焦油加工成品罐區設計分析與優化

2019-06-05 09:40:14王超

山西化工 2019年2期

王超

(賽鼎工程有限公司,山西太原 030032)

引言

石油化工儲運系統是指包含通常不發生化學反應、部分帶有攪拌和混合功能的儲存設施以及具有物料裝卸功能的系列裝置。罐區按照功能分為儲存生產原料的原料罐區，儲存成品物料的成品罐區和臨時儲存工藝單元反應物料的中間罐區[1]。本文以山東某地50萬t/a煤焦油深加工工程的成品罐區為例(以下簡稱成品罐區)，就罐區的設備布置和管道布置進行分析優化。

1 罐區的設備布置

1.1 儲罐型式的選擇

儲罐按照與地面的相對高度，其類型可分為地上儲罐(整體地面以上)、半地下儲罐(部分地面以下)和地下儲罐(整體地面以下)。化工企業通常采用地上儲罐類型。根據操作壓力的不同，儲罐可分為常壓式、低壓式和壓力式等。按照結構型式，儲罐一般分為固定頂、內浮頂、浮頂、球形和臥式等類型。

儲罐的類型根據貯存介質的特征(沸點、飽和蒸汽壓等)、操作條件以及火災危險性等級等因素來考慮。不同介質的火災危險性等級分類以及推薦的儲罐型式如表1[2]所示。

當介質的操作溫度超過自身閃點時，乙類液體火災危險性等級應劃分為甲B類，丙A類液體火災危險性等級應劃分為乙A類，丙B類液體火災危險性等級應劃分為乙B類。當介質的操作溫度超過自身沸點時，丙B類液體火災危險性等級應劃分為乙A類。

表1 不同介質火災危險性等級

成品罐區儲存的介質有：輕油、萘油、洗油、脫酚酚油、粗酚和液態瀝青。各介質物性如表2所示。

表2 焦油成品罐區介質物性表

因為輕油閃點與操作溫度接近，故火災危險性等級劃分為甲B類。萘油的結晶溫度為75 ℃，為防止萘油結晶，其操作溫度取100 ℃，因此萘油的操作溫度超過了自身閃點，故其火災危險性等級劃分為乙A類。

儲罐類型根據不同物料的火災危險性等級和相關規范確定如下：洗油、粗酚、脫酚酚油、萘油和液狀瀝青等選用固定頂罐，輕油選用內浮頂儲罐。

1.2 可燃液體儲罐的布置

根據GB50160—2008《石油化工企業設計防火規范》(以下簡稱GB50160—2008)以及相關規范的要求，易燃液體地上儲罐應成組排列，并應符合下列要求：儲罐火災危險性等級相同或相近時，可布置在同一罐組內。儲罐火災危險等級不同的，當單罐容積≤1 000 m3時，也可布置在同一罐組內。

罐組總容積的規定如下：由固定頂和內浮頂組成的混合罐組，總容積≤12×104m3，其中，內浮頂罐按一半容積計算。當單罐容積<1.0×104m3時，罐組內的儲罐個數≤16臺。同一罐組內的儲罐應≤2排。

成品罐區設備包括各類儲罐、雜油地下槽、排氣洗凈塔、尾氣分液器以及泵和風機等定型設備。儲罐的具體數據如表3所示。

表3 焦油儲罐容積及數量

儲罐總容積計算：

1 000×2+500×2+300/2+1 000×2+1 000×5=1 0150 m3<12×104m3

儲罐個數計算：

1+2+2+1+1+5=12臺<16臺

雖然成品罐區各物料具有不同的火災危險性等級，由于儲罐單臺容積均≤1 000 m3，所以不同物料儲罐可布置在同一罐組內。儲罐總容積和個數也均符合相關規范的要求，因此成品罐區中的儲罐可同組布置。

1.3 可燃液體儲罐的防火間距

根據GB50160—2008及相關規范的要求：在同一罐組內，可燃液體相鄰地上儲罐的防火間距應不小于表4中的間距規定，同時不得小于5 m。兩排立式儲罐(直徑<5 m)間距以及臥式儲罐的間距應≥3 m。

