凝縮油儲罐壓力控制設計方案探討

胡玉臣

(中石油華東設計院有限公司，山東 青島 266071)

在石油化工企業中，常用低壓球形儲罐儲存凝縮油，并采用氮封的形式。目前，用于低壓球形儲罐壓力控制的方案主要有兩種： 方案一是補壓閥、放空閥均采用自力式控制閥，該種方案比較簡單，投資省，但是存在壓力控制精度差，且不能在DCS上修改設定點等缺點，目前應用不多；方案二是補壓閥、放空閥均采用兩位式自動切斷閥，在控制室DCS上實現遠程控制，該種方案雖然投資較高，但是由于壓力控制精度較高，是目前比較常用的設計方案。筆者通過對儲運工藝過程的研究分析，結合對控制閥的特性研究，推薦一種補壓閥、放空閥均采用線性特性控制閥的方案三，該方案控制手段靈活，壓力控制精度高，投資也比方案二省。

在近期某石化企業的設計中，上述方案二和方案三都有采用，下面分別進行詳細介紹。

1 方案二介紹

該方案氮氣補壓閥、油氣放空閥選用兩位式開關特性切斷閥。

1.1 凝縮油儲罐進出料工藝流程和控制方案

凝縮油儲罐進出料工藝流程和典型控制方案如圖1所示，主要工藝生產過程描述如下：

圖1 方案二凝縮油儲罐進出料工藝流程和控制方案

1)進料過程。凝縮油儲罐液位允許低限(或空罐)時，凝縮油自單元外經進料控制閥EBV-01，緊急切斷閥EBV-02引入球形儲罐，隨著液位上升，罐內壓力隨之升高。當儲罐內壓力升高至允許壓力高高限時，罐內油氣經放空閥PV-01B放空至管網。該工藝過程要求儲罐內壓力不高于0.20 MPa。

2)出料過程。自儲罐內液位允許高限開始，凝縮油自儲罐經EBV-02閥，出料泵P-01引至單元外，隨著儲罐內液位降低，罐內壓力隨之下降。當儲罐內壓力下降至允許壓力低低限時，補壓氮氣經補壓閥PV-01A進入儲罐。該工藝過程要求儲罐內壓力不應低于0.08 MPa。

3)穩態過程。該過程即儲罐處于不進料、不出料狀態，此時，儲罐內液位既可能處于允許低限(出料完成后)，也可能是處于允許高限(進料完成后)。泵P-01處于停泵狀態，閥EBV-01，PV-01A，PV-01B都處于關閉狀態。該工藝過程要求儲罐內壓力應維持在0.08～0.2 MPa。

在上述三種工況下，工藝要求氮氣消耗量、放空油氣量應盡量少。為此要求： 當儲罐壓力低于0.18 MPa(H： 0.18 MPa)時，PV-01B閥應處于關閉狀態；當儲罐壓力高于0.10 MPa(L： 0.10 MPa)時，PV-01A閥應處于關閉狀態。

1.2 儲罐壓力自動控制設計方案

根據工藝生產過程及控制要求，PV-01A和PV-01B閥的開度與儲罐內壓力的關系曲線如圖2所示。

圖2 方案二凝縮油儲罐罐內壓力與控制閥開度關系曲線示意

儲罐壓力控制方案描述如下：

1)進料過程。隨著儲罐內液位不斷升高，當儲罐內壓力逐步上升至允許壓力高限值0.20 MPa時，PV-01B閥打開。如果PV-01B閥放空氣體流量大于進料液體流量時，儲罐內壓力會逐漸下降，當儲罐內壓力下降至0.18 MPa時，PV-01B閥自動關閉。隨著罐內液位繼續升高，當儲罐內壓力再次升高至0.20 MPa時，PV-01B閥再次自動打開，直至罐內液位升高至工藝允許高限設定值，EBV-01閥自動關閉，此時，罐內壓力值為0.18～0.20 MPa。

