中国石油天然气股份有限公司抚顺石化分公司烯烃厂生产运行部辽宁抚顺113109
摘要：根据某炼化乙烯罐区的设计，从乙烯球罐的设计参数、材料的选择、乙烯的气化输送、等方面，分析乙烯球罐及罐区的设计要点，提出设计应考虑的问题及建议。
关键词：球罐；乙烯；设计
随着我国经济的稳步快速发展，石油化工产品的消费量明显提高，化工原料的需求量逐步增大，越来越多的炼油型石化企业增上了乙烯装置，炼油和化工一体化已经成为大型石化企业发展的模式。炼油型石化企业的储运罐区也由过去单一的常温储存形式，发展为低温和常温混合储存的形式。过去大型乙烯球罐受钢材制造能力等因素限制，多采用进口钢材和设计。随着国产低温钢的研发和生产，目前乙烯球罐用钢正在逐步国产化，各种乙烯球罐及罐区的设计也越来越多。
1乙烯球罐设计的参数
低温球罐最重要的设计参数是设计温度和设计压力。在储存过程中，尽管球罐有保冷设施，但总会吸收环境中的热量使介质气化，导致球罐内的压力升高，因此，低温球罐的设计温度和压力需要根据球罐的材质、介质的性质及工艺要求综合确定。国内现有部分大型乙烯球罐的温度和压力参数，如燕山石化操作温度-30（℃），操作压力（MPa）1.812，设计温度-31（℃）设计压力（MPa）2.06；金三石化：操作温度-30（℃），操作压力（MPa）1.88，设计温度-35（℃）设计压力（MPa）2.16；扬子石化：操作温度-30（℃），操作压力（MPa）1.88，设计温度-35（℃）设计压力（MPa）2.16；齐鲁石化操作温度-30（℃），操作压力（MPa）1.88，设计温度-35（℃）设计压力（MPa）2.16；大庆石化：操作温度-27（℃），操作压力（MPa）2.058，设计温度-30（℃）设计压力（MPa）2.2；兰州石化操作温度-36（℃），操作压力（MPa）1.67，设计温度-40（℃）设计压力（MPa）2.2等。
从这些数据可以看出：乙烯球罐的操作温度一般为-36～-27℃，设计温度从-31℃有逐步降低的倾向，这主要是考虑乙烯球罐出现不正常低温工况时，使球罐有一定的抗过冷能力；球罐的操作压力是操作温度下的饱和压力，球罐设计压力为2.16～2.2MPa。这主要是考虑乙烯球罐低温特性，使操作温度有一个波动的范围。
乙烷球罐和乙烯球罐同属易燃易爆介质低温球罐，但其操作工况与乙烯球罐不同，单台乙烷球罐没有气体连通及回收设施，为更长久地稳定控制，减少排放，设定乙烷球罐的操作温度为-46.5～-13.5℃，操作压力为0.5256～1.60MPa，因此，某蜡化乙烷球罐选择设计温度-50℃，设计压力1.77MPa。
2乙烯球罐材料的选择
上世纪70年代，我国先后引进了几套乙烯装置，并引进了一些容积在1500m3左右的大型乙烯球罐，当时，主要是采用国外设计、制造球片，国内安装。80年代末，我国自行研发了新型低温球罐用钢（07MoNiCrMoVDR）国产CF-62，并于90年代初在大庆用此钢材自行设计并制造出1500m3乙烯球罐，开创了用国产钢材制造大型乙烯球罐的先例，形成了大型乙烯球罐制造采用国产钢材与进口钢材并存的局面。本世纪，随着钢厂生产能力的不断扩大，品种的逐步增多，大型低温球罐用钢已逐渐国产化。目前，根据乙烯球罐的设计温度要求，国产用钢主要为以下几种：07MnNiCrMoVDR、15MnNiDR及09MnNiDR。最近又新研发了一种新型低温球罐用钢15MnNiNbDR。
