液氨儲(chǔ)罐安全閥排放氣體吸收處理設(shè)計(jì)

張 健

(南京揚(yáng)子石油化工設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210000)

1 項(xiàng)目概況

某石化企業(yè)500 m3液氨儲(chǔ)罐是為裝置提供原料氨的儲(chǔ)罐，該儲(chǔ)罐排放的氨氣分兩部分，一部分是壓力較高的氨氣(1.2 MPa)，為液氨槽車卸車時(shí)排放的氨氣和泵開停時(shí)排放的氨氣，另外一部分為壓力較低的氨氣(0.4 MPa)，即儲(chǔ)罐安全閥排放的氨氣。

目前，這兩部分氨氣的處理方法分別是：壓力較高(1.2 MPa)的氨氣通過管道送至甲胺裝置吸收塔洗滌吸收，絕大部分被水吸收成氨水，然后送解析塔回收氨；壓力較低(0.04 MPa)的液氨儲(chǔ)罐安全閥排放的氨氣直接送至36 m高度排放。根據(jù)《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》GB50160-2008第5.5.10 條要求，對(duì)氨的安全閥排放氣體應(yīng)經(jīng)處理后放空，目前該企業(yè)液氨儲(chǔ)罐安全閥排放不能滿足該規(guī)范要求，所以需要對(duì)其進(jìn)行改造設(shè)計(jì)[1]。

2 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB14554-1993，氨氣排放分三級(jí)，排口標(biāo)準(zhǔn)是35 m，滿足27 kg/h的排放速率，對(duì)新建、改擴(kuò)建項(xiàng)目執(zhí)行二、三級(jí)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值[2]。本次改造氨的排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，排放標(biāo)準(zhǔn)為1.5 mg/m3根據(jù)氨的物化性質(zhì)，借鑒國(guó)內(nèi)氨尾氣的處理方法，總結(jié)起來主要有兩類，一是水洗滌吸收法，二是焚燒法。該石化企業(yè)液氨儲(chǔ)罐排放的氨氣有兩部分，一部分是壓力較高(1.2 MPa)的氨氣，已通過管道送至甲胺裝置吸收塔吸收處理，另一部分是壓力較低(0.04 MPa)的氨氣，沒有處理就直接排放，本次設(shè)計(jì)就是這部分壓力較低(0.04 MPa)的排放氨氣處理方案。合理的氨罐安全閥排放氨氣的處理方案有：①水吸收法(新建氨吸收池和新建氨吸收罐)、②火炬焚燒法、③焚燒爐焚燒法。其中水吸收法工藝簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)單，氨處理成本低，投資少，但檢維修不便利，施工周期長(zhǎng)，占地面積大，氨水不能排凈，吸收后的氨水還需后續(xù)處理；火炬焚燒法所需設(shè)備少，投資費(fèi)用低，但需要天然氣伴燒，火炬改造難度大，氨吸收后的氨水還需后續(xù)處理；焚燒爐焚燒法法對(duì)氨處理較徹底，氨排放基本上為零，該新建爐可以做為正在建設(shè)的熱氧化爐備用爐，為將來新建裝置服務(wù)，但要使安全閥排放的氨氣隨時(shí)可以引入焚燒，焚燒爐要處于待用狀態(tài)，長(zhǎng)年燒天然氣，運(yùn)行成本較高。