2)出料過程。隨著儲罐內液位不斷降低，當儲罐內壓力逐步下降至設計允許低低限壓力0.08 MPa時，PV-01A閥打開。如果氮氣流量大于液體出料流量時，儲罐內壓力會逐漸上升，當儲罐內壓力上升至0.10 MPa時，PV-01A閥自動關閉。當儲罐內壓力再次降低至0.08 MPa時，PV-01A閥再次自動打開，直至罐內液位下降至工藝允許低限設定值，液體出料泵P-01自動關閉，此時，儲罐內壓力值為0.08～0.10 MPa。

3)穩態(靜止)過程。儲罐內壓力應保持在0.08～0.20 MPa。由于晝夜環境溫差大，高液位時，當環境溫度升高造成儲罐內壓力高于允許高限壓力0.20 MPa時，PV-01B閥會自動打開，直至罐內壓力降至0.18 MPa時，PV-01B閥自動關閉。反之亦然，液位處于允許低液位時，當環境溫度降低造成儲罐內壓力低于0.08 MPa時，PV-01A閥會自動打開，直至儲罐內壓力升高至0.10 MPa時，PV-01A閥自動關閉。

1.3 注意事項

1)為了滿足工藝對儲罐內壓力不大于0.20 MPa的要求，PV-01B閥的流通能力應盡可能與EBV-01閥的流通能力相匹配，至少不應小于EBV-01閥的最大允許流通能力，以保證在最大進料過程中，儲罐壓力不會超過最大高限值0.20 MPa。

2)為了滿足工藝對儲罐內壓力不低于0.08 MPa的要求，PV-01A閥的流通能力應盡可能與單元出料泵P-01的輸送能力相匹配，至少不應小于P-01泵的最大允許輸送能力，以保證在最大出料過程中，儲罐壓力不會低于最小低限值0.08 MPa。

2 方案三介紹

該方案氮氣補壓閥、油氣放空閥選用線性特性控制閥。

2.1 凝縮油儲罐進出料相關工藝流程和控制方案

凝縮油儲罐進出料相關工藝流程和典型控制方案如圖3所示，主要工藝生產過程描述如下。

圖3 方案三凝縮油儲罐進出料相關工藝流程和控制方案

1)進料過程。允許液位低限(或空罐)時，凝縮油自單元外經EBV-01閥，EBV-02閥引入球形儲罐，隨著儲罐內液位上升，罐內壓力隨之升高。當儲罐內壓力升高至壓力允許高高限時，罐內油氣經PV-02閥放空至管網。該工藝過程要求儲罐內壓力不高于0.20 MPa、不低于0.18 MPa。

2)出料過程。自儲罐內液位高限開始，凝縮油自儲罐經EBV-02閥，P-01泵送至單元外，隨著儲罐內液位降低，罐內壓力隨之下降。當儲罐內壓力下降至允許壓力低低限時，補壓氮氣經PV-01閥進入儲罐。該工藝過程要求儲罐內允許壓力不低于0.08 MPa、不高于0.10 MPa。

3)穩態(靜止)過程。當儲罐處于該工藝狀態時，儲罐內液位既可能是允許低限(出料完成后)，也可能是允許高限(進料完成后)。P-01泵處于停泵狀態，EBV-01，PV-01，PV-02閥都處于關閉狀態。該工藝過程要求儲罐內壓力應維持在0.08～0.20 MPa。

在上述三種工況下，工藝要求氮氣消耗量、放空油氣量應盡量少。

2.2 儲罐壓力自動控制設計方案

根據工藝生產過程及控制要求，PV-01和PV-02閥的開度與儲罐內壓力的關系曲線如圖4所示。

圖4 方案三凝縮油儲罐罐內壓力與控制閥開度曲線示意

儲罐壓力控制方案描述如下：

1)進料過程。隨著儲罐內液位不斷升高，當罐內壓力逐步上升至0.18 MPa時，PV-02閥逐步打開。如果PICA-02回路的PI參數整定合適，在進料過程中，PV-02閥的開度將一直處于0～100%內，罐內壓力穩定在設定值(如0.19 MPa)附近。當儲罐內壓力下降至0.18 MPa以下時，PV-02閥自動關閉。當儲罐內壓力升高至0.20 MPa以上時，PV-02閥自動全開。

