丙烷脱氢装置火炬排放管网系统设计

ＣＨＥＭＩＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＤＥＳＩＧＮ化工设计２０１９ꎬ２９(２)丙烷脱氢装置火炬排放管网系统设计李镇东∗惠生工程(中国)有限公司上海２０１２１０摘要阐述火炬分液罐的工艺计算ꎬ火炬排放管网工艺系统设计和再热器计算相关内容ꎮ通过对丙烷脱氢装置火炬排放管网系统的优化设计ꎬ简化装置设备数量ꎬ节省装置占地面积ꎬ对工程设计具有一定的参考价值ꎮ关键词丙烷脱氢装置排放管网火炬分液罐工艺系统设计∗李镇东:工程师ꎮ２００７年毕业于华东理工大学工业催化专业ꎮ从事化工设计工作ꎮ联系电话:１３６３６６７００６４ꎬＥ－ｍａｉｌ:ｌｉｚｈｅｎｄｏｎｇ＠ｗｉｓｏｎ２０１９ꎬ２９(２)李镇东丙烷脱氢装置火炬排放管网系统设计系统和冷火炬系统进行优化ꎬ合并成一个系统ꎮ由于这两个系统经分液、预热后ꎬ均并入到湿火炬总管ꎬ管路系统是连通的ꎬ不影响装置火炬系统的背压ꎮ系统存在的主要问题是含乙烯物料的排放温度低于－４５℃ꎬ可能造成干火炬系统中的低温碳钢材质不适用ꎮ如果两个系统的排放管路均采用不锈钢ꎬ则装置工程造价会增加ꎮ丙烷脱氢装置的工艺物料组成同乙烯装置ꎬ工艺介质特性相同ꎬ参考南京地区某乙烯装置ꎮ该装置设置中间级火炬总管和冷火炬总管ꎬ中间级火炬总管材质采用低温碳钢ꎬ收集－４５℃到０℃的低温干燥气体ꎻ冷火炬总管材质采用不锈钢ꎬ收集低于－４５℃的低温干燥气体ꎮ两根火炬总管分别接入火炬分液罐中ꎬ设置一根低温液体排污管线ꎬ收集装置中低于０℃的液体排净ꎮ该系统自开车以来ꎬ一直平稳运行ꎮ考虑到液相乙烯的排放ꎬ丙烷脱氢装置的最低温度只能达到－１０２℃左右ꎬ而参考项目正常操作时的物料温度达到－１３０℃左右ꎬ本项目中的干火炬气相总管同参考项目的中间级火炬总管ꎬ可以考虑将干火炬气相总管材质采用低温碳钢ꎮ由于液相排污管线的管径较小ꎬ如果将干火炬系统中的液相排污管线材质更改为不锈钢ꎬ对工程总造价的影响不大ꎮ基于此ꎬ考虑对干火炬系统和冷火炬系统进行优化ꎬ两者共用一套火炬分流罐和低温火炬气加热系统ꎮ干火炬系统气相总管采用低温碳钢ꎬ冷火炬系统采用不锈钢ꎬ原有干火炬系统和冷火炬系统的排污管线总管合并为一根ꎬ材质采用不锈钢ꎮ通过对专利商资料的研究ꎬ发现干火炬系统和冷火炬系统最大泄放量是在两种不同的泄放工况下产生的ꎮ两种独立的故障同时发生的可能性是很小的ꎬ通常不需考虑[３]ꎮ而液体的排污都是通过人工操作ꎬ可以人为调节其排放速率ꎮ为确保装置平稳运行和操作弹性ꎬ考虑对干火炬系统和冷火炬系统的最大泄放量进行叠加ꎬ即对两个系统的闭式排放容量和泄放过程中产生的液体容量进行叠加ꎬ处理的气相体积量进行叠加ꎬ这样计算出来的火炬分液罐尺寸比较保守ꎬ但可以涵盖两个系统可能出现的理论最大量ꎬ保证操作弹性ꎮ３火炬分液罐设计火炬分液罐的作用是除去火炬气中夹带的液滴ꎬ或可能发生两相流中的液相ꎮ火炬分液罐通常采用卧式罐ꎬ有单流式和双流式两种型式ꎮ气体从容器的一端顶部进入而从另一端的顶部排出(内部无挡板)ꎬ一般称为单流式ꎻ气体在水平轴向两端进入ꎬ在中心有一个出口ꎬ或气体在中心进入ꎬ在水平轴的两端排出ꎬ一般称为双流式[４]ꎮ火炬分液罐能分离３００μｍ~６００μｍ直径的液滴ꎬ其容量由三部分组成:(１)闭式排放要求的容量ꎮ(２)２０ｍｉｎ~３０ｍｉｎ内从安全泄放阀和其他紧急泄放装置泄放的液体容量ꎮ(３)液滴分离速度要求的最少蒸气空间[３]ꎮＡＰＩ－５２１和ＳＨ－３００９是目前计算火炬分液罐的两个常用标准ꎮＳＨ－３００９计算法优点是计算简单快速ꎮＡＰＩ－５２１的计算方法先要假设罐的直径和切向距离ꎬ通过反复试算ꎬ使得计算出的罐长小于假设的罐长ꎬ如果相反ꎬ则要重新假定罐的直径和长度ꎮＡＰＩ－５２１计算法优点是计算出来的火炬罐尺寸跟实际装置采用的火炬罐尺寸更接近ꎬ缺点是参数多、计算费时[５]ꎮ虽然ＡＰＩ５２１的计算方法繁琐ꎬ但是由于其计算方法经过大量的工程实践验证ꎬ在国际上广泛使用ꎬ推荐采用此法计算ꎮ计算的干火炬系统、冷火炬系统和优化系统的火炬分液罐计算数据ꎬ见表２ꎮ表２火炬分液罐计算数据汇总序号管网系统气相泄放量(ｍ３/ｈ)排放容量(ｍ３)泄放容量(ｍ３)火炬罐尺寸(ｍｍ)材质设备估重(ｔ)１干火炬１１９８７ＣＨＥＭＩＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＤＥＳＩＧＮ化工设计２０１９ꎬ２９(２)万元/ｔ考虑ꎬ优化系统后的设备材料费用增加不到６万元ꎮ系统优化后节省设备数量ꎬ减少装置占地面积ꎮ４工艺系统设计为避免火炬系统发生内部爆炸或产生其它不安全因素ꎬ装置各火炬气支管起点和火炬总管起点应设有固定的吹扫设施ꎬ该吹扫设施包括流量计(或限流孔板)、止逆阀和手动调节阀ꎮ吹扫气体一般采用氮气或燃料气ꎬ对于低温管道ꎬ吹扫气体在最低温度时不应发生冷凝ꎮ吹扫气速在最大火炬总管内为０２０１９ꎬ２９(２)王彦丽钛白项目塑料设备设计思路ｔＺＮ＝ｔ/ＶＡ＝２５２０１９ꎬ２