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发表于 2009-9-7 13:00:48
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丁二烯储运工艺设计的优化
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W4 d4 V2 C! s, \* V: K& V, h! S祝学敏: Y( E/ U& K. k0 c
(广东寰球广业工程有限公司,广东 广州 510530). A6 X* U( Y; z; v8 k2 B+ l4 C
摘 要：本文对丁二烯储运设计中的一些要点、难点进行了阐述，对工艺、设备安全进行设计上的技术优化，保障了储运的安全。
! G# A; F4 |0 w* U 关键词：丁二烯储运；球罐；优化；安全# J& j4 `) L1 N( V, Q( c2 K
丁二烯是用于合成橡胶ABS树脂、酸酐等的主要原料，工业上主要采用球罐或卧式罐储存。丁二烯建规火险为甲级，与空气混合能形成爆炸性混合物，在空气中的爆炸极限为1.4%~16.3%,另外丁二烯易与氧生成过氧化物，也容易发生自聚放热，其过氧化聚合物是不稳定的，易爆、易积累，易引起丁二烯球罐发生爆炸事故和管道的堵塞。因此丁二烯在储运设计中防止自聚和过氧化物的生成是非常重要的。, Q( `/ b: n1 ^9 s
1 工程概况8 G, e' g& ~( Y
山东VOPAK在现有的厂区新建两台2000m3的丁二烯球罐及相关的配套设施。
1 y" a& g% F* r( L 2 工艺
& S9 F* T% Z" S: p0 M 2.1 工艺包括码头卸船、栈台卸火车、球罐储存、冷冻循环及装车，同时还能实现在事故情况下的倒罐功能。
9 L* ?+ X1 }4 S& x' G' Y& s5 Z 2.2 丁二烯球罐的主要技术参数
* C2 C9 r1 { H! h' O; V% H8 T 2.3 工艺设计上的几个要点、难点
/ y; N, O1 ]# C. T( r( k! I; T; B 每个球罐设计两套安全阀，避免安全阀口易被堵塞，采用爆破片和安全阀串联的方式。此外还设计一套远程手动控制排放系统，当压力超过正常操作范围压力时，由控制室手动排放至洗涤塔或火炬系统。: K) U: }9 P2 J
防止球罐在非正常压力、温度、液位下操作，在球罐顶设计压力、温度、液位远传信号指示、报警及紧急停车系统。
# i/ H% R& c. ]8 P* b- U 丁二烯性质非常活跃，在没有任何诱发剂的情况下，受热即可以发生自聚合反应，伴随放热，温度继续升高，再自聚，从而形成链式反应。因此，球罐操作温度控制在27℃以下，采用循环冷冻水与丁二烯进行热交换，保持温度在15℃。7 v. A' R! e: S% `8 J! D
丁二烯易与氧反应生成过氧化物，因此严格与空气接触，并采用球罐顶氮封，氮气的纯度要求99.8%，此外还需定时用在线氧分析仪对球罐气相进行采样和分析。图1 取样装置。9 \- r9 \- P. N1 `. h5 e
防止球罐受外界环境温度变化影响，采用储罐保冷设计；并在夏季较高温度的情况下，对球进行固定喷淋冷却，甚至加入相应的阻聚剂。% D: {. Q) ]) y0 u1 j0 W/ e4 Q
2.4 工艺计算
* [7 |% O0 s( `- @# d; w8 h$ {4 x; r/ m 球罐的充装率 Φt=Φb*ρb/ρt/ w3 O5 g7 X. X7 I% T2 {: r7 M$ q
Φt-任意温度下球罐的充装系数；
/ y* l# N- p+ r( a3 s: p Φb-最高工作温度下球罐的充装系数；
" c& T; b3 ^2 X6 u. t0 C ρb-最高工作温度下丁二烯的密度；
! L* P9 b0 ^" v" Z ρt-任意温度下丁二烯的密度；8 p( f$ }5 [; ~) u# L) E
充装系数是一个很重要的概念，避免在过低温度下，充装过多，当温度升高，压力增大；或在高于操作温度下进料，球罐充装量过少，造成球罐利用率降低。2 p! C) P& p$ \/ k! [" L% Y
安全阀计算 安全阀按《压力容器安全技术监察规程》中压力容器安全泄放量的计算。本项目是按照有完善的绝热材料保温层的液化气体压力容器的安全泄放量的计算：
6 G- m6 n- O( Q 式中：Ws-压力容器的安全泄放量，Kg/h；* y! H9 f& N3 x! n$ h
q-在泄放压力下液化气体的气化潜热，KJ/Kg；
; u, \: l. [- v# y4 o λ-常温下绝热材料的导热系数，KJ/m2.h.℃；
6 J6 i3 y9 {1 M8 D σ-保温层的厚度，m；/ I; y) d. n+ B0 x* g8 q9 n/ U
Ar-容器的受热面积，m2；
5 o( @1 Z: g1 |4 F t-泄放压力下的饱和温度，℃。
9 }$ B$ P( _4 T! j+ d, u; J 球罐上氮封阀的设定值。球罐上氮封阀的压力设定值是需要根据操作温度下的饱和蒸汽压来确定。当氮封阀的压力值设定值过高，球罐上安全阀容易频繁开启，反之，设定过低，达不到保护球罐瞬时产生的真空负压和防止过氧化物产生。
6 _* R6 D: I+ O5 P, i) C* Y 固定管板式换热器的计算。忽略换热器的热量损失，计算冷、热流体的负荷。其中丁二烯走管程，冷冻水走壳层。该条件下换热器的换热面积为32m2，为了防止换热器的内漏，丁二烯渗入到冷冻水系统，在冷冻水系统放空口设计丁二烯浓度检测报警器。
% W8 _6 \& k$ \' o 2.5注水的设计: L2 L: L3 q7 o
根据《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-92）1999年版规范要求，在罐底部设置注水的目的是考虑当全压力式储罐发生管口或阀门泄露时，即在贮罐下部形成水封阻止液体的外泄，防止事故的发生。注水前，应用氮气将管道安全置换，以免注水时，该段空气进入罐内。注水补漏是一种抢救的方案，要求企业制定详尽的操作规程和平时的模拟演练。此外，在设计上，选用质量可靠的法兰、垫片、阀门，避免由于质量问题引起球罐底部液体泄露。
' ]; W2 z+ X! B/ [2 K 总之，在丁二烯储运工艺设计中，针对各细节进行优化设计，综合考虑，避免丁二烯的自聚和与空气接触或与氧反应，发生放热使设备的压力升高或产生过氧化物而爆炸。当然，根据丁二烯的物质性质和储存特性，做到工艺先进，设备选用合理，严格规范的操作就能够保证生命财产安全下，创造社会财富。
# K6 p4 g3 ?/ ?& g6 a6 u 参考文献
& y" O3 B7 J% x [1]张维凡主编.常用化学危险物品安全手册（第一卷）[M].北京：中国医药科技出版社，1992
2 K2 i9 `. t) w1 H [2]压力容器安全技术监察规程/国家质量技术监督局编.北京：中国社会劳动保障出版社，1999
/ x) U% J0 T% @) G3 g [3]潭天恩.化工原理[M].北京：化学工业出版社，1996 |
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