陳曉東 王尚林 李玨

摘要：某20000m3常壓低溫乙烯貯罐開車預(yù)冷階段中，低溫乙烯凝液噴淋在罐底板時(shí)，內(nèi)罐底板溫度急降，最大溫降1分鐘約10℃，遠(yuǎn)大于預(yù)冷速率≯3℃/h的要求；計(jì)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(shí)間內(nèi)噴射入罐內(nèi)；根據(jù)已得出的結(jié)論計(jì)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(guān)鍵詞：低溫乙烯貯罐；預(yù)冷階段；內(nèi)罐底板；溫度急降；分析

1 前言

乙烯是結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的烯烴，它是石油化工生產(chǎn)中最基本的有機(jī)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(jī)化工產(chǎn)品，乙烯產(chǎn)量已成為衡量一個(gè)國家石油化工工業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志[1]。

大型常壓低溫貯罐的自動(dòng)化程度極高，操作難點(diǎn)主要集中在開車階段的貯罐乙烯置換和預(yù)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(shí)例，介紹常壓低溫貯罐預(yù)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(jiǎn)介

典型的乙烯常壓低溫儲(chǔ)存裝置可分為3個(gè)系統(tǒng)：1. 乙烯儲(chǔ)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(chǔ)存系統(tǒng)

主要設(shè)備為乙烯低溫貯罐。貯罐采用雙層罐設(shè)計(jì)，內(nèi)罐儲(chǔ)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(shè)備包括乙烯壓縮機(jī)組、制冷機(jī)組、冷凝液化設(shè)施。開車預(yù)冷階段的冷能來自本系統(tǒng)。

2.3 乙烯輸出系統(tǒng)

主要設(shè)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(jiǎn)介

乙烯低溫貯罐開車分為氮?dú)庵脫Q、乙烯氣置換、貯罐預(yù)冷、接卸液相乙烯建立液位四個(gè)階段。貯罐預(yù)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(jī)（往復(fù)式壓縮機(jī)）壓縮，由制冷機(jī)組（螺桿式壓縮機(jī)）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(biāo)冷卻速率≯3℃/h；相鄰罐壁的熱電偶之間最大的溫差30℃[2]，嚴(yán)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(duì)設(shè)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(yù)冷工作，出現(xiàn)罐底板溫度急降的情況，溫降達(dá)到1分鐘約10℃，溫度急降速度超過貯罐內(nèi)預(yù)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(jì)和乙烯凝液返罐線設(shè)置在罐頂平臺(tái)上的溫度計(jì)的溫度曲線顯示溫降為脈沖式，在乙烯壓縮機(jī)連續(xù)運(yùn)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(shí)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(jìn)罐的原因，讓液相乙烯返罐線連續(xù)進(jìn)料即可。

4結(jié)論

通過分析和計(jì)算進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)針對(duì)性的緊急處置，解決了低溫乙烯罐預(yù)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(duì)設(shè)備的安全運(yùn)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(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試驗(yàn)證，全開乙烯凝液返罐線6”根部閥閥門，維持在壓縮機(jī)最低負(fù)荷（啟動(dòng)一臺(tái)，負(fù)荷50%），乙烯凝液返罐線設(shè)置在罐頂平臺(tái)上的溫度計(jì)的溫度曲線仍為規(guī)律性的脈沖，脈沖周期為76min，驗(yàn)證了以上的計(jì)算結(jié)果。

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

綜上所述，低溫乙烯貯罐的預(yù)冷過程要嚴(yán)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(jì)各點(diǎn)的溫降要平緩，嚴(yán)禁出現(xiàn)溫度急降的情況；管線尺寸設(shè)定要嚴(yán)格按照現(xiàn)有工藝和設(shè)計(jì)要求，在規(guī)劃改擴(kuò)建能力時(shí)，要綜合考慮現(xiàn)有工藝條件，力求操作方便、設(shè)計(jì)完美。

參考文獻(xiàn)：

[1]崔小明.《乙烯工業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)》 化學(xué)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(shè)計(jì)手冊(cè)第一篇設(shè)計(jì)與計(jì)算.中國石化出版社，2009：17-44.

[4] 汪鎮(zhèn)安 主編.化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)（下冊(cè)） [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003：3-67-88.

（作者單位：南京揚(yáng)子石油化工設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司1

泰興金燕化學(xué)科技有限公司2

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