焦化冷卻水存儲罐的機械設計與儀表配型

劉暢，趙夫超，劉磊

（安慶職業技術學院，安徽 安慶 246003）

延遲焦化是原油煉制三大環節的最后一道工序。減壓渣油在焦炭塔里完成結焦后，用機械鉆孔破碎和冷水高壓沖洗的方法讓石油焦碎塊從塔底排出。這種沖洗水稱之為冷焦水，是一種含硫量極高的混合物，原工藝對焦化冷卻水不做任何精細化處理，只是簡單地冷卻隔油后排至污水池待凈化并循環使用，整個過程為開放式和半密閉式，H2S、揮發酚等有害物質肆意飄散，污染周邊環境。中石化安慶分公司煉油一部委托相關設計院，對焦化冷卻水收集系統進行整體工藝提升設計。作為校企合作的項目之一，該設計院機械設備科會同安慶職業技術學院機電一體化專業開展了先期論證，并將子項目——儲水罐的基礎設計工作交由在校教師團隊完成。

1 工藝要求及設計內容

焦化冷卻水從焦炭塔底收集后，通過大功率污水泵輸送至2 座1500m3的儲罐中，進行初次預冷和油水分離，在此過程中由于混合污水的溫度較高，需要對罐體內的溫度進行實時檢測；因來水量的變化，同時要對罐內的液位進行傳感檢測和現場監控，需安裝罐頂雷達液位計及沿罐體自下而上的三組玻璃板液位計；為防止冷卻過程中油水分層后比例失衡，需在罐體三處等分位安裝界位傳感器3 套。檢測數據通過DCS 系統遠傳至中控室。

根據工藝要求，還需在罐體上設置入水口，出水口，補液回流口，氮氣充填入口，污油溢出口，揮發氣體釋放口，泡沫滅火劑噴淋口，清掃排污口等，均按HG/T20592-2009的法蘭標準實施設計。

2 機械設計參數及自動控制環節

首先，兩主儲存罐（標準編號D-502、D-503）為裙座底，固定頂式儲罐，設備規格為DN13000×12000（切線）；主殼體、頭蓋、內部構件的材質均為Q235-B 型鋼板。操作介質為油污、焦粉、水和硫化氫的液態混合物，設計壓力為0.00049～0.005MPa(G)，設計溫度90℃，本設備只在操作可接觸部分設置防燙保溫，保溫厚度50mm，保溫材料為防水泡沫石棉（局部防燙），單臺設備總重59.91t（不含各類儀表重量），底板需加錨固螺栓。罐體內部防腐采用環氧云鐵防銹漆加環氧面漆。該設備基本結構見圖1 所示。

圖1 焦化冷卻水儲罐基本結構及儀表安裝位

此后，再根據工藝設計的要求，自動控制專業的設計內容如下。

（1）罐體內總液位控制。當罐內污水達到設定液位上限時，由測量范圍在0 ～11000mm，防爆等級為Exia ⅡCT6，24V 二線制的雷達液位計（首選FMR245-IGCMKAA4A 型）將檢測結果報送控制器，入水口前端的調節閥輸出動作調節入水量。

（2）操作介質溫度控制。因剛從焦炭塔底收集來的油水混合物實際溫度超過150℃，當來水量過大時，罐體內的介質溫度將超過設計溫度（90℃），此時WSS-481W 型萬向型、抽芯式雙金屬溫度計將檢測結果報送控制單元，電動執行器驅動補水口管道上安裝的閘閥打開，將已處理完畢的低溫工業中水迅速補充進罐，調節介質溫度。

（3）油水分層界位控制。運用WBL-TV-B/d 型界位傳感器能精確感知罐內油水分界面的位置，且響應時間＜0.2s。當油水界面高于污油溢出口位置時會造成收集的污油中含水量偏高；當界面低于隔油板時則污油無法從溢流口排出，此時需要繼續在罐底補充中水或加大上游冷卻熱污水的來水量。此過程仍是靠集散控制器調節來水和補水管道的閥門，從而達到控制界位的目的。

（4）壓力報警及聯鎖。當罐頂氣相壓力過大時，YTF-100 型不銹鋼壓力計通過表壓變送器將信號傳至控制單元，排氣口的快速關斷閥打開，釋放部分壓力，并報警顯示。同時為保證罐內剩余空間油氣混合物的穩定性，自動沖入氮氣進行保護。

（5）防火防爆及噴淋。一旦發生污油自燃的極端情況，溫度、壓力報警同時啟動，噴淋器直接噴入泡沫滅火劑進行緊急處理，并關斷所有出入口的自動閥門。

3 項目意義和總結

富含硫化氫和揮發酚的工業含油污水是煉廠周邊大氣污染的主要來源，將敞開式收集工藝進行全流程密閉及無害化處理，是有效控制此類污染物的常用方法，而作為主要設備的2 座冷卻水儲罐是脫硫除臭改造的核心內容之一。該罐體的設計作為一個石化行業中大型系統性改造工程的子項目，具有主體結構簡單，工藝成熟，自控要求不高，設計及建設周期短等特點，特別適宜于校企合作項目的推進和開展。隨著項目的建成投產，也為央企與普通高職院校在小型產學研項目合作上建立一種積極的探索，提供了有效的經驗。