表4 可燃液體地上式相鄰儲罐防火間距的要求

成品罐區中儲罐最大容積為1 000 m3，火災危險性為乙A類，儲罐尺寸(直徑×高度)為11 m×11 m。兩排儲罐的防火間距按乙A類取0.75D，即，防火間距≥8.5 m，同時，根據管道布置的需要適當增大，故間距設定為11 m。相鄰儲罐的防火間距根據物料火災危險性等級按表4的規定進行選擇。

1.4 儲罐防火堤的設置

根據GB50160—2008及相關規范要求，罐組周圍應設置防火堤，防火堤內堤腳線與立式儲罐的距離應大于等于罐壁高度(含基礎)的一半。防火堤的有效容積應大于等于罐組內1個最大儲罐的容積。

防火堤有效容積的計算公式見式(1)。

V=AHj-(V1+V2+V3+V4)

(1)

式中：V為防火堤有效容積，m3；A為防火堤中心線組成的平面面積，m2；Hj為設計液面高度，m；V1為一個最大儲罐在防火堤設計液面高度內露出地面的基礎體積，m3；V2為在防火堤設計液面高度內，其他儲罐的體積(防火堤內除一個最大儲罐以外)加上地面以上自身基礎的體積，m3；V3為在設計液面高度范圍內防火堤中心線以內的內培土體積加上防火堤自身體積，m3；V4為設備、管道、隔堤以及其他構筑物在防火堤設計液面高度內的體積之和，m3。

根據防火堤有效容積公式計算出Hj(理論液面高度)后，再加上0.2 m為防火堤實際高度。防火堤最高不宜超過2.2 m(基準為防火堤外3 m范圍內設計地坪標高)，最低不應小于1.0 m(基準為防火堤內設計地坪標高)。

成品罐區中儲罐最大容積是1 000 m3，直徑和高度均為11 m，基礎高度為0.7 m。故，儲罐距防火堤的距離=(11+0.7)/2=5.85 m，取整為6.0 m。防火堤高度計算：

1 000=83×45×Hj-(π×5.52×0.7+π×5.52×Hj×8+π×4.52×Hj×2+π×3.32×Hj)

計算得出：Hj=0.332 m，防火堤高度=Hj+0.2=0.532<1.0 m，故防火堤高度取1.0 m。

1.5 罐區泵房的布置

GB50160-2008中5.3.5節規定應在防火堤外布置罐組的專用泵區，泵區和儲罐的防火間距應符合如下要求：

1) 對于甲A類儲罐，間距≥15 m；

2) 對于甲B、乙類固定頂罐，當容積>500 m3時，間距應≥12 m，當容積≤500 m3時，間距應≥10 m；

3) 對于內浮頂、浮頂儲罐以及丙A類固定頂罐，當容積>500 m3時，間距應≥10 m，當容積≤500 m3時，間距應≥8 m。

罐區泵房的布置需要考慮工藝流程、總圖所在方位、上下游主項位置以及內、外管廊的走向。

成品罐區主要是儲存成品物料，通過裝車站進行外送。山東某地焦油加工項目部分總圖見第160頁圖1，在總圖布置中，成品罐區位于全廠的北側，呈東西走向。主裝置區在罐區的南側，西側有外管廊，故進口物料管線和公用管線從罐區西側外管廊進入罐區，內管廊設置在罐區中間。裝車站在罐區的東側，故泵房應布置在東側，方便出口管線物料經泵房加壓后送至裝車站用于汽車槽車成品裝車外運。

圖1 山東某地焦油加工項目部分總圖(單位：m)

成品罐區中最大容積的儲罐為1 000 m3的固定頂罐，儲罐罐壁與防火堤內堤腳線距離為6.0 m，在防火堤和泵房之間區域設置內管廊，泵房和防火堤間距取8.5 m。泵房與儲罐的防火間距為6+8.5=14.5 m>12 m，滿足相關規范的要求。

泵房位置確定后，需根據物料的不同特性確定儲罐的相對位置。萘油易結晶，為減少管道長度，布置在東側靠近泵房；液狀瀝青也容易凝固，故靠近萘油儲罐布置；輕油為甲B類，防火間距要求高，布置在罐區最外側；其余介質根據物性相同或接近相鄰布置。5臺液狀瀝青儲罐分兩排布置，3臺液狀瀝青儲罐與2臺洗油儲罐布置一排；2臺液狀瀝青儲罐與輕油、酚油以及脫酚酚油儲罐布置在一排。

