典型乙烯球罐储运系统的工艺安全设计

邱传宝，吴罗刚

(广东寰球广业工程有限公司，广东 广州 510665)



典型乙烯球罐储运系统的工艺安全设计

邱传宝，吴罗刚

(广东寰球广业工程有限公司，广东 广州 510665)

简单介绍了某乙烯球罐储运系统的工艺流程，阐述了球罐及主流程、排放系统工艺安全设计要点。对可能存在的风险进行了分析，并提出了风险防范及应对措施。在进行乙烯球罐储运系统的工艺安全设计时应做到以下三点：(1)严格遵守国家制定的相关标准规范；(2)应结合介质特性充分考虑各种可能的工况，分析可能发生的危险，采取相应的安全措施；(3)从技术经济方面综合考虑优化系统，避免安全问题的发生。

乙烯；球罐；储运；安全

乙烯属于易燃、易爆介质，根据可燃气体火灾危险性分类乙烯气体属于甲类物质[1]。化工系统在开车、正常运行、停车和事故排放的乙烯一旦泄露，易与空气形成爆炸性混合物，一旦发生爆炸造成的后果不堪设想。因此，工艺系统的安全设计十分重要。系统中排放的乙烯气体一般均要送火炬处理，上述工况中排放的乙烯液体或气体经过安全阀或阀门的节流作用温度很低，排放的低温效应影响整个后续火炬排放系统的设计。因此排放系统的工艺安全设计同样重要。在进行乙烯球罐储运系统工艺设计时要根据物料的性质充考虑各种可能发生的工况。本文介绍了某大型煤化工项目中乙烯球罐储运系统的工艺流程，阐述了球罐及主流程、排放系统工艺安全设计要点,对可能存在的风险进行了分析，并提出了风险防范及应对措施。

1 乙烯物性及相图

乙烯的相图如图1所示，当操作温度为-35 ℃，操作压力为1.6 MPaG。

图1 乙烯相图

2 工艺流程

本项目乙烯罐区属于煤化工项目的中间原料罐区。乙烯罐区设备包括8座2500 m3球罐，2台乙烯泵、2台乙烯热备输送泵、1套冰机系统、1台乙烯换热器和1台不合格乙烯换热器。

乙烯罐区来料主要包括来自煤制油接点的乙烯、来自乙烯单元的液相乙烯产品/开车液相乙烯、不合格乙烯。正常运行期间乙烯由裂解装置以气态送出直供聚乙烯装置，少量液化送入罐区以维持罐区及整个系统的正常温度与压力。只有在裂解与聚乙烯装置出现生产不平衡或裂解装置短期停车时，为减小运行波动维持聚乙烯装置稳定运行时才由罐区向聚乙烯装置供料。自裂解装置或煤制油来的液态乙烯进入乙烯罐在-35 ℃下储存。罐区设置2台乙烯泵，一开一备。当需要送出时，经过乙烯泵升压至一定压力后再经乙烯气化器气化将气态乙烯送至聚乙烯装置。为确保气态乙烯输出系统保持热备状态和给OCU装置输送液相乙烯产品，设置2台乙烯热备/输送泵，一开一备。乙烯泵和热备/输送泵均设置回流管线，返回乙烯罐中。

乙烯储存所需的冷量，由裂解装置送入的液态乙烯带入，不足时由乙烯冷冻机组提供。裂解装置运行期间，乙烯冷冻机组低负荷运行，乙烯罐内挥发出的合格乙烯气大部分返回裂解装置；在裂解装置停工期间，通过乙烯冷冻机组配套供应的乙烯冷凝器冷凝后自流回乙烯罐，以免物料损失。乙烯罐中的不合格乙烯自流入不合格乙烯气化器，气化后返回裂解装置加工。工艺流程简图如图2所示。

图2 乙烯储运系统简图

3 球罐及主流程的安全设计

乙烯正常操作温度为-35 ℃，操作压力为1.6 MPaG，综合考虑乙烯球罐采用低温碳钢材质保冷设计[2]，设计压力按2.16 MPaG 考虑[3]。

乙烯的饱和蒸汽压较高，为防止气蚀，选择立式筒袋式离心泵。主体材质选择能耐低温高压的材质。

每座乙烯球罐设有多点温度远传、一套雷达液位计(带罐旁就地指示)、一套伺服液位计、一个压力就地指示及远传报警。罐内高高液位联锁关闭罐进料根部紧急切断阀，低低液位联锁停相关出料泵。换热器出口管线上设置三选二温度远传指示，以确保测温准确[4]。

当换热器出口达到设定的低低温度时联锁关闭换热器进料紧急切断阀以免低温物料进入下游管线发生危险。泵出口管线上设置三选二压力远传指示以确保测压准确。当压力高时关泵，压力低时启动备用泵以保证系统供料稳定。

