一種帶氣化穩壓系統的丙烯球罐

黨慧娟，劉紹波，郭文倩，郝黎霞

（1.新疆國泰新華化工有限責任公司，新疆昌吉 831700；2.山西陽煤化工工程有限公司，山西太原 030021；3.中國五環工程有限公司 湖北武漢 430223）

隨著石油化工、煤化工行業的迅猛發展，裝置大型化已成發展趨勢[1]，在丙烯、乙烯等物料的存儲中球罐被大量使用，然而物料外送時，存在兩方面的問題急需解決：

第一、從安全方面考慮存在突然打不上量的情況。在正常狀態下，丙烯球罐內液體處于氣液平衡的飽和儲運狀態[2]，但在連續向下游裝置供料的情況下，由于裝置內生產穩定的需要或容器內氣體性質的不同工況，存在其他性質的液化烴或容器內含有大量的氮氣工況，或長距離較遠輸送的情況下，存在不設置氣相平衡管道的情況，當丙烯外輸時，丙烯球罐內氣相體積的變化率就會相當大，而儲罐自身蒸發或外界的熱量輸入只有通過一段過程氣液相才會逐漸趨向平衡狀態，即球罐內氣相空間的溫度遠小于液相溫度，實際操作中丙烯球罐內的壓力會持續降低，進而導致發生泵不上量的事故發生。

第二、從操作費用方面可以減少能源浪費，降低操作成本。丙烯球罐在正常儲運狀態下，罐內的氣相空間的溫度近似等于液相溫度，故丙烯罐區設計時，通常是按照在最冷月平均溫度下對丙烯輸送泵的工藝計算[3]，大部分地區的最冷月平均溫度都在0℃以下，如果據此計算輸送泵的揚程，在其他環境溫度（尤其是夏季）下外輸時把丙烯送到界區時的壓力比需求值高很多，會造成很大的能量浪費。在現有技術中，丙烯球罐區內所有球罐的氣相平衡線相互連通[4]，但當儲罐數量較少時（少于4臺），盡管儲罐間設置有氣相連通管道，當泵連續出料或當夏天突然持續高強度降雨時，罐內壓力也會出現快速降低的可能[5]，仍然存在泵不上量的安全隱患，同時也無法解決丙烯輸送泵運營經濟性問題。

本文以某項目的常溫丙烯儲運站（常溫丙烯外輸能力265m3/h）為依托，為了解決以上兩個問題，對其進行技術改造，增加了一套氣化穩壓系統，同時解決了丙烯球罐送料時泵打不上量和操作成本高兩個問題。

1 改造方案

1.1 建立流程

在采用氣相連通方式的基礎上，本文介紹一種能夠解除丙烯輸送泵不上量事故隱患且減少能耗、降低丙烯輸送泵投資成本的帶氣化穩壓系統的丙烯球罐。

這種帶氣化穩壓系統的丙烯球罐，包括丙烯球罐和氣化穩壓系統，丙烯球罐具有液體出口和氣體進口，氣化穩壓系統具有液相進口和氣相出口，氣相出口通過氣相管道與丙烯球罐的氣體進口連通，液體出口通過液體管道與液體進口連通，流程圖見圖1。

圖1 帶氣化穩壓系統的丙烯儲罐流程圖

1.2 流程簡述

在丙烯進加熱器的管道上設置一個調節閥和一個切斷閥，調節閥根據加熱器液位傳感器的液位監測控制丙烯進料量，若液位升高時，逐步關閉液相丙烯進料調節閥。切斷閥根據加熱器低壓蒸汽壓力傳感器的壓力監測保障系統安全，當壓力傳感器檢測壓力高于設定值時，控制器連鎖關閉丙烯進料切斷閥。

在加熱器上設置了溫度傳感器，用于檢測氣化穩壓系統出口的丙烯氣溫度。若低于設定值，則溫度控制器控制開啟低壓蒸汽調節閥，液相丙烯經氣化穩壓系統被加熱至設定溫度并氣化后再送往丙烯球罐。

在丙烯球罐上設置了壓力傳感器，壓力控制器是加熱器溫度DCS控制器串級控制的子控制回路，丙烯球罐壓力控制器給加熱器溫度DCS控制器回路賦值，同時當丙烯球罐壓力傳感器檢測壓力低于設定值時，則丙烯球罐壓力控制器開啟加熱器低壓蒸汽切斷閥。

丙烯球罐的氣化穩壓系統E1可以選擇管殼式換熱器換熱，加熱介質采用低壓蒸汽，低壓蒸汽走管程，丙烯走殼程。

2 投資與操作費用

從投資和操作費用兩方面，比較本工藝和傳統常溫丙烯儲運站工藝。

2.1 投資

從建設投資角度來說，增加丙烯氣化穩壓系統，丙烯輸送泵的有效汽蝕余量就可以通過丙烯的氣化量來進行調節而適當升高，降低了輸送泵的安裝要求，大幅降低了丙烯輸送泵的投資成本，解決了丙烯輸送泵選型的難題。

由于丙烯氣化穩壓系統的能力只需滿足丙烯氣體出口的體積不小于液相丙烯外輸體積流量需求即可，常溫下丙烯的氣體密度較小，系統的熱負荷很小，且由于氣化穩壓系統進出口溫差較大，換熱面積較小，因此增加的投資較丙烯外輸泵節省的投資要低很多。

2.2 操作費用

當前述項目按照此技術方案改造后，在冬季輸送泵運行時，通過氣化器向球罐補充壓力來保證介質輸送到界區時的壓力滿足需求值，降低了丙烯輸送泵的操作費用。

按照年操作時間4 000h計算，由于采用傳統常溫丙烯儲運站工藝，丙烯輸送泵很難保證工作于高效區，若采用本文提供工藝，丙烯輸送泵的揚程至少可減少400m，設計流量150t/h，年操作費用可節省131萬元左右；采用本文提供的工藝，項目所在地一般每年40d左右，丙烯氣化系統需要滿負荷運行，暫全年按滿負荷運行考慮，每年需要消耗低壓蒸汽約6 000t，年操作費用約108萬元。

由以上可知，采用本文技術方案改造，不僅節約了投資成本，降低了操作費用，優化了常溫丙烯儲運流程，還解決了丙烯輸送泵不上量的技術難題，保證了實際操作中丙烯輸送泵的運行穩定性。

3 結論

設置氣化穩壓系統，丙烯輸送泵的入口壓力得以保障，泵的吸入壓力減去對應溫度下丙烯的飽和蒸汽壓值將恒大于輸送泵的有效汽蝕余量，解決了泵不上量的事故；同時丙烯輸送泵的有效汽蝕余量也可以通過丙烯的氣化量來進行調節而適當升高，降低了輸送泵的安裝要求，進而降低了丙烯輸送泵的投資成本；最后在進行泵設計時，選擇比最冷月平均溫度高的溫度來進行計算，降低了丙烯輸送泵的揚程，在冬季輸送泵運行時，通過氣化器向球罐補充壓力來保證介質輸送到界區時的壓力滿足需求值，降低了丙烯輸送泵的運營成本。

本文這種帶氣化穩壓系統球罐主要解決了丙烯因易氣化導致輸出泵突然打不上量而導致安全隱患的問題，同時也降低了建設投資和操作費用。因此，這種帶氣化穩壓系統球罐還可以用于與丙烯類似的極易氣化物料（如乙烯、氧氣、液氨等）的儲運外送系統。