低溫乙烯儲(chǔ)運(yùn)安全分析

低溫乙烯儲(chǔ)運(yùn)安全分析

原油是原油的基本原料之一。目前，約75%的石油產(chǎn)品由醚生產(chǎn)。烯、醚的產(chǎn)量和生產(chǎn)能力表明，國(guó)家石油化學(xué)工業(yè)的水平。因此，橡膠的儲(chǔ)存和儲(chǔ)存非常重要。根據(jù)乙烯的物理性質(zhì),其儲(chǔ)存方式通常為高壓下常溫儲(chǔ)存,或者在液態(tài)下常壓低溫儲(chǔ)存。低溫乙烯儲(chǔ)運(yùn)是指乙烯在接近沸點(diǎn)溫度和常壓條件下的儲(chǔ)存和運(yùn)輸。低溫儲(chǔ)存有規(guī)模大、便于運(yùn)輸、安全穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì),因此在大型乙烯儲(chǔ)運(yùn)裝置中得到廣泛的運(yùn)用。低溫乙烯儲(chǔ)罐作為最關(guān)鍵的設(shè)備,有單容罐、雙容罐和全容罐類(lèi)型,其中全容罐由內(nèi)罐和外罐組成,正常操作條件下內(nèi)罐儲(chǔ)存低溫液體,外罐既能儲(chǔ)存低溫液體,也能夠有控制地排放因液體泄漏而產(chǎn)生的蒸發(fā)氣。1低溫乙烯儲(chǔ)罐在乙烯儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中因外界熱量進(jìn)入罐內(nèi),乙烯液體蒸發(fā)導(dǎo)致罐內(nèi)壓力升高。此外,對(duì)于乙烯船運(yùn)操作,在預(yù)冷卸船管線時(shí)也將產(chǎn)生大量乙烯蒸氣,同時(shí)卸船操作時(shí)液相乙烯進(jìn)入罐內(nèi),擠占?xì)庀嘁蚁┑目臻g,也會(huì)導(dǎo)致罐內(nèi)壓力升高。為保持儲(chǔ)罐壓力在正常的操作范圍,必須把超壓的氣相乙烯排出罐外,因此低溫乙烯儲(chǔ)罐一般設(shè)置2套乙烯壓縮機(jī)系統(tǒng),兩臺(tái)壓縮機(jī)規(guī)格功能相同,為便于敘述,將其中一臺(tái)壓縮機(jī)作為基本負(fù)荷壓縮機(jī),另一臺(tái)作為峰值負(fù)荷壓縮機(jī)。在儲(chǔ)罐壓力升高過(guò)程中,隨著壓力的升高依次啟動(dòng)基本負(fù)荷壓縮機(jī)、峰值負(fù)荷壓縮機(jī)、關(guān)閉儲(chǔ)罐進(jìn)料管線上的切斷閥、打開(kāi)排火炬系統(tǒng)的控制閥。在上述措施之后,如果儲(chǔ)罐壓力繼續(xù)升高,則罐頂排至火炬系統(tǒng)的安全閥啟跳,將氣相乙烯排至火炬系統(tǒng);如果壓力繼續(xù)升高,則通向大氣的應(yīng)急安全閥起跳,將氣相乙烯泄放至大氣,對(duì)儲(chǔ)罐起到最終保護(hù)作用。由上述可知,為確保超壓工況下乙烯儲(chǔ)罐的安全,儲(chǔ)罐會(huì)設(shè)置兩套定壓不同的安全閥,分別排至火炬系統(tǒng)和大氣系統(tǒng)。本文以全容罐為例探討低溫乙烯儲(chǔ)罐兩套定壓不同的安全閥的泄放工況和泄放量。2儲(chǔ)罐熱輻射確定安全閥泄放量應(yīng)考慮到下列因素的影響(2)外界對(duì)儲(chǔ)罐的熱輻射;(4)儲(chǔ)罐周?chē)幕馂?zāi);(6)其它的特殊情況,如乙烯泵全回流、儲(chǔ)罐破孔等;2.1儲(chǔ)罐進(jìn)料液壓泵液的壓力低溫乙烯進(jìn)料會(huì)擠占罐內(nèi)氣相乙烯的空間,導(dǎo)致罐內(nèi)壓力升高,為維持儲(chǔ)罐壓力在正常范圍內(nèi),需將液面上層空間的氣相乙烯排出,其排出體積和進(jìn)入的液體乙烯流量大致相同。儲(chǔ)罐進(jìn)料主要是由乙烯船泵送來(lái)的低溫乙烯,其容積置換量為乙烯船泵的最大體積流量。此外儲(chǔ)罐進(jìn)料還包括壓縮液化后的返回量。式中,W2.2罐內(nèi)乙烯氣化由于環(huán)境溫度升高,外部環(huán)境會(huì)向儲(chǔ)罐傳遞熱量,使得罐內(nèi)乙烯氣化產(chǎn)生氣體,該工況一般考慮儲(chǔ)罐高液位時(shí),在最苛刻條件,即夏季一晝夜平均吸熱量作為計(jì)算基準(zhǔn)。式中,W2.3血壓下降大氣壓力的下降,將導(dǎo)致儲(chǔ)罐內(nèi)表壓增大,為了維持儲(chǔ)罐表壓一定,需要從儲(chǔ)罐排出部分乙烯氣體W式中,W2.4溫濕度c儲(chǔ)罐周?chē)馂?zāi)會(huì)引起儲(chǔ)罐內(nèi)乙烯氣化,對(duì)于大型低溫乙烯儲(chǔ)罐,濕潤(rùn)表面積為地面以上至9.14m高度以下的面積。