乙烯罐气相线设有压力控制系统，当任何原因引起罐压力升高，达到操作上限，压力控制阀开启，将部分气体物料排入火炬，以维持罐内压力稳定。遇火灾等事故，导致罐内压力急剧升高，压力控制阀泄放能力无法满足时，安全阀启跳，物料排入火炬系统以确保球罐的安全。每座球罐出口管线设置采样系统，满足质量分析管理的需要。

4 排放系统的工艺安全设计

根据接点条件，火炬系统[5]的末端接点的背压为0.15 MPaG。

乙烯的排放主要包括四部分：(1)罐顶安全阀的排放；(2)换热器出口管道的安全阀排放；(3)管道上液体膨胀阀的排放；(4)设备及管道上的放空排净。各部分排放温度见表1。

表1 乙烯排放温度一览表

根据乙烯丙烯物性及设备布置本项目设计乙烯丙烯共用一根火炬总管。由于本项目无冷火炬，排放温度较低，因此需将排放加热后排入热火炬系统。乙烯丙烯罐顶的安全阀排放气、换热器的安全阀排放气、管道上的放空气直接进入冷火炬气加热器。管道上的液体膨胀阀排放、设备及管道上的排净先经冷火炬气凝液气化器加热气化后然后再跟上述管线一起进入冷火炬气加热器。工艺流程简图如图3所示。

图3 排放系统工艺流程简图

火炬主管上设氮气吹扫保持微正压避免系统产生负压[6]。在确定冷火炬系统最大排放量、系统处理能力、操作条件和设计条件时，考虑火灾工况。为杜绝冒罐现象出现，设计中对球罐液位严密监测、高液位报警、高高液位报警联锁关闭进料切断阀，同时在生产中须加强日常操作管理。

由于泄放后温度较低，火炬管材质采用不锈钢材质。冷火炬气凝液气化器管程和壳程都采用不锈钢材质，底部设集液包，通过监测集液包中液位及时将低低压蒸汽凝液排走以防与换热管接触损坏换热器。从技术经济合理性考虑，火炬KO罐采用低温碳钢材质。

为了避免低温排放窜入下游系统导致下游设备及管道破坏，主要采取以下三个措施：

(1)适当加大冷火炬气加热器热负荷，保证经过冷火炬气加热器加热后的出口气温度>5 ℃；

(2)采用质量性能好的双疏水阀加开关阀并行运行，冷火炬气加热器管道出口设低温报警联锁开低低压蒸汽凝液开关阀，保证低低压蒸汽凝液及时排出；

(3)冷火炬气加热器出口管道50倍的管径长度采用不锈钢材质。

5 结 论

在进行乙烯球罐储运系统的工艺安全设计时应做到以下三点：

(1)严格遵守国家制定的相关标准规范；

(2)应结合介质特性充分考虑各种可能的工况，分析可能发生的危险，采取相应的安全措施；

(3)从技术经济方面综合考虑优化系统，避免安全问题的发生。

[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50160-2008石油化工企业设计防火规范[S].北京:中国计划出版社,2009.

[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50264-2013工业设备及管道绝热工程设计规范[S].北京:中国计划出版社,2013.

[3] 化工部工艺系统设计技术中心站.HG/T 20570.1-1995设备管道系统设计压力和设计温度的确定[S].1996.

[4] 国家发展和改革委员会.SH3136-2003 液化烃球形储罐安全设计规范[S].北京:中国石化出版社,2004.

[5] 化工部工艺系统设计技术中心站.HG/T 20570.12-1995火炬系统设计[S].1996.

[6] 工业和信息化部.SH3009-2013石油化工可燃气体排放系统设计规范[S].北京:中国石化出版社,2014.

Process Safety Design of Typical Ethylene Spherical Tank Storage and Transportation System

QIUChuan-bao,WULuo-gang

(HQC (Guangye) Co., Ltd., Guangdong Guangzhou 510655, China)

The process flowsheet diagram for ethylene spherical tank storage and transportation system was briefly introduced, the key points of the process safety design of the spherical tank, the main process and the exhaust system were analyzed. The possible risks were analyzed, and risk prevention measures were put forward. When the process safety design of ethylene spherical tank storage and transportation system was beginning, the following three points should be done as follows: standard specifications formulated by government should be strictly observed, various possible working conditions should be considered by the fully consideration of the characteristics of the medium and the possible dangers should be analyzed and appropriate security measures should be taken, the occurrence of security issues should be avoided by the system optimization from the technical and economic aspects.

ethylene; spherical tank; storage and transportation; safety

邱传宝(1985-)，男，硕士研究生，工程师，主要从事化工设计。

TQ

A

1001-9677(2016)024-0107-03