MMA儲罐工藝系統設計

王紅霞

(中石化寧波工程有限公司上海分公司,上海 200030)

本文依據GB50160 -2018《石油化工企業設計防火規范》、HG/T20570-95《工藝系統工程技術規定》、SH/T3007 -2014《石油化工儲運系統罐區設計規范》等規范標準中的相關條文規定，以甲基丙烯酸甲酯(MMA)介質為例，結合設計工作中的實際經驗，確定了儲罐的類型，常壓儲罐設計溫度、設計壓力，供從事罐區及儲罐等系統設計的人員參考。

1 儲罐類型的確定

MMA液體屬輕度危害介質，火災危險性分類為甲B類，閃點10℃，沸點107℃。根據SH3007-2014規定，儲存沸點大于或等于45℃或在37.8℃的飽和蒸氣壓不大于88kPa的甲B、乙A類液體，應選用浮頂儲罐或內浮頂儲罐。其他的甲B、乙A類液體化工品有特殊儲存需要時，可以選用固定頂罐，低壓儲罐和容量小于或等于100m3的臥式儲罐。但應采取下列措施之一：設置氮氣或其他惰性氣體密封保護系統，密閉收集處理罐內排出的氣體；設置氮氣或其他惰性氣體密封保護系統，控制儲存溫度低于液體閃點5℃及以下[1]。MMA液體屬甲B類，沸點107℃，按規范應選用浮頂儲罐或內浮頂儲罐，但MMA易聚合，使用浮頂罐可能會造成浮頂卡死，有特殊的存儲需求，因此選用常壓固定頂罐，并設置氮氣密封保護系統，密閉收集處理罐內排出的氣體。

2 壓力設計及壓力保護裝置

2.1 設計壓力的確定

GB50160-2018對常壓儲罐的定義為：設計壓力小于或等于6.9kPa(罐頂表壓) 的儲罐。相關規范對設計壓力的數值無明確要求，若無特殊要求，一般常壓儲罐設計壓力定為-0.49～2.0 kPa[2]，本文MMA儲罐設計壓力設置為-0.49 ～2.0 kPa。

2.2 常壓儲罐常用的保護裝置

導致常壓儲罐壓力變化的原因主要有：環境溫度的變化，收發物料，事故狀態，常用的壓力保護裝置有壓力調節系統、呼吸閥、緊急泄放閥。正常情況下通過壓力調節系統維持儲罐的壓力在一定范圍，當儲罐壓力變化較大，調閥不足以調節或調閥失靈時，呼吸閥將起作用進行調節，事故狀態下則依靠緊急泄放閥泄放儲罐壓力。

2.2.1 壓力調節系統、呼吸閥、緊急泄放閥壓力值的設定

常壓低壓儲罐壓力調節系統、呼吸閥、緊急泄放閥壓力值大小的確定原則為：設計壓力上限值>緊急泄放閥壓力值>呼閥壓力值>調節系統壓力值>吸閥壓力值>設計壓力下限值。本文設計MMA儲罐的設計壓力上限值為2.0KPa，緊急泄放閥的開啟壓力按照設計壓力的90%考慮，即2.0×90%= 1.8KPa，考慮10%的超壓保護時，最大泄放壓力為1.8×(1+10%)=1.98KPa，略小于MMA儲罐設計壓力上限值，符合要求。SY/T0511-2010《石油儲罐附件 第1部分：呼吸閥》中列出呼吸閥的開啟壓力分為以下等級(kPa)：+0.355，-0.295；+0.665，-0.295；+0.980，-0.295；+1.375，-0.295；+1.765，-0.295[3]，結合以上等級，呼閥壓力設定為1.35kPa，考慮10%超壓保護，吸閥全啟壓力為1.375×(1+10%)=1.513KPa，低于緊急泄放閥的泄露值1.8×85%=1.58 KPa，符合要求。調節系統壓力范圍設定為0.5KPa。將吸閥的壓力設定為-0.295KPa，考慮10%超壓保護，吸閥全啟壓力為-0.295×(1+10%)=-0.325KPa，高于MMA儲罐允許壓力下限值-0.49KPa，符合要求[4]。

2.2.2 壓力調節系統

圖1 壓力調節系統示意圖

壓力調節系統為分程控制系統如圖1所示，由兩組調節閥組成，一組用于罐內壓力降低時吸入氮氣，以免儲罐形成真空而抽癟，引起儲罐壓力降低的原因主要有氣溫降低或出料；另一組用于罐內壓力升高時排出罐內氣體，以免儲罐超壓損壞，引起儲罐壓力升高的原因主要有氣溫升高或進料。

MMA儲罐正常情況下使用氮封閥組維持罐內氣相空間壓力在0.5KPa左右，當氣相空間壓力高于0.5KPa 時，氮封閥關閉，停止氮氣供應；當罐內氣相空間壓力低于0.5KPa 時，氮封閥開啟，開始補充氮氣。補氮調節閥旁路設置限壓孔板，當氮封閥故障或需要檢修時，手動打開旁路向罐內補充氮氣[5]。

2.2.3 呼吸閥

根據GB50160-2018的規定：甲B、乙類液體的固定頂罐，應設阻火器和呼吸閥，呼吸閥正常時處于密封狀態，當壓力調節系統無法調節罐內壓力時才開始工作。當本文所設計MMA儲罐內壓力超過1.35KPa時，通過帶阻火器的呼吸閥外排罐內氣體，以降低儲罐壓力，當罐內壓力降低至-0.295KPa 時，通過帶阻火器呼吸閥向罐內補充空氣，以確保罐內壓力不低于儲罐的設計壓力低限值-0.49KPa。呼吸閥的吸入量為物料出罐時的最大出液量所造成的空氣吸入量和大氣降溫導致氣體收縮造成的吸入量之和，呼吸閥的呼出量為物料入罐時的最大進液量所造成的罐內氣體呼出量和大氣升溫導致罐內氣體膨脹造成的呼出量之和[6]。

2.2.4 緊急泄放閥

根據SH3007-2014規定，采用氮氣或其他惰性氣體密封保護系統的儲罐應設事故泄壓設備，且事故泄壓設備的開啟壓力應高于呼吸閥排氣壓力并應小于等于儲罐設計正壓力。本文設計MMA儲罐在罐頂部設置緊急泄放閥，并設定其開啟壓力為1.8KPa，其泄放量應該分別計算各種事故工況，取各種組合工況的較大值進行核算。

3 設計溫度

因為溫度越高，MMA越容易聚合，MMA儲罐操作溫度定為20℃，并用0℃冷凍鹽水外盤管伴冷以維持此溫度。設備的設計溫度是指正常工作過程中，與用以確定設備設計壓力的最高工作壓力相對應的設備材料達到的溫度。根據HG/T 20570- 95規定設備器壁與介質直接接觸且有外保冷，正常工作溫度>15℃時，設計溫度可按正常工作溫度加15～30℃來確定，MMA儲罐設計溫度據此定為50℃[7]。

4 結論

綜上確定了MMA儲罐類型為常壓固定頂儲罐，儲罐的設計壓力為-0.49～2.0 KPa，設計溫度為50℃，并配置壓力調節系統、呼吸閥、緊急泄放閥作為儲罐的壓力保護裝置。