì)于某煉廠高架火炬各工況進(jìn)行了數(shù)值模擬并進(jìn)行優(yōu)化消減分析，為后期火炬頭、火炬管徑的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)運(yùn)行、環(huán)?？刂铺峁┍憷?。該方法對(duì)于專利商提供的原始工藝包火炬量分析消減具有很好的指導(dǎo)意義，以期優(yōu)化火炬系統(tǒng)進(jìn)而降低項(xiàng)目投資和施工難度。