淺談環氧乙烷儲罐工藝設計

張彩霞

（河北華飛科技咨詢有限責任公司，河北石家莊 050000）

淺談環氧乙烷儲罐工藝設計

張彩霞

（河北華飛科技咨詢有限責任公司，河北石家莊 050000）

結合實際項目，主要介紹環氧乙烷儲罐的工藝設計和在設計過程中應該注意的主要問題。

環氧乙烷；儲罐；工藝設計

1 簡介

環氧乙烷的爆炸極限的體積分數是3%～100%，自燃點429℃，沸點10.7℃，沸點10.7℃，并且環氧乙烷是易燃、易爆的有毒性液體，屬于危險化工品。特別是溫度高于40℃時環氧乙烷就會發生聚合反應。環氧乙烷與化工催化劑如堿、氯化鋁、酸、鐵的氧化物、氧化鋁、金屬鉀等接觸時能產生分解或產生聚合反應，反應過程中會釋放出大量熱量，熱量聚集會導致爆炸的產生。根據《石油化工設計防火規范》（GB50160-2008）標準的規定，環氧乙烷的危險程度為甲A類。同時環氧乙烷是強麻醉劑，能引起急性中毒或慢性中毒，液態環氧乙烷如果接觸皮膚會引起皮膚凍傷。

2 儲罐壓力參數的設計選取

2.1壓力參數的設計與選取

環氧乙烷的壓力臨界值為7.1941MPa，溫度臨界值為196℃，儲存設備設計有外保冷層，按《固定式壓力容器安全技術監察規程》表3-4中，溫度臨界值≥50℃有保冷層但無試驗實測的溫度可查的，工作壓力應按照能達到的最高溫度下的飽和蒸汽壓力確定，得出環氧乙烷50℃的飽和蒸汽壓力為0.3874 MPa；按GB/T13098-2006《工業用環氧乙烷》6.3章節和質技監鍋字[2000]95號文件的要求，環氧乙烷儲罐設計壓力參照條文應按0.8MPa選取。

考慮到空罐在首次使用前必須先抽真空再用氮氣進行置換的極限條件，按質技監鍋字[2000]95號文件的要求還需校核-0.1MPa時罐體的剛度及穩定性。

2.2設計溫度的選取

環氧乙烷溫度高于40℃時開始聚合，按照質技監鍋字[2000]95號文件的要求，參照環氧乙烷罐車的設計溫度為-10℃～20℃，所以將儲罐的設計溫度確定為20℃，考慮到夏季環境溫度有可能達到35℃以上，所以要求設備外部應采取保冷措施。

2.3儲罐殼體材料的選取

由于環氧乙烷與化工催化劑如堿、氯化鋁、酸、鐵的氧化物、氧化鋁、金屬鉀等接觸時能產生分解或產生聚合反應，反應過程中會釋放出大量熱量，熱量聚集會導致爆炸的產生，因此儲罐的材料選取應排除上述材料，應該選用奧氏體不銹鋼S30408（06Cr19Ni10），這種材料應符合《承壓設備用不銹鋼鋼板及鋼帶》GB24511-2009標準中的規定。

3 工藝控制設計

3.1溫度控制

由于環氧乙烷溫度高于40℃時開始聚合，為保證儲罐安全，貯存溫度控制在不高于10℃，為確保環氧乙烷的低溫儲存，采用罐內設換熱管的制冷方式，并且考慮到冷卻介質對換熱管的腐蝕，換熱管材料選用了超低碳S31603（022Cr17Ni12Mo2）奧氏體不銹鋼。根據儲罐溫度控制冷卻介質的流量，同時通過外部裝卸泵對罐內介質進行循環，保證儲罐正常的操作溫度。

罐體外保冷材料采用發泡玻璃，厚度根據保冷要求確定，保溫外皮采用不銹鋼片作為隔熱層上的保護層。

3.2儲存壓力的控制

因為環氧乙烷沸點較低，常溫下飽和蒸汽壓力較高（在20℃，環氧乙烷飽和蒸汽壓為145.91kPa），所以采用低溫加氮封儲存的方法。目的是減少環氧乙烷蒸汽揮發和排放對周邊環境的污染，環氧乙烷儲存罐有氮氣的加壓保護裝置，當儲罐內環氧乙烷外送，儲罐內壓力下降時，氮氣調節閥自動打開向罐內補充氮氣；當向儲罐內進料時，應先打開泄放閥再進料，此時少部分含有環氧乙烷的氮氣通過泄放管道送至吸收罐進行處理。

