丙烯罐区3000 m3低温球罐的选用

任大为

(中石化洛阳工程有限公司，河南　洛阳　471003)



丙烯罐区3000 m3低温球罐的选用

任大为

(中石化洛阳工程有限公司，河南洛阳471003)

介绍了我国低温球罐的现状，重点从工艺管道设计的角度比较了选用3000 m3低温球罐相对于2000 m3的优势，并介绍了目前国内3000 m3球罐的罐体板材和罐体生产制造的情况，低温球罐的设计和制造实现了大型化和国产化，综合分析得出丙烯罐区采用3000 m3低温球罐是可行和必要的。

丙烯；低温球罐；可行性

中国神华煤制油化工有限公司呼伦贝尔褐煤精炼多联产示范项目(简称本项目)DMTO装置及配套工程可行性研究方案中烯烃罐区规划建造5 台 3000 m3丙烯球罐。目前在国内石油化工行业工程中3000 m3低温球罐的应用较少，为了保证本工程3000 m3低温球罐设计方案的可行性和必要性，将从工艺设计及设备的设计和制造方面进行充分的比较和论述。

1　我国低温球罐的现状

我国目前的低温球罐主要集中在中石化、中石油以及中海油集团，大型低温储罐容积多为1700～2000 m3。国内最大的丙烯球罐为中海壳牌南海石化项目3台3000 m3球罐，设计压力为2.2 MPa，设计温度为-45～55 ℃，直径18 m，壳体材质为进口IE537-2(正火钢板)，厚度52 mm，该球罐由中国天辰化工工程公司和新加坡设计公司联合设计，由七建公司和国外公司合作建造。中国海洋石油总公司惠州炼油项目中2000 m3丙烯低温球罐由SEI设计，主体材料采用07MnNiMoVDR(-50 ℃低温冲击)钢板[1]。

随着煤化工行业的发展，国内越来越多的煤化工企业采用低温球罐储运技术，其中神华包头煤化工有限公司、中煤榆林能源化工有限公司等企业的2000 m3低温球罐以及宁波禾元化学有限公司的3000 m3低温球罐相继投入使用，大型低温球罐国产化取得巨大的进展。

2　工艺设计

丙烯在常温下为气体，熔点-185.2 ℃,沸点-47.7 ℃, 属易燃易爆介质。丙烯介质主要用球形储罐压力储存，丙烯球罐运行压力高，生产过程中可能产生低温工况，因此丙烯球罐多按照低温球罐设计建造。国外3000 m3的丙烯低温球罐的设计建造已相当成熟。国内丙烯低温球罐为常温储存，同时考虑低温事故工况，容积多为1500～2000 m3，大多采用进口钢板。以往国内丙烯球罐最低设计温度一般取为该地区历年来月平均最低气温的最低值，最高设计温度为50 ℃；设计压力为50 ℃该介质的饱和蒸气压[2]。球罐本体设计时通常只考虑常温储存工况，不考虑低温泄漏工况。主体材料也是各不相同，有的工程公司用16MnR(Q345R)，有的工程公司用15MnNbR(Q370R)，基本上材料的最低冲击温度在0或-20 ℃。

近十年来，国际上丙烯球罐越来越趋向考虑低温泄漏工况进行设计。根据工艺模拟计算结果，泄漏工况下壳体温度达到零下四十多度，为了球罐设计的安全性，并且考虑到国内钢板的技术水平、供货现状都已能够满足丙烯球罐低温泄漏工况的要求。丙烯球罐设计温度为-45～50 ℃，设计压力为2.16 MPa比较合理。近年来，我国与国外工程公司的合作越来越多，国外公司丙烯球罐都是使用-50 ℃的低温材料，扬子-巴斯夫项目中，德国BASF工程公司丙烯球罐上使用的是-50℃的低温材料，国内工程公司也逐渐接受丙烯球罐采用-50 ℃的低温材料的理念。

本项目DMTO装置丙烯的产量为35.39万吨/年。根据项目设计方案丙烯的总罐容(5台3000 m3球罐)满足6.2天的储存时间。如果采用2000 m3的球罐，需要设置8台球罐，满足6.5天的储存时间。

目前国内丙烯的压力储存多采用球罐储存，而单台储罐的罐容大多不超过2000 m3，但是如果采用3000 m3球罐的设计方案，在工艺操作、设备数量、占地面积等诸多方面都具有一定的优势。

与采用3000 m3球罐方案相比，选用2000 m3球罐后随着储罐数量的增多，罐前气动控制阀、罐顶安全阀等阀门、管件的数量和配套的消防冷却喷淋装置将相应增加，储罐液位、温度等仪表设备的数量也将增加，由于各种设备数量的增加多，因而设备出现故障的几率也随之增多，增大了检维修的工作量。

从与罐区的范围上比较，与采用3000 m3球罐方案相比，选用2000 m3球罐后随着储罐数量的增多，罐区占地面积也会相应增大，需要配套的操作设施和安全防护措施，例如操作平台、楼梯间等数量增加，储罐基础和结构工程的施工量也会随之增大。罐区占地面积的增大，工艺管道、给排水和消防管道的数量均会相应的增加，增大了罐区的工程量。

