胡玉臣

(中石油華東設(shè)計院有限公司，山東 青島 266071)

在石油化工企業(yè)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(shè)定點等缺點，目前應(yīng)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(xiàn)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(shè)計方案。筆者通過對儲運工藝過程的研究分析，結(jié)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(yè)的設(shè)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(guān)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(chǎn)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(jīng)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(nèi)壓力隨之升高。當儲罐內(nèi)壓力升高至允許壓力高高限時，罐內(nèi)油氣經(jīng)放空閥PV-01B放空至管網(wǎng)。該工藝過程要求儲罐內(nèi)壓力不高于0.20 MPa。

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

3)穩(wěn)態(tài)過程。該過程即儲罐處于不進料、不出料狀態(tài)，此時，儲罐內(nèi)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(tài)，閥EBV-01，PV-01A，PV-01B都處于關(guān)閉狀態(tài)。該工藝過程要求儲罐內(nèi)壓力應(yīng)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(yīng)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(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)；當儲罐壓力高于0.10 MPa(L： 0.10 MPa)時，PV-01A閥應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)。

1.2 儲罐壓力自動控制設(shè)計方案

根據(jù)工藝生產(chǎn)過程及控制要求，PV-01A和PV-01B閥的開度與儲罐內(nèi)壓力的關(guān)系曲線如圖2所示。

圖2 方案二凝縮油儲罐罐內(nèi)壓力與控制閥開度關(guān)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(nèi)液位不斷升高，當儲罐內(nèi)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(nèi)壓力會逐漸下降，當儲罐內(nèi)壓力下降至0.18 MPa時，PV-01B閥自動關(guān)閉。隨著罐內(nèi)液位繼續(xù)升高，當儲罐內(nèi)壓力再次升高至0.20 MPa時，PV-01B閥再次自動打開，直至罐內(nèi)液位升高至工藝允許高限設(shè)定值，EBV-01閥自動關(guān)閉，此時，罐內(nèi)壓力值為0.18～0.20 MPa。

2)出料過程。隨著儲罐內(nèi)液位不斷降低，當儲罐內(nèi)壓力逐步下降至設(shè)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(nèi)壓力會逐漸上升，當儲罐內(nèi)壓力上升至0.10 MPa時，PV-01A閥自動關(guān)閉。當儲罐內(nèi)壓力再次降低至0.08 MPa時，PV-01A閥再次自動打開，直至罐內(nèi)液位下降至工藝允許低限設(shè)定值，液體出料泵P-01自動關(guān)閉，此時，儲罐內(nèi)壓力值為0.08～0.10 MPa。

3)穩(wěn)態(tài)(靜止)過程。儲罐內(nèi)壓力應(yīng)保持在0.08～0.20 MPa。由于晝夜環(huán)境溫差大，高液位時，當環(huán)境溫度升高造成儲罐內(nèi)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(nèi)壓力降至0.18 MPa時，PV-01B閥自動關(guān)閉。反之亦然，液位處于允許低液位時，當環(huán)境溫度降低造成儲罐內(nèi)壓力低于0.08 MPa時，PV-01A閥會自動打開，直至儲罐內(nèi)壓力升高至0.10 MPa時，PV-01A閥自動關(guān)閉。

1.3 注意事項

1)為了滿足工藝對儲罐內(nèi)壓力不大于0.20 MPa的要求，PV-01B閥的流通能力應(yīng)盡可能與EBV-01閥的流通能力相匹配，至少不應(yīng)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(nèi)壓力不低于0.08 MPa的要求，PV-01A閥的流通能力應(yīng)盡可能與單元出料泵P-01的輸送能力相匹配，至少不應(yīng)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(guān)工藝流程和控制方案

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

圖3 方案三凝縮油儲罐進出料相關(guān)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(jīng)EBV-01閥，EBV-02閥引入球形儲罐，隨著儲罐內(nèi)液位上升，罐內(nèi)壓力隨之升高。當儲罐內(nèi)壓力升高至壓力允許高高限時，罐內(nèi)油氣經(jīng)PV-02閥放空至管網(wǎng)。該工藝過程要求儲罐內(nèi)壓力不高于0.20 MPa、不低于0.18 MPa。