綜合以上分析比較，建議采用方案一中的新建氨吸收罐法，其方案投資少，操作簡(jiǎn)單，且運(yùn)行維護(hù)成本低。

3 設(shè)計(jì)條件

1)500 m3液氨儲(chǔ)罐操作條件：

溫度：常溫，壓力：0.63 MPa(正常)/2.2 MPa(最大)。

2)安全閥設(shè)計(jì)參數(shù)：

設(shè)計(jì)壓力為2.2 MPa，設(shè)計(jì)溫度為-34/55℃；

操作壓力為0.63 MPa，操作溫度為常溫；

設(shè)定壓力為2.2 MPa，泄放溫度為62.4℃；安全閥允許背壓為30 kPa。

設(shè)計(jì)工況為火災(zāi)工況，最大泄放速率：23718 kg/h。

3)工藝流程：

利用氨氣易被水吸收的原理，將氨罐安全閥排放的氨氣送入吸收罐水中，水從吸收罐上部進(jìn)入，由分布器均勻噴淋而下，氨氣自下而上，跟水在吸收罐內(nèi)充分接觸，生成氨水，當(dāng)罐中液位達(dá)到設(shè)定高度后，自動(dòng)開啟排放閥排入氨罐T1160 提升池，然后用泵送該公司事故廢水池集中處理。氨氣經(jīng)過吸收處理，大部分被吸收轉(zhuǎn)化成氨水，未被吸收的氣體主要是不凝氣和少量氨氣，通過吸收罐頂部管線排總管S1160 高空排放(排放高度36 m)，詳見圖1。

圖1 工藝流程示意圖

4)安全閥排放量確定：

本次改造對(duì)氨罐T1160增加泡沫玻璃保溫，根據(jù)GB150.1-2011 (壓力容器第1部分：通用要求)附錄B.7.4.1 介質(zhì)為易燃液化氣體或位于可能發(fā)生火災(zāi)環(huán)境下工作的非易爆液化氣體的容器，有完整的絕熱保溫層時(shí)(例如在火災(zāi)條件下，保溫層不被破壞)，安全閥泄放量按式(B.4)計(jì)算[3]：

式(B.4)

式中：

Ws-容器的安全泄放量，kg/h；

t-泄放壓力下介質(zhì)的飽和溫度，℃；

λ-常溫下絕熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)，kJ/(m·h·℃)；

Ar-容器受熱面積，m2；

δ-容器保溫層厚度，m；

q-在泄放壓力下，液體的汽化潛熱，kJ/kg；

泄放壓力下介質(zhì)的飽和溫度取62.4℃；

λ-常溫下絕熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)取0.24kJ/(m·h·℃)；

Ar-容器受熱面積424 m2；

δ-容器保溫層厚度0.06 m；

q-在泄放壓力下，液體的汽化潛熱取983 kJ/kg ；

帶入上式得安全泄放量891 kg/h。

5)氨吸收罐的容積計(jì)算：

氨氣易溶于水，101.3 kPa，30℃時(shí)，氨在水中的溶解度：0.375kg氨/kg水。安全閥Y11601/Y11602火災(zāi)工況下最大泄放速率：26755 kg/h。溶液的密度取水的密度：1000 kg/m3。

考慮水吸收氨氣的過程中，水從吸收罐上部噴嘴均勻噴淋而下，氨氣自下而上，與水在吸收罐V1161內(nèi)充分接觸，當(dāng)罐中液位達(dá)到高液位聯(lián)鎖值2.2 m后，連鎖開啟排放閥，取5 min的緩沖時(shí)間。

計(jì)算公式： V=(Ws×t)/Eρ

式中：

V-有效容積，m3；

Ws-安全閥泄放量，kg/h；

t-時(shí)間，h；

E-溶解度，kg /kg；

ρ-密度，kg/m3。

計(jì)算得：吸收排放的氨氣需要的有效容積為5.9 m3；氨吸收罐的直徑φ=2000 mm，高液位以上空間的體積為約為1 m3(包含上封頭部分體積)；總?cè)莘e為6.93，圓整后取10 m3作為吸收罐V1161的設(shè)計(jì)容積。

4 結(jié)論

(1)分析討論合理的氨罐安全閥排放氨氣的處理方案，并選用了合理的方案。

(2)計(jì)算了保溫后的液氨儲(chǔ)罐安全閥泄放量，以及氨吸收罐的容積。

(3)裝置運(yùn)行一段時(shí)間，基本實(shí)現(xiàn)了氨的零排放，達(dá)到了環(huán)保要求。