张国峰

摘 要：乙烯的用途广泛，由于其具有容易聚合和爆炸的危险性，在工程设计中必须严格遵守国家标准及规范的有关规定，以本质安全设计的理念，全面考虑，精心设计，为企业安全生产打下坚实的基础。本文介绍了某大型煤化工项目中乙烯球罐储运系统的工艺流程，对乙烯球罐储运系统的工艺安全设计进行了分析。

关键词：乙烯；球罐储运系统；安全设计

1 工艺概述

乙烯工业发展水平已成为衡量一个国家经济实力的重要标志之一，在国民经济发展中占有重要地位。聚乙烯得到了广泛应用，如粘合剂、农膜、电线和电缆、包装（食品软包装、拉伸膜、收缩膜、垃圾袋、手提袋、重型包装袋、挤出涂覆）、聚合物加工（旋转成型、注射成型、吹塑成型）。

MTO技术生产出来的产品气与传统石脑油裂解制取得裂解气相比具有以下特点：①气体组成中，氢气和甲烷的含量较少，有利于产品的分离；②气体组成成分中，烯烃的含量较高；③含碳量高的气体成分（重组分）非常少；④气体组成成分中炔烃的含量少；⑤气体组成中氧化物（主要是：醛、酮、醚）的含量较高，但不含硫化氢气体。由此可见，MTO技术下的烯烃分离工艺应该针对产物的特点进行具有针对性的技术开发，才能更好的进行工艺设计，得到合格的各项产品。

MTO工艺采用优点很多的流化床反应器。部分待生催化剂经过用空气烧焦的连续再生，可以保持催化剂活性和产品组成不同。工业规模生产的催化剂已经通过示范试验，选择性、长期稳定性和抗磨性都符合要求。流化床反应器还具有调节操作条件和较好回收反应热的灵活性。这种反应器早已广泛用于炼油厂的催化裂化装置特别是催化剂再生。反应器的操作条件可以根据目的产品的需要进行调节。压力通常决定于机械设计的考虑，较低的甲醇分压有利于得到较高的轻烯烃特别是乙烯的选择性。因此，采用粗甲醇（通常可以含有20%左右水）作原料，可以得到某些产率优势。温度是一个重要的控制参数，较高的温度有利于得到较高的乙烯收率。如果温度太高，由于生焦过量，会降低轻烯烃的总收率。第一代MTO工艺甲醇或二甲醚转化为乙烯碳的选择性约为75%～80%，乙烯产出比在0.5～1.5之间。在得到最高的总收率、乙烯和丙烯产品差不多等量的情况下，轻烯烃（乙烯+丙烯）的总收率的变化稍高于上述范围。乙烯产出比在0.75～1.25之间。因此，可以用最少的甲醇得到最高收率的轻烯烃，但乙烯产出比可以根据市场需求和乙烯的价格进行调节。已经证实，用传统的处理方法可以除去副产品，使乙烯达到烯烃聚合工艺要求的规格。事实上，工业验证试验已经表明，MTO中试装置生产的乙烯，生产聚烯烃是适用的。

在我国煤炭资源丰富的地区，发展煤基MTO技术，实现以乙烯为代表的低碳烯烃生产原料多元化，对我国的工业发展具有重大意义。未来的烯烃分离技术应当向着装置能耗低、分离流程简化、操作弹性大、进料组成适应范围广、开停车物料损失少的方向发展。

2 球罐及主流程的安全设计

乙烯正常操作温度为-35℃，操作压力为1.6MPaG，综合考虑乙烯球罐采用低温碳钢材质保冷设计，设计压力按2.16MPaG考虑。乙烯的饱和蒸汽压较高，为防止气蚀，选择立式筒袋式离心泵。主体材质选择能耐低温高压的材质。每座乙烯球罐设有多点温度远传、一套雷达液位计（带罐旁就地指示）、一套伺服液位计、一个压力就地指示及远传报警。罐内高高液位联锁关闭罐进料根部紧急切断阀，低低液位联锁停相关出料泵。安全而经济的乙烯贮存方式主要有两种：一种是加压（约2.0MPa、-30℃左右）条件下用球罐贮存液态乙烯，简称为加压法。其单台贮存容积大多在1000～2000m3。另一种方式是在常压低温条件下用圆柱形罐贮存液态乙烯（约-103℃），简称为低温法。其单台贮存容积可达数千至数万立方米。由乙烯精馏塔C1470侧线采出的乙烯，利用位差送入球罐。在正常操作时，球罐因冷损失蒸发的气体通过气相管线返回乙烯精馏塔，因此，球罐的贮存压力一般均略高于乙烯精馏塔的操作压力。在乙烯装置停车时，汽化的乙烯通过冰机和换热器制冷，将汽化的乙烯液化后返回乙烯球罐。

