MMA储罐工艺系统设计

王红霞

(中石化宁波工程有限公司上海分公司,上海 200030)

本文依据GB50160 -2018《石油化工企业设计防火规范》、HG/T20570-95《工艺系统工程技术规定》、SH/T3007 -2014《石油化工储运系统罐区设计规范》等规范标准中的相关条文规定，以甲基丙烯酸甲酯(MMA)介质为例，结合设计工作中的实际经验，确定了储罐的类型，常压储罐设计温度、设计压力，供从事罐区及储罐等系统设计的人员参考。

1 储罐类型的确定

MMA液体属轻度危害介质，火灾危险性分类为甲B类，闪点10℃，沸点107℃。根据SH3007-2014规定，储存沸点大于或等于45℃或在37.8℃的饱和蒸气压不大于88kPa的甲B、乙A类液体，应选用浮顶储罐或内浮顶储罐。其他的甲B、乙A类液体化工品有特殊储存需要时，可以选用固定顶罐，低压储罐和容量小于或等于100m3的卧式储罐。但应采取下列措施之一：设置氮气或其他惰性气体密封保护系统，密闭收集处理罐内排出的气体；设置氮气或其他惰性气体密封保护系统，控制储存温度低于液体闪点5℃及以下[1]。MMA液体属甲B类，沸点107℃，按规范应选用浮顶储罐或内浮顶储罐，但MMA易聚合，使用浮顶罐可能会造成浮顶卡死，有特殊的存储需求，因此选用常压固定顶罐，并设置氮气密封保护系统，密闭收集处理罐内排出的气体。

2 压力设计及压力保护装置

2.1 设计压力的确定

GB50160-2018对常压储罐的定义为：设计压力小于或等于6.9kPa(罐顶表压) 的储罐。相关规范对设计压力的数值无明确要求，若无特殊要求，一般常压储罐设计压力定为-0.49～2.0 kPa[2]，本文MMA储罐设计压力设置为-0.49 ～2.0 kPa。

2.2 常压储罐常用的保护装置

导致常压储罐压力变化的原因主要有：环境温度的变化，收发物料，事故状态，常用的压力保护装置有压力调节系统、呼吸阀、紧急泄放阀。正常情况下通过压力调节系统维持储罐的压力在一定范围，当储罐压力变化较大，调阀不足以调节或调阀失灵时，呼吸阀将起作用进行调节，事故状态下则依靠紧急泄放阀泄放储罐压力。

2.2.1 压力调节系统、呼吸阀、紧急泄放阀压力值的设定

常压低压储罐压力调节系统、呼吸阀、紧急泄放阀压力值大小的确定原则为：设计压力上限值>紧急泄放阀压力值>呼阀压力值>调节系统压力值>吸阀压力值>设计压力下限值。本文设计MMA储罐的设计压力上限值为2.0KPa，紧急泄放阀的开启压力按照设计压力的90%考虑，即2.0×90%= 1.8KPa，考虑10%的超压保护时，最大泄放压力为1.8×(1+10%)=1.98KPa，略小于MMA储罐设计压力上限值，符合要求。SY/T0511-2010《石油储罐附件 第1部分：呼吸阀》中列出呼吸阀的开启压力分为以下等级(kPa)：+0.355，-0.295；+0.665，-0.295；+0.980，-0.295；+1.375，-0.295；+1.765，-0.295[3]，结合以上等级，呼阀压力设定为1.35kPa，考虑10%超压保护，吸阀全启压力为1.375×(1+10%)=1.513KPa，低于紧急泄放阀的泄露值1.8×85%=1.58 KPa，符合要求。调节系统压力范围设定为0.5KPa。将吸阀的压力设定为-0.295KPa，考虑10%超压保护，吸阀全启压力为-0.295×(1+10%)=-0.325KPa，高于MMA储罐允许压力下限值-0.49KPa，符合要求[4]。

2.2.2 压力调节系统

图1 压力调节系统示意图

压力调节系统为分程控制系统如图1所示，由两组调节阀组成，一组用于罐内压力降低时吸入氮气，以免储罐形成真空而抽瘪，引起储罐压力降低的原因主要有气温降低或出料；另一组用于罐内压力升高时排出罐内气体，以免储罐超压损坏，引起储罐压力升高的原因主要有气温升高或进料。

MMA储罐正常情况下使用氮封阀组维持罐内气相空间压力在0.5KPa左右，当气相空间压力高于0.5KPa 时，氮封阀关闭，停止氮气供应；当罐内气相空间压力低于0.5KPa 时，氮封阀开启，开始补充氮气。补氮调节阀旁路设置限压孔板，当氮封阀故障或需要检修时，手动打开旁路向罐内补充氮气[5]。

2.2.3 呼吸阀

根据GB50160-2018的规定：甲B、乙类液体的固定顶罐，应设阻火器和呼吸阀，呼吸阀正常时处于密封状态，当压力调节系统无法调节罐内压力时才开始工作。当本文所设计MMA储罐内压力超过1.35KPa时，通过带阻火器的呼吸阀外排罐内气体，以降低储罐压力，当罐内压力降低至-0.295KPa 时，通过带阻火器呼吸阀向罐内补充空气，以确保罐内压力不低于储罐的设计压力低限值-0.49KPa。呼吸阀的吸入量为物料出罐时的最大出液量所造成的空气吸入量和大气降温导致气体收缩造成的吸入量之和，呼吸阀的呼出量为物料入罐时的最大进液量所造成的罐内气体呼出量和大气升温导致罐内气体膨胀造成的呼出量之和[6]。

2.2.4 紧急泄放阀

根据SH3007-2014规定，采用氮气或其他惰性气体密封保护系统的储罐应设事故泄压设备，且事故泄压设备的开启压力应高于呼吸阀排气压力并应小于等于储罐设计正压力。本文设计MMA储罐在罐顶部设置紧急泄放阀，并设定其开启压力为1.8KPa，其泄放量应该分别计算各种事故工况，取各种组合工况的较大值进行核算。

3 设计温度

因为温度越高，MMA越容易聚合，MMA储罐操作温度定为20℃，并用0℃冷冻盐水外盘管伴冷以维持此温度。设备的设计温度是指正常工作过程中，与用以确定设备设计压力的最高工作压力相对应的设备材料达到的温度。根据HG/T 20570- 95规定设备器壁与介质直接接触且有外保冷，正常工作温度>15℃时，设计温度可按正常工作温度加15～30℃来确定，MMA储罐设计温度据此定为50℃[7]。

4 结论

综上确定了MMA储罐类型为常压固定顶储罐，储罐的设计压力为-0.49～2.0 KPa，设计温度为50℃，并配置压力调节系统、呼吸阀、紧急泄放阀作为储罐的压力保护装置。