罐區設備除機泵和風機外，還有雜油地下槽、排氣洗凈塔、尾氣分液器以及凝液回收罐。雜油地下槽用來收集管線排凈的廢油，布置在泵房的北側，有利于放凈的集中收集；排氣洗凈塔和尾氣分液器用于回收放空氣中含有的液體油分，布置在泵房的南側，有利于縮短來自裝車站放空管線等管道的長度；凝液回收罐用于儲罐和管線蒸汽伴熱冷凝液的加壓回收，布置在管廊下界區接口處，便于凝液的全面回收。最終設備布置圖上排從西到東為1臺輕油儲罐、1臺粗酚儲罐、1臺脫酚酚油儲罐、2臺液狀瀝青儲罐以及1臺萘油儲罐，下排從西到東為2臺洗油儲罐、3臺液狀瀝青儲罐以及1臺萘油儲罐。具體布置如圖2所示。

2 罐區的管道布置

2.1 罐區內管廊的布置

罐區管道布置首先要根據管道儀表流程圖、設備布置圖以及外管廊的相對位置確定管道的界區進出口方位和主體走向。根據管道命名表和界區接管條件表分析管道的數量和口徑。

圖2 成品罐區設備布置三維示意圖

罐區內管廊布置應符合以下規定：1) 管道宜采用步步低或步步高的型式，防止形成袋型或局部高點。2) 管道集中布置時，避免通往各儲罐的支管相互交叉。3) 罐區采用多層布置時，需考慮操作和檢修空間。4) 腐蝕性介質、冷介質及易燃介質管道在熱介質管道的下方布置。

成品罐區中輕油來自焦油蒸餾和洗滌分解裝置，液狀瀝青來自焦油蒸餾裝置，洗油、脫酚酚油和萘油來自工業萘蒸餾裝置，粗酚來自洗滌分解裝置。進出界區管線有27根，管線總數有172根。主要分為儲罐進料管線、泵進口管線、泵出口管線、回流管線、放空管線以及公用工程管線等。

罐區內管廊布置分兩層，標高分別為EL 0.500和EL 3.500。上層布置進料管線和回流管線，下層布置儲罐出口管線和公用管線，放空管線在上層管廊上作T型架單獨支撐。分類布置的原則是管線步步高或步步低，并且帶閥門常操作的公用管線布置在下層。兩層管廊之間設置橫向通道便于操作和檢修。管廊布置如圖3所示。

圖3 成品罐區內管廊三維示意圖

罐區和泵房之間管廊布置分3層，標高分別為EL 0.500、EL 4.500和EL 5.500。一層布置泵進口管線，二層布置公用工程管線、回流管線以及部分泵出口管線，三層布置部分泵出口管線和儀表電纜橋架，放空管線在三層管廊上作T型架單獨支撐。管廊布置如圖4所示。

焦油罐區內管廊布置的優化如下：管線分類布置，簡潔整齊，減少了管道材料；合理分層，例如，排氣洗凈塔放空管線入口較高，利用管廊設置單獨支撐避免袋型的產生，公用工程管線吹掃、伴熱等操作較多，故布置在一層；合理利用內管廊，增加裝車站所用公用工程管線，減少了外管廊公用工程管線數量和長度。

圖4 成品罐區泵房側內管廊三維示意圖

2.2 儲罐進出口管線的布置

儲罐進出口管線布置有如下要求：

1) 儲罐管口的布置應滿足相關規范的要求，進出物料管線應集中布置，便于設置操作平臺。

2) 應在儲罐水壓試驗使基礎完成初期沉降后，再確定儲罐的管接口標高，并且基礎的后期沉降量也要嚴格控制。進出口管要采用柔性設置，防止管口變形發生泄露。

3) 工藝管道上的根部切斷閥與儲罐管口連接，應盡量靠近儲罐布置。

成品罐區儲罐出口管線布置如圖5所示。進出儲罐物料管口集中布置，方便設置操作檢修平臺。儲罐進出口物料管線切斷閥與管口直連，避免泄露和積液。考慮儲罐基礎初期沉降，在儲罐進出口物料管線閥門后設置金屬軟管吸收儲罐基礎沉降產生的變形，管線支架在金屬軟管后支撐，保證管線變形的有效吸收。焦油產品黏稠不易流動，因此設置吹掃裝置防止管道堵塞。