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

3)穩(wěn)態(tài)(靜止)過程。當儲罐處于該工藝狀態(tài)時，儲罐內(nèi)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(tài)，EBV-01，PV-01，PV-02閥都處于關(guān)閉狀態(tài)。該工藝過程要求儲罐內(nèi)壓力應(yīng)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(yīng)盡量少。

2.2 儲罐壓力自動控制設(shè)計方案

根據(jù)工藝生產(chǎn)過程及控制要求，PV-01和PV-02閥的開度與儲罐內(nèi)壓力的關(guān)系曲線如圖4所示。

圖4 方案三凝縮油儲罐罐內(nèi)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(nèi)液位不斷升高，當罐內(nèi)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(shù)整定合適，在進料過程中，PV-02閥的開度將一直處于0～100%內(nèi)，罐內(nèi)壓力穩(wěn)定在設(shè)定值(如0.19 MPa)附近。當儲罐內(nèi)壓力下降至0.18 MPa以下時，PV-02閥自動關(guān)閉。當儲罐內(nèi)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(nèi)液位不斷降低，當罐內(nèi)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(shù)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(nèi)壓力穩(wěn)定在設(shè)定值(如0.09 MPa)附近。當儲罐內(nèi)壓力上升至0.10 MPa以上時，PV-01閥自動關(guān)閉。當儲罐內(nèi)壓力降低至0.08 MPa以下時，PV-01閥自動全開。

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

2.3 注意事項

1)為了滿足工藝對儲罐內(nèi)壓力不大于0.20 MPa的要求，PV-02閥的流通能力應(yīng)盡可能與EBV-01閥的流通能力相匹配，至少不應(yīng)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(nèi)壓力不低于0.08 MPa的要求，PV-01閥的流通能力應(yīng)盡可能與P-01泵的輸送能力相匹配，至少不應(yīng)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(wěn)態(tài)過程中氮氣的消耗，密封閥、放空閥應(yīng)選用密封等級高(TSO，至少V級)的控制閥。

3 DCS組態(tài)中的幾點優(yōu)化建議

1)為了減少PV-02閥(PV-01B閥)使用過程中的開關(guān)次數(shù)，延長其使用壽命，建議在儲罐進料過程中，PV-02閥(PV-01B閥)關(guān)閥動作與進料閥EBV-01狀態(tài)聯(lián)鎖，即EBV-01閥在全開時，PV-02閥(PV-01B閥)盡量不關(guān)閉。

2)為了減少PV-01閥(PV-01A閥)使用過程中的開關(guān)次數(shù)，延長其使用壽命，建議在儲罐出料過程中，PV-01閥(PV-01A閥)關(guān)閥動作與P-01泵狀態(tài)聯(lián)鎖，即P-01泵在運行時，PV-01閥(PV-01A閥)盡量不關(guān)閉。

3)方案三設(shè)計中為了保證儲罐壓力控制平穩(wěn)，在出料過程中，當罐內(nèi)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(shè)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(zhuǎn)為止，從而減少PV-01閥的開關(guān)次數(shù)，延長其使用壽命。

4)方案三設(shè)計中為了保證儲罐壓力控制平穩(wěn)，在進料過程中，當罐內(nèi)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(shè)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(guān)閉為止，從而減少閥PV-02的開關(guān)次數(shù)，延長其使用壽命。

4 結(jié)束語

隨著國內(nèi)對石化企業(yè)安全生產(chǎn)及環(huán)保節(jié)能要求的日益提高，如何既能保證安全生產(chǎn)，又能盡可能減少VOCs排放、滿足環(huán)保節(jié)能的更高要求，是國家、相關(guān)石化企業(yè)以及廣大設(shè)計人員不斷努力的目標。在方案三的基礎(chǔ)上，繼續(xù)探討在生產(chǎn)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(guān)系，進而優(yōu)化生產(chǎn)運行相關(guān)參數(shù)，這方面還有很多工作要做，希望與設(shè)計院相關(guān)專業(yè)設(shè)計師、石化企業(yè)罐區(qū)生產(chǎn)運行工程師繼續(xù)總結(jié)歸納經(jīng)驗，指導(dǎo)生產(chǎn)運行。