3 乙烯球罐储运系统的工艺安全设计

3.1 球罐注水

球罐液相进出管道的第一道阀门破裂而造成液化烃泄漏时，常通过球罐液相进出管道向球罐内注水，使从破裂的阀门泄漏出的液体是水而不是液化烃，以便抢修，所以包括乙烯在内常温液化烃储罐应采取防止液化烃泄漏的注水措施，注水管道宜采用半固定连接方式。

3.1.1 注水

水源注水系統应选择合适的水源，以确保液化烃储罐泄漏时，水质、压力、流量和温度等符合注水要求。一般情况下，优先选用稳压消防给水作为注水水源，如选择其他水源应特别注意水温，水温过高易造成罐内压力升高，险情加剧。

3.1.2 注水点最小工作压力

向液化烃储罐注水，必须提供足够的压力来克服系统阻力，使水能顺畅地注入罐内，因此，注水系统的最小工作压力至少应同时考虑罐内液化烃最高操作压力；罐内液化烃液位高度所形成的静压力；水在管道内流动时形成的管道输送系统摩阻损失：

Pmin=P烃饱+Δh+ΔZ+10-2V2/2g+10-6ρ烃gh

式中，Pmin为注水泵的最小工作压力，即泵最小扬程，MPa；P烃饱为液态烃最高操作压力，MPa；Δh为水系统摩擦阻力损失及局部损失，MPa；ΔZ为储罐泄漏点与泵入口的位能；V为水量的最小流速。一般高压消防水系统压力基本稳定在0.7～1.2MPa（G），对于操作压力低于0.4MPa（G）的液化烃球罐，高压消防水可以满足液化烃球罐的注水压力要求；高压消防水系统压力不能保证稳定时，需考虑借用物料泵或设置专有泵进行提压的方案。对于操作压力高于0.4MPa（G）的液化烃球罐，可根据注水流量及压力考虑借用工艺泵，工艺泵不能满足时，需要设置专有注水泵完成注水。文中工厂乙烯球罐操作压力0.3MPa（G），消防管网供水压力1.0MPa（G），直接采用稳压消防水注水。

3.2 储罐管口

液化烃球形储罐的接口，在满足工艺要求的情况下，尽可能减少球形储罐底部的接口数量。球壳上、下极应各设置一个公称直径不小于500mm的人孔。液化烃储罐底部的液化烃出入口管道应设可远程操作的紧急切断阀。紧急切断阀的执行机构应有故障安全保障措施。

3.3 管道安全阀的设置

两端阀门关闭且因外界影响可能造成介质压力升高的液化烃类液体管道应采取泄压安全措施。在天气炎热时，液态乙烯管道两端阀门关闭易导致管道内所残留的液态乙烯介质因太阳光曝晒而使压力急剧升高，造成管道爆裂或阀门破坏，对液态乙烯管道（含气相和液相管线）设置安全泄压阀，泄放的气态乙烯可通过管线回流到球罐内或去火炬系统。

3.4 仪表检测控制

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。低温球罐的液位除采用智能伺服式液位计进行远传液位指示及报警和就地液位指示两种检测方式外，还单独设置了高高液位报警开关及低低液位报警开关，高高液位报警开关与所有进料阀连锁，防止液位超高。当出料阀打开时，联锁自动解开。罐根阀采用控制室遥控及手动双重设置，火灾事故时可在控制室也可在现场及时关闭阀门。球罐上部设置压力远传指示调节报警，可对球罐的压力进行调节；球罐上部和下部均需设置温度指示，方便了解真实情况。现场设置可燃气体报警仪和摄像监控设施，可及时发现泄漏， 防止事故的扩大。

4 结束语

乙烯属于易燃、易爆介质，根据可燃气体火灾危险性分类乙烯气体属于甲类物质。化工系统在开车、正常运行、停车和事故排放的乙烯一旦泄露，易与空气形成爆炸性混合物，一旦发生爆炸造成的后果不堪设想。因此，工艺系统的安全设计十分重要。在进行乙烯球罐储运系统的工艺安全设计时应做到严格遵守国家制定的相关标准规范，结合介质特性充分考虑各种可能的工况，分析可能发生的危险，采取相应的安全措施，从技术经济方面综合考虑优化系统，避免安全问题的发生。

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