乙烯球罐儲運系統的工藝安全設計

張國峰

摘 要：乙烯的用途廣泛，由于其具有容易聚合和爆炸的危險性，在工程設計中必須嚴格遵守國家標準及規范的有關規定，以本質安全設計的理念，全面考慮，精心設計，為企業安全生產打下堅實的基礎。本文介紹了某大型煤化工項目中乙烯球罐儲運系統的工藝流程，對乙烯球罐儲運系統的工藝安全設計進行了分析。

關鍵詞：乙烯；球罐儲運系統；安全設計

1 工藝概述

乙烯工業發展水平已成為衡量一個國家經濟實力的重要標志之一，在國民經濟發展中占有重要地位。聚乙烯得到了廣泛應用，如粘合劑、農膜、電線和電纜、包裝（食品軟包裝、拉伸膜、收縮膜、垃圾袋、手提袋、重型包裝袋、擠出涂覆）、聚合物加工（旋轉成型、注射成型、吹塑成型）。

MTO技術生產出來的產品氣與傳統石腦油裂解制取得裂解氣相比具有以下特點：①氣體組成中，氫氣和甲烷的含量較少，有利于產品的分離；②氣體組成成分中，烯烴的含量較高；③含碳量高的氣體成分（重組分）非常少；④氣體組成成分中炔烴的含量少；⑤氣體組成中氧化物（主要是：醛、酮、醚）的含量較高，但不含硫化氫氣體。由此可見，MTO技術下的烯烴分離工藝應該針對產物的特點進行具有針對性的技術開發，才能更好的進行工藝設計，得到合格的各項產品。

MTO工藝采用優點很多的流化床反應器。部分待生催化劑經過用空氣燒焦的連續再生，可以保持催化劑活性和產品組成不同。工業規模生產的催化劑已經通過示范試驗，選擇性、長期穩定性和抗磨性都符合要求。流化床反應器還具有調節操作條件和較好回收反應熱的靈活性。這種反應器早已廣泛用于煉油廠的催化裂化裝置特別是催化劑再生。反應器的操作條件可以根據目的產品的需要進行調節。壓力通常決定于機械設計的考慮，較低的甲醇分壓有利于得到較高的輕烯烴特別是乙烯的選擇性。因此，采用粗甲醇（通常可以含有20%左右水）作原料，可以得到某些產率優勢。溫度是一個重要的控制參數，較高的溫度有利于得到較高的乙烯收率。如果溫度太高，由于生焦過量，會降低輕烯烴的總收率。第一代MTO工藝甲醇或二甲醚轉化為乙烯碳的選擇性約為75%～80%，乙烯產出比在0.5～1.5之間。在得到最高的總收率、乙烯和丙烯產品差不多等量的情況下，輕烯烴（乙烯+丙烯）的總收率的變化稍高于上述范圍。乙烯產出比在0.75～1.25之間。因此，可以用最少的甲醇得到最高收率的輕烯烴，但乙烯產出比可以根據市場需求和乙烯的價格進行調節。已經證實，用傳統的處理方法可以除去副產品，使乙烯達到烯烴聚合工藝要求的規格。事實上，工業驗證試驗已經表明，MTO中試裝置生產的乙烯，生產聚烯烴是適用的。

在我國煤炭資源豐富的地區，發展煤基MTO技術，實現以乙烯為代表的低碳烯烴生產原料多元化，對我國的工業發展具有重大意義。未來的烯烴分離技術應當向著裝置能耗低、分離流程簡化、操作彈性大、進料組成適應范圍廣、開停車物料損失少的方向發展。

2 球罐及主流程的安全設計

乙烯正常操作溫度為-35℃，操作壓力為1.6MPaG，綜合考慮乙烯球罐采用低溫碳鋼材質保冷設計，設計壓力按2.16MPaG考慮。乙烯的飽和蒸汽壓較高，為防止氣蝕，選擇立式筒袋式離心泵。主體材質選擇能耐低溫高壓的材質。每座乙烯球罐設有多點溫度遠傳、一套雷達液位計（帶罐旁就地指示）、一套伺服液位計、一個壓力就地指示及遠傳報警。罐內高高液位聯鎖關閉罐進料根部緊急切斷閥，低低液位聯鎖停相關出料泵。安全而經濟的乙烯貯存方式主要有兩種：一種是加壓（約2.0MPa、-30℃左右）條件下用球罐貯存液態乙烯，簡稱為加壓法。其單臺貯存容積大多在1000～2000m3。另一種方式是在常壓低溫條件下用圓柱形罐貯存液態乙烯（約-103℃），簡稱為低溫法。其單臺貯存容積可達數千至數萬立方米。由乙烯精餾塔C1470側線采出的乙烯，利用位差送入球罐。在正常操作時，球罐因冷損失蒸發的氣體通過氣相管線返回乙烯精餾塔，因此，球罐的貯存壓力一般均略高于乙烯精餾塔的操作壓力。在乙烯裝置停車時，汽化的乙烯通過冰機和換熱器制冷，將汽化的乙烯液化后返回乙烯球罐。