式中,W式中,α為保溫材料在平均溫度下的熱導(dǎo)率,w/(m·K);T為安全閥泄放時(shí)乙烯的溫度,K;δ2.5儲(chǔ)罐滲流方程儲(chǔ)罐周?chē)苈废到y(tǒng)發(fā)生火災(zāi)時(shí),會(huì)引起充滿乙烯的封閉管道內(nèi)的乙烯氣化,氣化的乙烯通過(guò)管路上的安全閥泄放至儲(chǔ)罐,然后經(jīng)儲(chǔ)罐安全閥泄放至火炬或大氣。該工況泄放量W另外,在非火災(zāi)工況下,儲(chǔ)罐周?chē)錆M乙烯的封閉管道由于環(huán)境熱輻射發(fā)生膨脹,通過(guò)管道上的熱膨脹安全閥泄壓至儲(chǔ)罐,然后經(jīng)儲(chǔ)罐安全閥泄放至火炬或大氣。該工況泄放量W式中,WW2.6漏熱形成有效中氣所謂翻滾是指在出現(xiàn)液體溫度或密度分層的低溫容器內(nèi),底部液體由于漏熱而形成過(guò)熱,在一定條件下迅速到達(dá)表面并產(chǎn)生大量蒸氣的過(guò)程。翻滾通常出現(xiàn)在多組分液化氣體中,如液化天然氣LNG,到目前為止,沒(méi)有跡象表明在近乎純凈的液體中會(huì)發(fā)生密度分層現(xiàn)象2.7整個(gè)乙烷泵流程在乙烯泵全回流狀態(tài)下,可假設(shè)泵運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械能全部轉(zhuǎn)化為熱能,則產(chǎn)生乙烯氣體量為:式中,W2.8內(nèi)罐泄漏氣的泄放對(duì)于全防罐,泄放至大氣的安全閥將作為儲(chǔ)罐的最終保護(hù)系統(tǒng),該安全閥應(yīng)設(shè)計(jì)成能泄放內(nèi)罐泄漏產(chǎn)生的蒸發(fā)氣。對(duì)于低溫乙烯儲(chǔ)罐,其壓力泄放系統(tǒng)的尺度可用第一圈壁板上一個(gè)直徑20mm孔的泄放量W式中,W上述分析只針對(duì)獨(dú)立工況,實(shí)際操作中存在多種工況同時(shí)出現(xiàn)的可能,應(yīng)考慮在不同工況下可能同時(shí)發(fā)生的最苛刻情況。3計(jì)算示例以上海某企業(yè)3×103.1在充分充分過(guò)程中釋放的蒸發(fā)氣體儲(chǔ)罐最大進(jìn)料量為747m3.2保溫層防蒸劑保溫層儲(chǔ)罐外罐直徑43.5m,內(nèi)罐直徑41.5m,保溫層厚度1m,筒體高度28.424m,內(nèi)外罐之間填充珍珠巖保溫。計(jì)算得到高液位下外部環(huán)境向儲(chǔ)罐傳遞的輻射熱量為81.01kW,W3.3血壓下降儲(chǔ)罐最大氣相空間48149m3.4潤(rùn)濕面積的確定儲(chǔ)罐安裝在被樁柱架空的鋼筋混凝土平板上,平板距地面凈空約2m,因此潤(rùn)濕面積包括儲(chǔ)罐底部面積和9.14m高度以內(nèi)的筒體面積。經(jīng)計(jì)算,儲(chǔ)罐潤(rùn)濕面積為2393.6m3.5熱膨脹安全閥儲(chǔ)罐周?chē)畲笠蚁┕艿莱叽鐬镈N250,火災(zāi)工況考慮10m管道的泄放量W非火災(zāi)工況下,儲(chǔ)罐周?chē)苈废到y(tǒng)有3個(gè)DN25的熱膨脹安全閥,安全閥的喉徑代號(hào)為D,喉徑截面積71mm3.6整個(gè)乙烷泵流程儲(chǔ)罐內(nèi)設(shè)置2臺(tái)功率55kW的乙烯泵,則W3.7儲(chǔ)量破洞儲(chǔ)罐內(nèi)最高液位25.05m,儲(chǔ)罐第一圈壁板上20mm孔的泄放量W3.8超壓泄氣量的影響安全閥泄放工況分析見(jiàn)表3。由以上可知,排至火炬的安全閥在儲(chǔ)罐充液過(guò)程中的超壓泄放量最大,為4970kg/h;作為儲(chǔ)罐最終的保護(hù)系統(tǒng),排至大氣的安全閥在儲(chǔ)罐上20mm孔時(shí)超壓泄放量最大,為12060kg/h。上述兩套安全閥系統(tǒng)可以此泄放量來(lái)確定尺寸。4低溫乙烯儲(chǔ)罐的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要點(diǎn)(1)對(duì)于大型低溫乙烯儲(chǔ)罐,為確保超壓工況下儲(chǔ)罐的安全,設(shè)置兩套定壓不同的安全閥,分別排至火炬系統(tǒng)和大氣系統(tǒng)。(2)排至火炬的安全