淺析我公司粗甲醇貯罐的防爆措施

(黑龍江北大荒農業股份有限公司浩良河化肥分公司，黑龍江 伊春 153103)

1 概 述

黑龍江北大荒農業股份有限公司浩良河化肥分公司100 kt/a甲醇裝置甲醇罐區有20 000 m3精甲醇貯罐一座，5 000 m3粗甲醇貯罐一座，5 000 m3消防水貯罐一座。甲醇罐區由原重油罐區改造而成，以上三座貯罐都是利舊原重油貯罐。其中，粗甲醇貯罐為固定頂，正常生產情況下，用置換氮氣對該罐進行氮封，罐內保持微正壓，少量的揮發甲醇被氮氣稀釋后通過呼吸閥排出，罐內甲醇蒸氣濃度在爆炸范圍之外。我公司每年進行裝置停車大檢修，大檢修期間置換氮氣停送，大檢修均在7～8月份，因我公司地處東北，晝夜溫差較大，白天氣溫較高，甲醇蒸發量大，夜間氣溫低，甲醇蒸氣冷凝，空氣自呼吸閥進入罐內，罐內甲醇蒸氣濃度處于爆炸范圍內。

我公司將該問題作為2012年的重點攻關課題立項，并組織生產、設備及甲醇車間相關技術人員負責解決。

2 防爆方案

2.1 方案的選擇

方案一 新建中壓氮氣儲罐，大檢修空分停車期間由中壓氮氣貯罐提供氮封氮氣。按每小時消耗置換氮氣30 m3，大檢修停車15 d計，需置換氮氣總量為10 800 m3，40 MPa中壓氮氣貯罐容積需要300 m3，設備制造困難，投資較大。

方案二 稀釋罐內粗甲醇，使罐內甲醇蒸氣濃度不在爆炸范圍內。

我公司選擇方案二來解決粗甲醇貯罐的防爆問題。

2.2 解決問題的思路

經我公司生產部和車間技術人員研究，大檢修前降低粗甲醇貯罐液位至最低，通過理論計算出大檢修期間能夠滿足防爆要求的最低粗甲醇濃度，在不影響大檢修后生產開車的前提下，按照計算所得安全值對罐內粗甲醇進行稀釋。

2.3 理論安全值計算

(1)5 000 m3粗甲醇貯罐基本情況

罐壁從下至上搭接焊，罐底從兩側向中心搭接焊，中心板在最上面。罐底直徑22 724 mm，罐頂直徑22 600 mm；直筒高度13 630 mm，總高16 241 mm，罐頂高2 597 mm。從下至上各層罐壁板厚度、高度如表1。

表1 各層罐壁板厚度與高度 mm

罐底錐體高度按80 mm估算，則錐體體積相當于26.7 mm高直筒段體積。

(2)2012年6月30日粗甲醇貯罐實際情況

實測粗甲醇液位270 mm，則扣減罐底錐體后罐內粗甲醇體積為：V=0.785×22.7242×(0.270-0.026 7)=98.624 m3。

取樣分析粗甲醇密度為 0.833 kg/L。按甲醇與水兩組分計算，甲醇濃度80%；參照我公司操作規程中粗甲醇濃度與密度對照表及分析記錄，甲醇濃度取83%；則罐內粗甲醇總質量M=98.624×0.833=82.154 t，罐內甲醇總質量M甲醇=82.154×83%=68.188 t。

(3)粗甲醇稀釋安全值理論計算

① 在粗甲醇貯罐自控液位計管口處安裝了雙金屬溫度計，測量并記錄了罐內粗甲醇溫度，大檢修期間監測到的粗甲醇的最高溫度為29 ℃。

② 甲醇罐設計時按40 ℃考慮。我們認為按39.9 ℃考慮能夠滿足大檢修停氮氣后粗甲醇罐的安全要求。

③ 甲醇蒸氣的爆炸極限為6%～36.5%(體積濃度)。當粗甲醇罐內甲醇蒸氣濃度為6%時，粗甲醇罐內甲醇蒸氣分壓P=760 mmHg×6%=45.6 mmHg(1 mmHg=133.322 4 Pa；下同)；即當罐內甲醇蒸氣分壓低于45.6 mmHg時，罐內甲醇蒸氣濃度低于6%，能夠滿足安全要求。

2.4 甲醇水溶液蒸氣壓

據《氮肥工業設計手冊理化數據》，甲醇水溶液的蒸氣壓如表2(表中k為公式y=kx之斜率，縱坐標y代表甲醇蒸氣分壓，橫坐標x代表甲醇的質量濃度)；并據表2利用差減法計算出甲醇蒸氣的濃度，其結果如表3[差減法計算依據，按相鄰三點組成一條直線近似計算甲醇蒸氣分壓，進而得出甲醇蒸氣的濃度。例如，以表2中25 ℃時甲醇水溶液蒸氣壓(0.145，15.9)為第一點，(0.294，32.6)為第二點，近似地認為(0.2，y)這點也在第一、第二點所在的直線上；因每個點的斜率略有誤差，取相鄰兩個點斜率的平均值來減小誤差，上述第一點的斜率為109.4，第二點的為110.8，其平均值為110.1，則y=kx=0.2×110.1≈22，即表3中當甲醇質量濃度為20%時，甲醇蒸氣分壓為22 mmHg]。

表2 甲醇水溶液的蒸氣壓

表3 差減法計算甲醇蒸氣的濃度

2.5 粗甲醇稀釋后實際情況

2.5.1實際稀釋完成后的數據

7月8日15：00實測液位840 mm時，密度0.990 g/mL，含甲醇14.2%。

7月9日15：00實測液位850 mm時，密度0.990 g/mL，含甲醇11.5%。

7月10日15：00取樣分析密度為0.987 g/mL，含甲醇18.8%。

7月11日9：00取樣分析密度0.985 g/mL，含甲醇4.3%；15：00取樣分析密度為0.985 g/mL，含甲醇4.3%。

綜合分析數據后得出：液位850 mm，平均密度0.987 g/mL，平均含甲醇10.6%。

2.5.2稀釋后罐內情況

甲醇水溶液總體積V=0.785×22.7242×0.85=344.25 m3，甲醇水溶液總質量M=344.25×0.987=339.774 t；其中含甲醇339.774×10.6%=36.016 t。自控液位計3.5%。

3 恢復生產時情況

8月5日，粗甲醇貯罐液位在56%時精餾裝置開車，分析粗甲醇密度0.838 g/mL，含水18.28%；與正常生產時加入萃取水后的粗甲醇溶液差不多。此時罐內粗甲醇總質量約2 600 t，大檢修后生產粗甲醇約2 254 t后精餾裝置開車，對精餾裝置的生產運行及消耗沒有產生較大的影響。

4 結 語

以理論計算為指導，經一個跨年度大檢修期間的實踐，該攻關課題的解決方案，經證實滿足了大檢修期間停氮氣后粗甲醇貯罐的安全要求。大檢修期間監測粗甲醇罐內溫度，最高為29 ℃，而安全值以39.9 ℃考慮，其安全性較高。因此，我們的解決方案是成功的。