低温乙烯罐内罐预冷过程温度急降原因探讨

陈晓东 王尚林 李珏

摘要：某20000m3常压低温乙烯贮罐开车预冷阶段中，低温乙烯凝液喷淋在罐底板时，内罐底板温度急降，最大温降1分钟约10℃，远大于预冷速率≯3℃/h的要求；计算得出原因是低温乙烯凝液返罐线管径过大，返罐线内气液两相流速过慢，气液分离，液相乙烯积聚到足够高度形成水锤，使大量液相乙烯短时间内喷射入罐内；根据已得出的结论计算并调整低温乙烯凝液返罐线贮罐根部阀开度，使降温速率保持均匀并控制在速率要求范围内。

关键词：低温乙烯贮罐；预冷阶段；内罐底板；温度急降；分析

1 前言

乙烯是结构最简单的烯烃，它是石油化工生产中最基本的有机原料之一，约有75%的石油化工产品由乙烯生产。它主要可用来生产聚乙烯、聚氯乙烯、环氧乙烷/乙二醇、二氯乙烷、苯乙烯、乙醇、醋酸乙烯等多种重要的有机化工产品，乙烯产量已成为衡量一个国家石油化工工业发展水平的标志[1]。

大型常压低温贮罐的自动化程度极高，操作难点主要集中在开车阶段的贮罐乙烯置换和预冷阶段。本文结合本人主持某地20000m3乙烯常压低温贮罐开车的实例，介绍常压低温贮罐预冷过程及可能存在的罐底板温度急降的问题和解决方法。

2 工艺流程简介

典型的乙烯常压低温储存装置可分为3个系统：1. 乙烯储存系统，2. 乙烯BOG（Boil Off Gas）液化回收系统，3. 乙烯输出系统。详见图2.1。

2.1 乙烯储存系统

主要设备为乙烯低温贮罐。贮罐采用双层罐设计，内罐储存液态低温乙烯（-104℃），外罐承受气相乙烯的压力。

内罐主要材料采用高合金钢0Cr18Ni9，由罐壁、罐底和吊顶组成；外罐主要材料采用低合金钢Q345R，由罐壁、罐底和拱顶组成。

2.2 乙烯BOG液化回收系统

主要设备包括乙烯压縮机组、制冷机组、冷凝液化设施。开车预冷阶段的冷能来自本系统。

2.3 乙烯输出系统

主要设备包括乙烯低温泵，乙烯气化器。该系统将液相乙烯用泵增压后经气化器气化、升温，输送至下游装置。

2.4 开车流程简介

乙烯低温贮罐开车分为氮气置换、乙烯气置换、贮罐预冷、接卸液相乙烯建立液位四个阶段。贮罐预冷即将贮罐内罐由常温缓慢冷却到-100℃，贮罐冷却流程是将来自于贮罐内的温度稍高的气体乙烯乙烯压缩机（往复式压缩机）压缩，由制冷机组（螺杆式压缩机）液化后返回到乙烯低温贮罐。内罐典型的冷却速率：内罐目标冷却速率≯3℃/h；相邻罐壁的热电偶之间最大的温差30℃[2]，严禁出现温度急降的情况，防止造成内罐钢板的扭曲变形，甚至造成钢板焊缝撕裂、破损，对设备造成永久性伤害。

3 案例分析

3.1操作现状

某新建乙烯低温贮罐预冷工作，出现罐底板温度急降的情况，温降达到1分钟约10℃，温度急降速度超过贮罐内预冷速率要求≯3℃/h的要求；随着罐底板温度急降中罐压也在上升，之后罐内温度慢慢回升，根据罐内温度计和乙烯凝液返罐线设置在罐顶平台上的温度计的温度曲线显示温降为脉冲式，在乙烯压缩机连续运行情况下，脉冲成规律性，约70-80min/次。

3.2 原因分析

从操作现状判定，贮罐内温度急降是大量的液相乙烯瞬时由乙烯凝液返罐线由罐顶落入罐底汽化的结果，因此只需要找到形成液相乙烯返罐线脉冲式进罐的原因，让液相乙烯返罐线连续进料即可。

4结论

通过分析和计算进行现场针对性的紧急处置，解决了低温乙烯罐预冷阶段罐内温度急降的问题，确保了低温乙烯罐均匀的温降过程，使低温乙烯罐内罐均匀的热胀冷缩，对设备的安全运行提供了保障。

在乙烯低温贮罐接卸液相乙烯建立液位后，进行现场测试验证，全开乙烯凝液返罐线6”根部阀阀门，维持在压缩机最低负荷（启动一台，负荷50%），乙烯凝液返罐线设置在罐顶平台上的温度计的温度曲线仍为规律性的脉冲，脉冲周期为76min，验证了以上的计算结果。

该装置目前已投入生产运行，通过现场回访，低温乙烯贮罐没有出现异常情况，装置运行良好。

综上所述，低温乙烯贮罐的预冷过程要严格控制内罐冷却速率≯3℃/h；相邻罐壁的热电偶之间最大的温差30℃，内罐罐底和罐壁温度计各点的温降要平缓，严禁出现温度急降的情况；管线尺寸设定要严格按照现有工艺和设计要求，在规划改扩建能力时，要综合考虑现有工艺条件，力求操作方便、设计完美。

参考文献：

[1]崔小明.《乙烯工业现状及发展趋势》 化学工业，2008，26（3）：26-31.

[2]British standards BS EN 14620-5：Design and manufacture of site built， vertical， cylindrical， flat-bottomed steel tanks for the storage of refrigerated liquefied gases with operating temperatures between 0℃～-165℃ Part 5：Testing，drying，purging and cool-down British Standards ，2006：11.

[3] 张德姜，王怀义，刘绍叶主编.石油化工装置工艺管道安装设计手册第一篇设计与计算.中国石化出版社，2009：17-44.

[4] 汪镇安 主编.化工工艺设计手册（下册） [M].北京：化学工业出版社，2003：3-67-88.

（作者单位：南京扬子石油化工设计工程有限责任公司1

泰兴金燕化学科技有限公司2

南京扬子石油化工设计工程有限责任公司3）