凝缩油储罐压力控制设计方案探讨

胡玉臣

(中石油华东设计院有限公司，山东 青岛 266071)

在石油化工企业中，常用低压球形储罐储存凝缩油，并采用氮封的形式。目前，用于低压球形储罐压力控制的方案主要有两种： 方案一是补压阀、放空阀均采用自力式控制阀，该种方案比较简单，投资省，但是存在压力控制精度差，且不能在DCS上修改设定点等缺点，目前应用不多；方案二是补压阀、放空阀均采用两位式自动切断阀，在控制室DCS上实现远程控制，该种方案虽然投资较高，但是由于压力控制精度较高，是目前比较常用的设计方案。笔者通过对储运工艺过程的研究分析，结合对控制阀的特性研究，推荐一种补压阀、放空阀均采用线性特性控制阀的方案三，该方案控制手段灵活，压力控制精度高，投资也比方案二省。

在近期某石化企业的设计中，上述方案二和方案三都有采用，下面分别进行详细介绍。

1 方案二介绍

该方案氮气补压阀、油气放空阀选用两位式开关特性切断阀。

1.1 凝缩油储罐进出料工艺流程和控制方案

凝缩油储罐进出料工艺流程和典型控制方案如图1所示，主要工艺生产过程描述如下：

图1 方案二凝缩油储罐进出料工艺流程和控制方案

1)进料过程。凝缩油储罐液位允许低限(或空罐)时，凝缩油自单元外经进料控制阀EBV-01，紧急切断阀EBV-02引入球形储罐，随着液位上升，罐内压力随之升高。当储罐内压力升高至允许压力高高限时，罐内油气经放空阀PV-01B放空至管网。该工艺过程要求储罐内压力不高于0.20 MPa。

2)出料过程。自储罐内液位允许高限开始，凝缩油自储罐经EBV-02阀，出料泵P-01引至单元外，随着储罐内液位降低，罐内压力随之下降。当储罐内压力下降至允许压力低低限时，补压氮气经补压阀PV-01A进入储罐。该工艺过程要求储罐内压力不应低于0.08 MPa。

3)稳态过程。该过程即储罐处于不进料、不出料状态，此时，储罐内液位既可能处于允许低限(出料完成后)，也可能是处于允许高限(进料完成后)。泵P-01处于停泵状态，阀EBV-01，PV-01A，PV-01B都处于关闭状态。该工艺过程要求储罐内压力应维持在0.08～0.2 MPa。

在上述三种工况下，工艺要求氮气消耗量、放空油气量应尽量少。为此要求： 当储罐压力低于0.18 MPa(H： 0.18 MPa)时，PV-01B阀应处于关闭状态；当储罐压力高于0.10 MPa(L： 0.10 MPa)时，PV-01A阀应处于关闭状态。

1.2 储罐压力自动控制设计方案

根据工艺生产过程及控制要求，PV-01A和PV-01B阀的开度与储罐内压力的关系曲线如图2所示。

图2 方案二凝缩油储罐罐内压力与控制阀开度关系曲线示意

储罐压力控制方案描述如下：

1)进料过程。随着储罐内液位不断升高，当储罐内压力逐步上升至允许压力高限值0.20 MPa时，PV-01B阀打开。如果PV-01B阀放空气体流量大于进料液体流量时，储罐内压力会逐渐下降，当储罐内压力下降至0.18 MPa时，PV-01B阀自动关闭。随着罐内液位继续升高，当储罐内压力再次升高至0.20 MPa时，PV-01B阀再次自动打开，直至罐内液位升高至工艺允许高限设定值，EBV-01阀自动关闭，此时，罐内压力值为0.18～0.20 MPa。

2)出料过程。随着储罐内液位不断降低，当储罐内压力逐步下降至设计允许低低限压力0.08 MPa时，PV-01A阀打开。如果氮气流量大于液体出料流量时，储罐内压力会逐渐上升，当储罐内压力上升至0.10 MPa时，PV-01A阀自动关闭。当储罐内压力再次降低至0.08 MPa时，PV-01A阀再次自动打开，直至罐内液位下降至工艺允许低限设定值，液体出料泵P-01自动关闭，此时，储罐内压力值为0.08～0.10 MPa。

3)稳态(静止)过程。储罐内压力应保持在0.08～0.20 MPa。由于昼夜环境温差大，高液位时，当环境温度升高造成储罐内压力高于允许高限压力0.20 MPa时，PV-01B阀会自动打开，直至罐内压力降至0.18 MPa时，PV-01B阀自动关闭。反之亦然，液位处于允许低液位时，当环境温度降低造成储罐内压力低于0.08 MPa时，PV-01A阀会自动打开，直至储罐内压力升高至0.10 MPa时，PV-01A阀自动关闭。

1.3 注意事项

1)为了满足工艺对储罐内压力不大于0.20 MPa的要求，PV-01B阀的流通能力应尽可能与EBV-01阀的流通能力相匹配，至少不应小于EBV-01阀的最大允许流通能力，以保证在最大进料过程中，储罐压力不会超过最大高限值0.20 MPa。

2)为了满足工艺对储罐内压力不低于0.08 MPa的要求，PV-01A阀的流通能力应尽可能与单元出料泵P-01的输送能力相匹配，至少不应小于P-01泵的最大允许输送能力，以保证在最大出料过程中，储罐压力不会低于最小低限值0.08 MPa。

