LPG液體化工碼頭裝卸工藝設計研究

■　沈園（福建省交通規劃設計院，福州　350004）

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LPG液體化工碼頭裝卸工藝設計研究

■沈園
（福建省交通規劃設計院，福州350004）

摘要LPG液體化工碼頭，危險等級高，裝卸工藝流程復雜，技術難度大。本文對裝卸低溫常壓、常溫壓力液化烴的LPG液體化工碼頭裝卸工藝設計進行了研究，對主要工藝設備選型和工藝管道配置進行了優化，并分析了設計中的關鍵技術。研究結果可供類似LPG液體化工碼頭工程設計參考。

關鍵詞LPG（液化石油氣碼頭）低溫常壓常溫壓力液化烴裝卸工藝設計

1　引言

隨著丙烷脫氫（PDH）技術的發展，丙烷脫氫（PDH）制丙烯正逐步工業化，丙烷由以往民用液化氣組成部分，逐步轉化成重要的化工原料。福州港江陰港區5萬噸級液體化工碼頭（12#泊位）、3千噸級液體化工碼頭（12-1#、12-2#泊位），是丙烷脫氫（PDH）制丙烯天然氣裂解化工項目配套的專用碼頭工程，裝卸低溫常壓丙烷、丁烷和常溫壓力丙烯液化烴類化工品，滿足上述化工項目的原料進口、產品出口，以及化工品中轉貿易。

2　裝卸工藝設計

2.1工藝平面布置（圖1）

本工程裝卸的丙烷、丁烷、丙烯視運輸距離和運輸船型，分別以低溫常壓液態（丙烷-43℃、丁烷-4℃左右）和常溫壓力（丙烯1.5MPa左右）液態形式進行運輸。低溫丙烷、丁烷進口主要來自中東，運輸船型為50000GT LPG船（全冷式）。常溫壓力丙烯進出口主要來自近洋區域和沿海地區，運輸船型為5000GT以下LPG船（全壓式）。

碼頭平面布置充分利用岸線資源，根據工藝介質、運輸船型、貨運量特點，碼頭平臺可同時多點靠泊全冷式船和全壓式船。依據船舶靠泊點，裝卸工藝相應設置1#、2#、3#、4#、5#裝卸點，其中2#裝卸點靠泊全冷式船，為低溫常壓液化烴裝卸區域；1#、3#、4#、5#裝卸點，靠泊全壓式船，為常溫壓力液化烴裝卸區域，加快了原料進口、產品出口的周轉，提高碼頭通過能力。碼頭平臺、引橋布置管線主管廊，工藝主管接至后方罐區。從主管引支管至各裝卸點，滿足裝卸船需要。作為業主專用碼頭，設計充分考慮后續產品的發展，碼頭平臺、管廊均留有發展余地。管廊管道補償采用水平∏型補償和自然補償。裝卸臂處和引橋根部均設置氣動緊急切斷閥，便于出現緊急事故時，碼頭管線系統與船和后方罐區管線系統切斷聯系。

圖1　裝卸工藝平面布置圖［1］

2.2工藝流程（圖2）

低溫常壓液化烴和常溫壓力液化烴因為運輸船型不同，裝卸工藝流程也不相同，而且與常規液體化工碼頭裝卸工藝流程差別很大，除設置液相流程，還需要設置氣相返回流程、氣體回收流程，其中低溫常壓液化烴還需要設置冷循環流程。

丙烷、丁烷、丙烯屬于易燃、易爆、易揮發，火災危險等級甲A類高危險性液化烴，液態輸送過程中，溫度變化液體會出現汽化現象，溫度每升高1℃，壓力相應升高2～3MPa，同質量的液體汽化后體積增加230～300倍［2］，并且在輸送液體同時，需將送入低溫儲罐后置換出的蒸發氣通過氣相返回管線，經氣相裝卸臂回到船艙，以保持卸船系統的壓力平衡。低溫液化烴卸船結束后，液相管一般不掃線，由儲罐適度放壓，使液體保持一定的溫度和壓力。下次卸船前，為防止卸船時過多液體汽化，需要進行冷循環，對管線預冷。根據液化烴特性，不同船型的裝卸特點，主要裝卸工藝流程如下：

2.2.1低溫常壓液化烴工藝流程（2#裝卸點）

液相：全冷式船←→液相裝卸臂←→液相輸送管道←→低溫常壓儲罐

氣相：全冷式船→←氣相裝卸臂→←氣相返回管道→←低溫常壓儲罐

2.2.2低溫冷循環工藝流程（2#裝卸點）

低溫常壓儲罐→低溫循環預冷管→低溫液相管→低溫常壓儲罐

2.2.3低壓氣體回收工藝流程（2#裝卸點）

廢氣→低壓氣體回收管→罐區低溫低壓火炬總管

2.2.4常溫壓力液化烴工藝流程（1#、3#、4#、5#裝卸點）

液相：全壓式船←→氣、液相裝卸臂←→質量流量計←→液相輸送管道←→常溫壓力球罐

氣相：全壓式船→←氣、液相裝卸臂→←質量流量計→←氣相返回管道→←常溫壓力球罐

2.2.5中壓氣體回收工藝流程（1#、3#、4#、5#裝卸點）

廢氣→中壓氣體回收管→罐區常溫中壓火炬總管

圖2　裝卸工藝流程圖［1］

2.3工藝設備選型和管道配置

2.3.1設備選型

裝卸設備優先選擇安全、高效的液壓驅動裝卸臂，由設在碼頭平臺的液壓站控制操作，根據裝卸點分布及電液控制的合理性，每個裝卸點均設置液壓站。裝卸臂配置快速接頭、限位報警裝置和緊急脫離裝置（ERS），確保碼頭發生緊急情況時，船舶能夠安全、快速離岸。裝卸全冷式船，裝卸效率高，裝卸臂尺寸大，設計采用液相、氣相裝卸臂分開設置，分別設置單管裝卸臂，材質為不銹鋼；裝卸壓力船，裝卸臂尺寸較小，設置氣、液相合一的雙管裝卸臂，材質為20#碳鋼。