另外从防火安全方面来讲，罐组内液化烃泄露的几率，主要取决于储罐数量，与单罐容积无关，数量越多，泄露的几率越高，罐区的事故率就越高。

对于低温储罐，储罐数量的增多，储罐总的外表面积也相应增大，吸收的外界热量也相应增多，造成的蒸发气体量增大，正常生产时由于蒸发气体将输往烯烃分离装置，因此会加大装置的运行负荷和能耗。同时当装置事故或检维修时，需要维持储罐正常的压力和温度，由于储罐数量的增多加大了维持正常储存的难度。

根据以上分析和论述的内容， 2000 m3和3000 m3低温球罐的主要对比情况见表1。

表1　方案比较表

3　设备设计和制造

3.1低温球罐罐板材料的大型化国产化

低温球罐大型化、国产化的主要制约因素在于球壳用低温钢板的性能和规格尺寸。球罐的大型化后，钢板的厚度必然不断增加，钢板的韧脆转化温度逐渐升高，缺口韧性会降低，而且低温钢板越厚，性能越不易保证，对钢板的要求越高；球罐分带数越少，焊接接头的长度就会越短，现场焊接的工作量就会减小，产生焊接缺陷的机率就会降低，因此在其它条件具备的前提下，球罐的分带数越少越好，这就要求低温钢板的板长、板宽尽可能做大，对钢板板幅的要求越来越高。目前国产钢板已逐渐满足了业内的要求。

3000 m3丙烯低温球罐主体材料采用07MnNiMoVDR(-50 ℃低温冲击)调质钢板，主体材料钢板厚度达到46 mm，球罐分三带，赤道带净板长为12.6 m，净板宽为2.83 m，极板最长为9.33 m，最宽为3.14 m。

宝钢生产的07MnNiMoVDR(B610CF-L2)，该钢板通过锅容标委技术评审，该钢板为调质钢，最低冲击试验温度为-50 ℃，用于球罐最大板厚可达到50 mm，能够满足丙烯球罐低温工况的要求，曾用于2000 m3丙烯低温球罐的建造[3]。由于该2000 m3丙烯低温球罐采用的是GB12337常规设计方法，主体材料厚度达到46 mm。而本项目中3000 m3丙烯低温球罐采用JB4732分析设计方法，主体材料厚度是46 mm，钢板厚度在锅容标委技术评审通过的范围之内。宝钢的轧机宽度达到5 m，完全能够达到3000 m3丙烯低温球罐板宽的最大要求。

3.2低温球罐制造的大型化国产化

由于受到钢板厚度、使用温度的限制，大型丙烯球罐必须使用高强度低温钢板，由于高强度钢板的焊接性能较普通低合金钢差，裂纹敏感性高，焊接接头容易产生裂纹(主要是冷裂纹和延迟裂纹)以及角变形。裂纹的影响因素与焊条、坡口形状、焊接热量输入大小、气候环境影响、焊道走向等都有密切关系，所以对焊接技术要求很高，需要有严格的焊接规程和相当高的焊接技能。

大型球罐焊接接头很长，焊接工作量大，需要几个人同时施焊，球罐内空气不流通，而且高强度低温钢板焊前预热温度往往到100 ℃以上，劳动条件十分苛刻。大型球罐直径大，焊接接头长，焊后的整体热处理难度高，控制球罐整体温度均匀性更困难，需要专业的更可靠的技术措施和保障手段。

目前国内多家设备制造单位经过多年的研究攻关，攻克了大型低温储罐在设计建造中成型、焊接、热处理等加工和施工关键技术及工艺难题，自主研发了使用低温钢制造压力容器的成套技术，并且在陕西蒲城清洁能源化工有限责任公司和浙江兴兴新能源科技有限公司的项目中成功完成了3000 m3的设备制造，已投入运行。

4　结　论

随着材料、焊接、制造、施工安装技术的不断提高，国内球罐容积也向大型化方向发展。大型化具有明显的经济效益，球罐越容积越大单位立方米的投资和占地面积越小；而储罐容积小时，球罐数量必然增多，相应球罐的附件、表面积、维护保养的工作量及消防喷淋设施等都相应增加，这些都增加了投资。丙烯球罐作为丙烯介质储存的关键设备，从减少占地面积、节省投资考虑，低温球罐的大型化是大势所趋。

综上所述，丙烯罐区采用3000 m3低温球罐是可行和必要的。

[1]窦万波.我国乙烯罐现状及国产化中技术要点分析[J].技术综述,2006,23(6):39-41.

[2]国家发展和改革委员会.SH3136-2003液化烃球形储罐安全设计规范[S].北京:中国石化出版社,2003.

[3]张汉谦,刘孝荣，侯洪,等.-50 ℃ CB610CF-L2调质钢板在2000 m3丙烯和乙烯球罐上的应用[A]. 压力容器先进技术.第七届全国压力容器学术会议论文集[C].江苏：化学工业出版社，2009:112-115.

Selection of 3000 m3Low Temperature Spherical Tank in Propylene Tank Farm

RENDa-wei

(SINOPEC Luoyang Petrochemical Engineering Corporation, Henan Luoyang 471003，China)

The current situation of the domestic low-temperature spherical tank was described, the advantages of selection 3000 m3with respect to 2000 m3from piping design perspective was highlighted, the current domestic situation and the tank body’s plate material and manufacturing of 3000 m3spherical tank were described. The design and manufacturing of low temperature spherical tank can be realization of large-scale and localization. The selection of 3000 m3low temperature spherical tank in propylene tank farm is feasible and necessary.

propylene; low temperature spherical tank; feasibility

任大为(1983-)，男,工程师，主要从事油气储运工程设计工作。

TE821

A

1001-9677(2016)05-0169-03