焦化冷却水存储罐的机械设计与仪表配型

刘畅，赵夫超，刘磊

（安庆职业技术学院，安徽 安庆 246003）

延迟焦化是原油炼制三大环节的最后一道工序。减压渣油在焦炭塔里完成结焦后，用机械钻孔破碎和冷水高压冲洗的方法让石油焦碎块从塔底排出。这种冲洗水称之为冷焦水，是一种含硫量极高的混合物，原工艺对焦化冷却水不做任何精细化处理，只是简单地冷却隔油后排至污水池待净化并循环使用，整个过程为开放式和半密闭式，H2S、挥发酚等有害物质肆意飘散，污染周边环境。中石化安庆分公司炼油一部委托相关设计院，对焦化冷却水收集系统进行整体工艺提升设计。作为校企合作的项目之一，该设计院机械设备科会同安庆职业技术学院机电一体化专业开展了先期论证，并将子项目——储水罐的基础设计工作交由在校教师团队完成。

1 工艺要求及设计内容

焦化冷却水从焦炭塔底收集后，通过大功率污水泵输送至2 座1500m³的储罐中，进行初次预冷和油水分离，在此过程中由于混合污水的温度较高，需要对罐体内的温度进行实时检测；因来水量的变化，同时要对罐内的液位进行传感检测和现场监控，需安装罐顶雷达液位计及沿罐体自下而上的三组玻璃板液位计；为防止冷却过程中油水分层后比例失衡，需在罐体三处等分位安装界位传感器3 套。检测数据通过DCS 系统远传至中控室。

根据工艺要求，还需在罐体上设置入水口，出水口，补液回流口，氮气充填入口，污油溢出口，挥发气体释放口，泡沫灭火剂喷淋口，清扫排污口等，均按HG/T20592-2009的法兰标准实施设计。

2 机械设计参数及自动控制环节

首先，两主储存罐（标准编号D-502、D-503）为裙座底，固定顶式储罐，设备规格为DN13000×12000（切线）；主壳体、头盖、内部构件的材质均为Q235-B 型钢板。操作介质为油污、焦粉、水和硫化氢的液态混合物，设计压力为0.00049～0.005MPa(G)，设计温度90℃，本设备只在操作可接触部分设置防烫保温，保温厚度50mm，保温材料为防水泡沫石棉（局部防烫），单台设备总重59.91t（不含各类仪表重量），底板需加锚固螺栓。罐体内部防腐采用环氧云铁防锈漆加环氧面漆。该设备基本结构见图1 所示。

图1 焦化冷却水储罐基本结构及仪表安装位

此后，再根据工艺设计的要求，自动控制专业的设计内容如下。

（1）罐体内总液位控制。当罐内污水达到设定液位上限时，由测量范围在0 ～11000mm，防爆等级为Exia ⅡCT6，24V 二线制的雷达液位计（首选FMR245-IGCMKAA4A 型）将检测结果报送控制器，入水口前端的调节阀输出动作调节入水量。

（2）操作介质温度控制。因刚从焦炭塔底收集来的油水混合物实际温度超过150℃，当来水量过大时，罐体内的介质温度将超过设计温度（90℃），此时WSS-481W 型万向型、抽芯式双金属温度计将检测结果报送控制单元，电动执行器驱动补水口管道上安装的闸阀打开，将已处理完毕的低温工业中水迅速补充进罐，调节介质温度。

（3）油水分层界位控制。运用WBL-TV-B/d 型界位传感器能精确感知罐内油水分界面的位置，且响应时间＜0.2s。当油水界面高于污油溢出口位置时会造成收集的污油中含水量偏高；当界面低于隔油板时则污油无法从溢流口排出，此时需要继续在罐底补充中水或加大上游冷却热污水的来水量。此过程仍是靠集散控制器调节来水和补水管道的阀门，从而达到控制界位的目的。

（4）压力报警及联锁。当罐顶气相压力过大时，YTF-100 型不锈钢压力计通过表压变送器将信号传至控制单元，排气口的快速关断阀打开，释放部分压力，并报警显示。同时为保证罐内剩余空间油气混合物的稳定性，自动冲入氮气进行保护。

（5）防火防爆及喷淋。一旦发生污油自燃的极端情况，温度、压力报警同时启动，喷淋器直接喷入泡沫灭火剂进行紧急处理，并关断所有出入口的自动阀门。

3 项目意义和总结

富含硫化氢和挥发酚的工业含油污水是炼厂周边大气污染的主要来源，将敞开式收集工艺进行全流程密闭及无害化处理，是有效控制此类污染物的常用方法，而作为主要设备的2 座冷却水储罐是脱硫除臭改造的核心内容之一。该罐体的设计作为一个石化行业中大型系统性改造工程的子项目，具有主体结构简单，工艺成熟，自控要求不高，设计及建设周期短等特点，特别适宜于校企合作项目的推进和开展。随着项目的建成投产，也为央企与普通高职院校在小型产学研项目合作上建立一种积极的探索，提供了有效的经验。