上世纪70年代，我国先后引进了几套乙烯装置，并引进了一些容积在1500m3左右的大型乙烯球罐，当时，主要是采用国外设计、制造球片，国内安装。80年代末，我国自行研发了新型低温球罐用钢（07MoNiCrMoVDR）国产CF-62，并于90年代初在大庆用此钢材自行设计并制造出1500m3乙烯球罐，开创了用国产钢材制造大型乙烯球罐的先例，形成了大型乙烯球罐制造采用国产钢材与进口钢材并存的局面。本世纪，随着钢厂生产能力的不断扩大，品种的逐步增多，大型低温球罐用钢已逐渐国产化。目前，根据乙烯球罐的设计温度要求，国产用钢主要为以下几种：07MnNiCrMoVDR、15MnNiDR及09MnNiDR。最近又新研发了一种新型低温球罐用钢15MnNiNbDR。
国内低温乙烯球罐设计温度大多≤-40℃，球罐钢板使用较多的是07MnNiCrMoVDR，15MnNiDR及09MnNiDR用于大型低温球罐较少，某蜡化2000m3低温乙烯球罐设计温度-45℃，采用15MnNiNbDR钢板，1500m3低温乙烷球罐设计温度-50℃，采用09MnNiDR钢板，成功采用这两种钢板制造了大型低温球罐。
3乙烯气化输送系统
乙烯装置生产的乙烯送罐区储存。当下游装置需要时，罐区气化输送系统将乙烯加压、气化、升温后送下游装置。乙烯气化输送系统主要包括乙烯蒸发器、乙烯输送泵及乙烯过热器。其中最重要的设备是乙烯蒸发器及乙烯输送泵。
由于乙烯的低温性质，乙烯蒸发器需要特殊设计。不选用蒸汽直接加热低温乙烯，而是先用蒸汽加热中间媒介丙烯或甲醇，再用丙烯或甲醇蒸气加热低温乙烯。这主要考虑蒸汽冷凝到低温时会结冰，影响介质的传热。在同样操作温度下，如选用甲醇做中间媒介，可以降低蒸发器的设计压力；在同样设计压力的条件下，如选用甲醇作为中间媒介，蒸发器可以选用普通碳钢；而选用丙烯，则需要选用低温钢。因此，尽管用甲醇作为中间媒介有一定毒性危害，但通过采取措施，使其密闭循环，可以降低投资。
4罐区的气体回收
由于低温球罐中液化烃的贮存温度低于环境温度，因此，尽管球罐采取保冷措施，但在贮存过程中还是会与外界发生传热而使部分液化烃气化，少量低温液化烃气化后吸热，利用低温液化烃的气化吸热原理可实现低温液态储存。但不断气化的液化烃会使球罐压力升高，目前，保持低温球罐压力平衡的办法：（1）将低温球罐中的气相介质送往可接收装置；（2）增加一套小型压缩机系统。对于可接收装置为两套以上装置，当一套检修时，可送往另一套装置的情况，采用第一种办法；对于只有一套接收装置或没有接收装置的情况，可根据球罐介质储存量、介质的特性，综合比较后确定采用何种办法。
5乙烯临时卸车系统
乙烯球罐开工置换一般有两种形式：一种是乙烯装置开车后用装置产生的乙烯气体进行置换；另一种是装置未开工，需用常压低温乙烯罐车中的乙烯对球罐进行置换，某蜡化计划用球罐中乙烯返回乙烯装置进行倒开车，因此，球罐置换只能采用第二种方式。
采用常压低温乙烯罐车对乙烯球罐进行置换，需要设置一套卸车系统，系统主要包括一台乙烯卸车加压泵和一套乙烯加热器。由于乙烯球罐最低设计温度为-45℃，而常压下乙烯的最低温度可达-104℃，因此，卸车时，乙烯进料的相态、温度及球罐的压力需要认真匹配和协调，保证球罐温度不低于设计温度，球罐上、下部温差小于40℃，降温速率为≤5℃/h。
某蜡化乙烯加热器采用空气加热。设置三台可串可并的空气加热器，以适应开工置换中的各种工况。空气加热器结构简单、投资较低。但空气加热受开车时气温、风速等影响较大，加热器投用后极易表面结霜后失效，出口温度较难控制。这是今后设计中需要注意的问题，建议采用可控热源的加热方式。
结语
目前，乙烯球罐储存在我国发展较快，已有越来越多的炼油厂、化工厂正在建设或投用。某蜡化乙烯球罐于2011年3月开始进乙烯，4月上旬完成乙烯球罐的置换，其系统完善，包括了从开工进料、储存、气化外送及乙烯气体回收等设施，至今已经投运一年，运行正常。为乙烯球罐及罐区的设计积累了宝贵的经验和数据。
参考文献：
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