3 乙烯球罐儲運系統的工藝安全設計

3.1 球罐注水

球罐液相進出管道的第一道閥門破裂而造成液化烴泄漏時，常通過球罐液相進出管道向球罐內注水，使從破裂的閥門泄漏出的液體是水而不是液化烴，以便搶修，所以包括乙烯在內常溫液化烴儲罐應采取防止液化烴泄漏的注水措施，注水管道宜采用半固定連接方式。

3.1.1 注水

水源注水系統應選擇合適的水源，以確保液化烴儲罐泄漏時，水質、壓力、流量和溫度等符合注水要求。一般情況下，優先選用穩壓消防給水作為注水水源，如選擇其他水源應特別注意水溫，水溫過高易造成罐內壓力升高，險情加劇。

3.1.2 注水點最小工作壓力

向液化烴儲罐注水，必須提供足夠的壓力來克服系統阻力，使水能順暢地注入罐內，因此，注水系統的最小工作壓力至少應同時考慮罐內液化烴最高操作壓力；罐內液化烴液位高度所形成的靜壓力；水在管道內流動時形成的管道輸送系統摩阻損失：

Pmin=P烴飽+Δh+ΔZ+10-2V2/2g+10-6ρ烴gh

式中，Pmin為注水泵的最小工作壓力，即泵最小揚程，MPa；P烴飽為液態烴最高操作壓力，MPa；Δh為水系統摩擦阻力損失及局部損失，MPa；ΔZ為儲罐泄漏點與泵入口的位能；V為水量的最小流速。一般高壓消防水系統壓力基本穩定在0.7～1.2MPa（G），對于操作壓力低于0.4MPa（G）的液化烴球罐，高壓消防水可以滿足液化烴球罐的注水壓力要求；高壓消防水系統壓力不能保證穩定時，需考慮借用物料泵或設置專有泵進行提壓的方案。對于操作壓力高于0.4MPa（G）的液化烴球罐，可根據注水流量及壓力考慮借用工藝泵，工藝泵不能滿足時，需要設置專有注水泵完成注水。文中工廠乙烯球罐操作壓力0.3MPa（G），消防管網供水壓力1.0MPa（G），直接采用穩壓消防水注水。

3.2 儲罐管口

液化烴球形儲罐的接口，在滿足工藝要求的情況下，盡可能減少球形儲罐底部的接口數量。球殼上、下極應各設置一個公稱直徑不小于500mm的人孔。液化烴儲罐底部的液化烴出入口管道應設可遠程操作的緊急切斷閥。緊急切斷閥的執行機構應有故障安全保障措施。

3.3 管道安全閥的設置

兩端閥門關閉且因外界影響可能造成介質壓力升高的液化烴類液體管道應采取泄壓安全措施。在天氣炎熱時，液態乙烯管道兩端閥門關閉易導致管道內所殘留的液態乙烯介質因太陽光曝曬而使壓力急劇升高，造成管道爆裂或閥門破壞，對液態乙烯管道（含氣相和液相管線）設置安全泄壓閥，泄放的氣態乙烯可通過管線回流到球罐內或去火炬系統。

3.4 儀表檢測控制

目前，乙烯球罐儲存在我國發展較快，已有越來越多的煉油廠、化工廠正在建設或投用。低溫球罐的液位除采用智能伺服式液位計進行遠傳液位指示及報警和就地液位指示兩種檢測方式外，還單獨設置了高高液位報警開關及低低液位報警開關，高高液位報警開關與所有進料閥連鎖，防止液位超高。當出料閥打開時，聯鎖自動解開。罐根閥采用控制室遙控及手動雙重設置，火災事故時可在控制室也可在現場及時關閉閥門。球罐上部設置壓力遠傳指示調節報警，可對球罐的壓力進行調節；球罐上部和下部均需設置溫度指示，方便了解真實情況。現場設置可燃氣體報警儀和攝像監控設施，可及時發現泄漏， 防止事故的擴大。

4 結束語

乙烯屬于易燃、易爆介質，根據可燃氣體火災危險性分類乙烯氣體屬于甲類物質。化工系統在開車、正常運行、停車和事故排放的乙烯一旦泄露，易與空氣形成爆炸性混合物，一旦發生爆炸造成的后果不堪設想。因此，工藝系統的安全設計十分重要。在進行乙烯球罐儲運系統的工藝安全設計時應做到嚴格遵守國家制定的相關標準規范，結合介質特性充分考慮各種可能的工況，分析可能發生的危險，采取相應的安全措施，從技術經濟方面綜合考慮優化系統，避免安全問題的發生。

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