2)出料過程。隨著儲罐內液位不斷降低，當罐內壓力逐步下降至0.10 MPa時，PV-01閥逐步打開。如果PICA-02回路的PI參數整定合適，在出料過程中，PV-01閥的開度將一直處于0～100%，罐內壓力穩定在設定值(如0.09 MPa)附近。當儲罐內壓力上升至0.10 MPa以上時，PV-01閥自動關閉。當儲罐內壓力降低至0.08 MPa以下時，PV-01閥自動全開。

3)穩態(靜止)過程。儲罐內壓力應保持在0.08～0.20 MPa。由于晝夜環境溫差大，高液位時，當環境溫度升高造成儲罐內壓力高于0.20 MPa時，PV-02閥會自動打開，直至罐內壓力降至0.18 MPa時，PV-02閥自動關閉。反之亦然，低液位時，當環境溫度降低造成儲罐內壓力低于0.08 MPa時，PV-01閥會自動打開，直至罐內壓力升高至0.10 MPa時，PV-01閥自動關閉。

2.3 注意事項

1)為了滿足工藝對儲罐內壓力不大于0.20 MPa的要求，PV-02閥的流通能力應盡可能與EBV-01閥的流通能力相匹配，至少不應小于EBV-01閥的最大允許流通能力，以保證在最大進料過程中，儲罐壓力不會超過最大高限值0.20 MPa。

2)為了滿足工藝對儲罐內壓力不低于0.08 MPa的要求，PV-01閥的流通能力應盡可能與P-01泵的輸送能力相匹配，至少不應小于P-01泵的最大允許輸送能力，以保證在最大出料過程中，儲罐壓力不會低于最小低限值0.08 MPa。

3)為了盡可能減少穩態過程中氮氣的消耗，密封閥、放空閥應選用密封等級高(TSO，至少V級)的控制閥。

3 DCS組態中的幾點優化建議

1)為了減少PV-02閥(PV-01B閥)使用過程中的開關次數，延長其使用壽命，建議在儲罐進料過程中，PV-02閥(PV-01B閥)關閥動作與進料閥EBV-01狀態聯鎖，即EBV-01閥在全開時，PV-02閥(PV-01B閥)盡量不關閉。

2)為了減少PV-01閥(PV-01A閥)使用過程中的開關次數，延長其使用壽命，建議在儲罐出料過程中，PV-01閥(PV-01A閥)關閥動作與P-01泵狀態聯鎖，即P-01泵在運行時，PV-01閥(PV-01A閥)盡量不關閉。

3)方案三設計中為了保證儲罐壓力控制平穩，在出料過程中，當罐內壓力達到工藝允許值0. 08～0.10 MPa時，可以采用定值控制的方式。比如： 設定值采用0.09 MPa，固定PV-01閥的開度使之與P-01泵的輸出流量一致，直至泵停止運轉為止，從而減少PV-01閥的開關次數，延長其使用壽命。

4)方案三設計中為了保證儲罐壓力控制平穩，在進料過程中，當罐內壓力達到工藝允許值0.18～0.20 MPa時，可以采用定值控制的方式。比如： 設定值采用0.19 MPa，固定PV-02閥的開度使之與EBV-01閥的進料流量一致，直至進料閥門關閉為止，從而減少閥PV-02的開關次數，延長其使用壽命。

4 結束語

隨著國內對石化企業安全生產及環保節能要求的日益提高，如何既能保證安全生產，又能盡可能減少VOCs排放、滿足環保節能的更高要求，是國家、相關石化企業以及廣大設計人員不斷努力的目標。在方案三的基礎上，繼續探討在生產運行時，凝縮油儲罐的允許高、低液位與允許上、下限壓力之間的關系，進而優化生產運行相關參數，這方面還有很多工作要做，希望與設計院相關專業設計師、石化企業罐區生產運行工程師繼續總結歸納經驗，指導生產運行。