2 方案三介绍

该方案氮气补压阀、油气放空阀选用线性特性控制阀。

2.1 凝缩油储罐进出料相关工艺流程和控制方案

凝缩油储罐进出料相关工艺流程和典型控制方案如图3所示，主要工艺生产过程描述如下。

图3 方案三凝缩油储罐进出料相关工艺流程和控制方案

1)进料过程。允许液位低限(或空罐)时，凝缩油自单元外经EBV-01阀，EBV-02阀引入球形储罐，随着储罐内液位上升，罐内压力随之升高。当储罐内压力升高至压力允许高高限时，罐内油气经PV-02阀放空至管网。该工艺过程要求储罐内压力不高于0.20 MPa、不低于0.18 MPa。

2)出料过程。自储罐内液位高限开始，凝缩油自储罐经EBV-02阀，P-01泵送至单元外，随着储罐内液位降低，罐内压力随之下降。当储罐内压力下降至允许压力低低限时，补压氮气经PV-01阀进入储罐。该工艺过程要求储罐内允许压力不低于0.08 MPa、不高于0.10 MPa。

3)稳态(静止)过程。当储罐处于该工艺状态时，储罐内液位既可能是允许低限(出料完成后)，也可能是允许高限(进料完成后)。P-01泵处于停泵状态，EBV-01，PV-01，PV-02阀都处于关闭状态。该工艺过程要求储罐内压力应维持在0.08～0.20 MPa。

在上述三种工况下，工艺要求氮气消耗量、放空油气量应尽量少。

2.2 储罐压力自动控制设计方案

根据工艺生产过程及控制要求，PV-01和PV-02阀的开度与储罐内压力的关系曲线如图4所示。

图4 方案三凝缩油储罐罐内压力与控制阀开度曲线示意

储罐压力控制方案描述如下：

1)进料过程。随着储罐内液位不断升高，当罐内压力逐步上升至0.18 MPa时，PV-02阀逐步打开。如果PICA-02回路的PI参数整定合适，在进料过程中，PV-02阀的开度将一直处于0～100%内，罐内压力稳定在设定值(如0.19 MPa)附近。当储罐内压力下降至0.18 MPa以下时，PV-02阀自动关闭。当储罐内压力升高至0.20 MPa以上时，PV-02阀自动全开。

2)出料过程。随着储罐内液位不断降低，当罐内压力逐步下降至0.10 MPa时，PV-01阀逐步打开。如果PICA-02回路的PI参数整定合适，在出料过程中，PV-01阀的开度将一直处于0～100%，罐内压力稳定在设定值(如0.09 MPa)附近。当储罐内压力上升至0.10 MPa以上时，PV-01阀自动关闭。当储罐内压力降低至0.08 MPa以下时，PV-01阀自动全开。

3)稳态(静止)过程。储罐内压力应保持在0.08～0.20 MPa。由于昼夜环境温差大，高液位时，当环境温度升高造成储罐内压力高于0.20 MPa时，PV-02阀会自动打开，直至罐内压力降至0.18 MPa时，PV-02阀自动关闭。反之亦然，低液位时，当环境温度降低造成储罐内压力低于0.08 MPa时，PV-01阀会自动打开，直至罐内压力升高至0.10 MPa时，PV-01阀自动关闭。

2.3 注意事项

1)为了满足工艺对储罐内压力不大于0.20 MPa的要求，PV-02阀的流通能力应尽可能与EBV-01阀的流通能力相匹配，至少不应小于EBV-01阀的最大允许流通能力，以保证在最大进料过程中，储罐压力不会超过最大高限值0.20 MPa。

2)为了满足工艺对储罐内压力不低于0.08 MPa的要求，PV-01阀的流通能力应尽可能与P-01泵的输送能力相匹配，至少不应小于P-01泵的最大允许输送能力，以保证在最大出料过程中，储罐压力不会低于最小低限值0.08 MPa。

3)为了尽可能减少稳态过程中氮气的消耗，密封阀、放空阀应选用密封等级高(TSO，至少V级)的控制阀。

3 DCS组态中的几点优化建议

1)为了减少PV-02阀(PV-01B阀)使用过程中的开关次数，延长其使用寿命，建议在储罐进料过程中，PV-02阀(PV-01B阀)关阀动作与进料阀EBV-01状态联锁，即EBV-01阀在全开时，PV-02阀(PV-01B阀)尽量不关闭。

2)为了减少PV-01阀(PV-01A阀)使用过程中的开关次数，延长其使用寿命，建议在储罐出料过程中，PV-01阀(PV-01A阀)关阀动作与P-01泵状态联锁，即P-01泵在运行时，PV-01阀(PV-01A阀)尽量不关闭。

3)方案三设计中为了保证储罐压力控制平稳，在出料过程中，当罐内压力达到工艺允许值0. 08～0.10 MPa时，可以采用定值控制的方式。比如： 设定值采用0.09 MPa，固定PV-01阀的开度使之与P-01泵的输出流量一致，直至泵停止运转为止，从而减少PV-01阀的开关次数，延长其使用寿命。

4)方案三设计中为了保证储罐压力控制平稳，在进料过程中，当罐内压力达到工艺允许值0.18～0.20 MPa时，可以采用定值控制的方式。比如： 设定值采用0.19 MPa，固定PV-02阀的开度使之与EBV-01阀的进料流量一致，直至进料阀门关闭为止，从而减少阀PV-02的开关次数，延长其使用寿命。

4 结束语

随着国内对石化企业安全生产及环保节能要求的日益提高，如何既能保证安全生产，又能尽可能减少VOCs排放、满足环保节能的更高要求，是国家、相关石化企业以及广大设计人员不断努力的目标。在方案三的基础上，继续探讨在生产运行时，凝缩油储罐的允许高、低液位与允许上、下限压力之间的关系，进而优化生产运行相关参数，这方面还有很多工作要做，希望与设计院相关专业设计师、石化企业罐区生产运行工程师继续总结归纳经验，指导生产运行。