2.3.2管道配置（表1）

根據工藝流程，為保證輸送介質的品質，碼頭工藝系統按介質分別設置。管道設計流速控制在介質特性允許的靜電安全流速范圍，根據規范液化烴設計流速≤3m/s；管徑根據裝卸船效率和設計流速確定，并在滿足工藝要求和安全生產的前提下，選擇經濟管徑；工藝管道通過能力滿足安全作業條件下的最大裝卸量的要求；管道材料低溫常壓丙烷、丁烷選擇低溫鋼，常溫壓力丙烯選擇碳鋼。

低溫管道根據輸送溫度設置保冷層，保冷材料選擇具有保冷作用，導熱系數低的PIR，以及具有阻燃作用，低溫下穩定性好的泡沫玻璃。保冷層內層和中間層采用PIR，外層采用泡沫玻璃，防潮層采用瑪碲酯，外保護層為鋁合金薄板。

表1　主要工藝管道技術規格表［1］

3　工藝設計關鍵技術

裝卸低溫常壓、常溫壓力液化烴的裝卸工藝，與常規液體化工碼頭和液化天然氣（LNG）碼頭裝卸工藝相比，既有相似之處，又有不同點。根據液化烴特性、運輸船型和裝卸特點，安全可靠、經濟合理是設計考慮的首要問題，因此工藝設計重點考慮以下關鍵技術。

3.1氣相返回工藝

氣相返回管線適用于低溫常壓液化烴運輸的全冷式船和低溫儲罐之間，也適用于常溫壓力液化烴運輸的全壓式船和常溫壓力球罐之間［3］，在液化烴管線系統中作用是非常重要的，裝卸船過程，管道會不斷吸收周圍環境的熱量，發生汽化現象，壓力升高，體積膨脹，因此產生的蒸發氣體需要排放，如果沒有氣相返回管道，排放的氣態液化烴無法返回船艙或儲罐，而排入火炬系統會造成很大浪費。而且伴隨著卸船過程，船上儲罐內氣相壓力逐漸下降，為維持船和罐之間系統的壓力平衡，罐區儲罐需經氣相返回管線向船上儲罐補充加壓的蒸發氣。從安全、經濟的角度考慮，丙烷、丙烯設置液相管道同時，還需要設置氣相返回管道，氣體流向與液體流向相反。而低溫常壓丁烷輸送溫度通常為-4℃左右，極少量氣態丁烷排入低壓氣體回收管，可以不設置氣相返回管道。

3.2冷循環工藝

低溫常壓丙烷、丁烷裝卸完成后，只吹掃裝卸設備，輸送管道一般不吹掃，下次裝卸船前，液相輸送管線為防止卸船時過多液體汽化及溫度差過大對管線的損傷，同時也為減少壓縮機的工作負荷，縮短卸船時間，必須進行管道預冷，設置冷循環流程，冷循環管由儲罐引至碼頭裝卸臂處，以60m3/h左右的小流量冷循環，逐步降低管內液體溫度，使低溫常壓丙烷、丁烷溫度分別達到-35℃和3℃，為下次卸船做預冷準備。

3.3氣體回收工藝

液化烴危險品嚴格要求密閉裝卸，杜絕無組織廢氣排放。管線系統為確保安全，相應設置安全閥、排氣閥等，管線系統在事故或非正常操作時等需要排放的可燃氣體不能直接排放至大氣，必須排放至氣體回收管后匯入罐區火炬系統。根據液化烴不同壓力，設計中分別設置低壓氣體回收管和中壓氣體回收管。

3.4保冷層

低溫管道設置保冷層，是為了保持低溫管道較低的輸送溫度，減少散熱損失，因為裸管散熱損失是保冷管的幾倍和幾十倍；管道保冷能降低能耗，一般冷價是熱價的6倍；保冷可以減少管道輸送過程中介質溫度、壓力升高，有利于工藝系統安全、良好的運行；改善勞動條件，防止操作人員凍傷；防止管道及其組成件表面結露。

4　結語

目前，國內類似同時多點裝卸低溫常壓液化烴和常溫壓力液化烴的LPG液體化工碼頭工程較少，尚沒有相關的碼頭設計規范，設計依據常規液體化工品碼頭工程設計方法，參考液化天然氣（LNG）碼頭工程設計，對碼頭液化烴裝卸工藝設計進行多方面研究，提出了可行的設計方案，并重點分析了氣相返回工藝、冷循環工藝、氣體回收工藝以及保冷層等設計中關鍵技術，為類似LPG液體化工碼頭裝卸工藝設計提供參考。

參考文獻

［1］福州港江陰港區12#泊位工程施工圖設計文件［R］；福州港江陰港區12-1#、12-2#泊位工程施工圖設計文件［R］.福州：福建省交通規劃設計院，2015.

［2］徐宏斌.冷凍液化石油氣碼頭裝卸工藝［J］.油氣儲運，1999，18（9）：7-10.

［3］張東焱，劉婧，毛晶.低溫丙烷卸船至水封洞庫管道規格選用方法［J］.石化技術，2015（5）：11-12.