圖1　工藝流程簡圖

4 安全設計

4.1安全泄放系統

（1）根據SH/T 3007-2007《石油化工儲運系統罐區設計規范》采用安全閥與爆破片串聯使用的安全泄放裝置，且應在安全閥與爆破片之間安裝可供在線校驗使用的四通組件接口。為確保儲罐在任何時候都能滿足泄放要求，可安裝兩套上述裝置。

（2）在環氧乙烷儲罐與卸車鶴管、裝卸泵之間的管道有可能形成封閉管路的管道上設置了安全閥，防止管道超壓造成事故。

（3）在卸車鶴管、裝卸泵與儲罐相關的管道的終端設置氮氣吹掃，防止聚合物堵塞管道。

（4）安全泄放裝置排放的氣體統一匯集送至吸收裝置吸收處理。

4.2聯鎖控制系統

（1）采用低溫儲存，降低了環氧乙烷的分壓并防止環氧乙烷發生聚合，儲罐上設置溫度指示、記錄和高溫報警，確保罐內溫度穩定在儲存低溫范圍內。

（2）儲罐上設置液位指示、記錄和高、低液位報警，當儲罐通過卸車鶴管與泵向儲罐送料時，儲罐液位設置高高液位聯鎖切斷進料閥并停泵；當儲罐通過泵向車間送料時，儲罐液位設置低低液位聯鎖切斷罐底閥并停泵。

（3）儲罐溫度與儲罐內換熱管進口調節閥聯鎖，保證儲罐溫度穩定在儲存低溫范圍內。

4.3其他安全措施

（1）儲罐的充裝系數不大于0.79kg/l，在綜合考慮生產要求、供應能力以及滿足最大儲量與防火安全距離的要求來確定儲罐的容積，并且考慮發生事故時，事故罐內的物料能夠導入其他儲罐內，以便減少事故危險和物料損失，因此在滿足生產需要的前提下，設置了物料罐與備用罐兩個儲罐，且兩個儲罐采用相同的安全措施。

（2）卸車使用帶有氣體平衡裝置的卸車鶴管，并且鶴管與罐車連接管道采用不銹鋼金屬波紋軟管。

（3）接管法蘭選用HG/T20592-2009中的WN帶頸對焊法蘭，并采用標準中II級鍛件標準，法蘭密封面選用凹凸面形式，密封墊片采用HG/T20610-2009中0Cr18Ni9和填充材料為聚四氟乙烯的纏繞墊片。

5 操作注意事項

（1）環氧乙烷儲罐首次進料前，儲罐必須用氮氣置換，置換用的氮氣純度應不低于99.9%，分析合格后方可進料。并且儲罐配套的卸車鶴管和裝卸泵與儲罐相關聯的管道也要一起進行置換。

（2）環氧乙烷儲罐氮封用氮氣管道不應與其他壓力儲罐氮封氮氣管道共用一條主管，需共用時必須采取防止其他儲罐氣體倒入環氧乙烷儲罐內的措施。

（3）如環氧乙烷儲罐發生泄漏，用足夠水進行稀釋，并將污水單獨排到環氧乙烷事故收集池中。

（4）環氧乙烷儲罐裝卸完畢后，相關管道內的物料要用氮氣吹掃干凈，避免管道內的物料長時間停滯發生聚合。

（5）環氧乙烷儲罐送車間管道配置冷凍水伴管，防止長距離輸送管道溫度升高造成管道內環氧乙烷聚合。

6 結論

總之，針對環氧乙烷的易燃、易爆、易發生聚合反應和高度危害的特殊性，環氧乙烷儲罐的設計在工藝控制和安全設計上要安全可靠，防止事故發生。

[1] GB/T 13098-2006，工業用環氧乙烷[S].

[2] SH/T 3007-2007，石油化工儲運系統罐區設計規范[S].

[3] HG/T 21608-2012，液體裝卸臂工程技術要求[S]

Ethylene Oxide Tank Process Design

Zhang Cai-xia

This paper mainly introduces the process design of epoxy ethane storage tank and the main problems in the design process，which is based on the actual project.

ethylene oxide；storage tank；process design

TQ223.26

A

1003-6490（2016）01-0120-02

2015-01-20

張彩霞（1980—），女，河北石家莊人，化工工程師，主要從事工藝設計工作。