低溫乙烯罐內(nèi)罐預冷過程溫度急降原因探討

陳曉東 王尚林 李玨

摘要：某20000m3常壓低溫乙烯貯罐開車預冷階段中，低溫乙烯凝液噴淋在罐底板時，內(nèi)罐底板溫度急降，最大溫降1分鐘約10℃，遠大于預冷速率≯3℃/h的要求；計算得出原因是低溫乙烯凝液返罐線管徑過大，返罐線內(nèi)氣液兩相流速過慢，氣液分離，液相乙烯積聚到足夠高度形成水錘，使大量液相乙烯短時間內(nèi)噴射入罐內(nèi)；根據(jù)已得出的結(jié)論計算并調(diào)整低溫乙烯凝液返罐線貯罐根部閥開度，使降溫速率保持均勻并控制在速率要求范圍內(nèi)。

關鍵詞：低溫乙烯貯罐；預冷階段；內(nèi)罐底板；溫度急降；分析

1 前言

乙烯是結(jié)構最簡單的烯烴，它是石油化工生產(chǎn)中最基本的有機原料之一，約有75%的石油化工產(chǎn)品由乙烯生產(chǎn)。它主要可用來生產(chǎn)聚乙烯、聚氯乙烯、環(huán)氧乙烷/乙二醇、二氯乙烷、苯乙烯、乙醇、醋酸乙烯等多種重要的有機化工產(chǎn)品，乙烯產(chǎn)量已成為衡量一個國家石油化工工業(yè)發(fā)展水平的標志[1]。

大型常壓低溫貯罐的自動化程度極高，操作難點主要集中在開車階段的貯罐乙烯置換和預冷階段。本文結(jié)合本人主持某地20000m3乙烯常壓低溫貯罐開車的實例，介紹常壓低溫貯罐預冷過程及可能存在的罐底板溫度急降的問題和解決方法。

2 工藝流程簡介

典型的乙烯常壓低溫儲存裝置可分為3個系統(tǒng)：1. 乙烯儲存系統(tǒng)，2. 乙烯BOG（Boil Off Gas）液化回收系統(tǒng)，3. 乙烯輸出系統(tǒng)。詳見圖2.1。

2.1 乙烯儲存系統(tǒng)

主要設備為乙烯低溫貯罐。貯罐采用雙層罐設計，內(nèi)罐儲存液態(tài)低溫乙烯（-104℃），外罐承受氣相乙烯的壓力。

內(nèi)罐主要材料采用高合金鋼0Cr18Ni9，由罐壁、罐底和吊頂組成；外罐主要材料采用低合金鋼Q345R，由罐壁、罐底和拱頂組成。

2.2 乙烯BOG液化回收系統(tǒng)

主要設備包括乙烯壓縮機組、制冷機組、冷凝液化設施。開車預冷階段的冷能來自本系統(tǒng)。

2.3 乙烯輸出系統(tǒng)

主要設備包括乙烯低溫泵，乙烯氣化器。該系統(tǒng)將液相乙烯用泵增壓后經(jīng)氣化器氣化、升溫，輸送至下游裝置。

2.4 開車流程簡介

乙烯低溫貯罐開車分為氮氣置換、乙烯氣置換、貯罐預冷、接卸液相乙烯建立液位四個階段。貯罐預冷即將貯罐內(nèi)罐由常溫緩慢冷卻到-100℃，貯罐冷卻流程是將來自于貯罐內(nèi)的溫度稍高的氣體乙烯乙烯壓縮機（往復式壓縮機）壓縮，由制冷機組（螺桿式壓縮機）液化后返回到乙烯低溫貯罐。內(nèi)罐典型的冷卻速率：內(nèi)罐目標冷卻速率≯3℃/h；相鄰罐壁的熱電偶之間最大的溫差30℃[2]，嚴禁出現(xiàn)溫度急降的情況，防止造成內(nèi)罐鋼板的扭曲變形，甚至造成鋼板焊縫撕裂、破損，對設備造成永久性傷害。

3 案例分析

3.1操作現(xiàn)狀

某新建乙烯低溫貯罐預冷工作，出現(xiàn)罐底板溫度急降的情況，溫降達到1分鐘約10℃，溫度急降速度超過貯罐內(nèi)預冷速率要求≯3℃/h的要求；隨著罐底板溫度急降中罐壓也在上升，之后罐內(nèi)溫度慢慢回升，根據(jù)罐內(nèi)溫度計和乙烯凝液返罐線設置在罐頂平臺上的溫度計的溫度曲線顯示溫降為脈沖式，在乙烯壓縮機連續(xù)運行情況下，脈沖成規(guī)律性，約70-80min/次。

3.2 原因分析

從操作現(xiàn)狀判定，貯罐內(nèi)溫度急降是大量的液相乙烯瞬時由乙烯凝液返罐線由罐頂落入罐底汽化的結(jié)果，因此只需要找到形成液相乙烯返罐線脈沖式進罐的原因，讓液相乙烯返罐線連續(xù)進料即可。

4結(jié)論

通過分析和計算進行現(xiàn)場針對性的緊急處置，解決了低溫乙烯罐預冷階段罐內(nèi)溫度急降的問題，確保了低溫乙烯罐均勻的溫降過程，使低溫乙烯罐內(nèi)罐均勻的熱脹冷縮，對設備的安全運行提供了保障。

在乙烯低溫貯罐接卸液相乙烯建立液位后，進行現(xiàn)場測試驗證，全開乙烯凝液返罐線6”根部閥閥門，維持在壓縮機最低負荷（啟動一臺，負荷50%），乙烯凝液返罐線設置在罐頂平臺上的溫度計的溫度曲線仍為規(guī)律性的脈沖，脈沖周期為76min，驗證了以上的計算結(jié)果。

該裝置目前已投入生產(chǎn)運行，通過現(xiàn)場回訪，低溫乙烯貯罐沒有出現(xiàn)異常情況，裝置運行良好。

綜上所述，低溫乙烯貯罐的預冷過程要嚴格控制內(nèi)罐冷卻速率≯3℃/h；相鄰罐壁的熱電偶之間最大的溫差30℃，內(nèi)罐罐底和罐壁溫度計各點的溫降要平緩，嚴禁出現(xiàn)溫度急降的情況；管線尺寸設定要嚴格按照現(xiàn)有工藝和設計要求，在規(guī)劃改擴建能力時，要綜合考慮現(xiàn)有工藝條件，力求操作方便、設計完美。

參考文獻：

[1]崔小明.《乙烯工業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢》 化學工業(yè)，2008，26（3）：26-31.

[2]British standards BS EN 14620-5：Design and manufacture of site built， vertical， cylindrical， flat-bottomed steel tanks for the storage of refrigerated liquefied gases with operating temperatures between 0℃～-165℃ Part 5：Testing，drying，purging and cool-down British Standards ，2006：11.

[3] 張德姜，王懷義，劉紹葉主編.石油化工裝置工藝管道安裝設計手冊第一篇設計與計算.中國石化出版社，2009：17-44.

[4] 汪鎮(zhèn)安 主編.化工工藝設計手冊（下冊） [M].北京：化學工業(yè)出版社，2003：3-67-88.

（作者單位：南京揚子石油化工設計工程有限責任公司1

泰興金燕化學科技有限公司2

南京揚子石油化工設計工程有限責任公司3）