液氨储罐安全阀排放气体吸收处理设计

张 健

(南京扬子石油化工设计工程有限责任公司，江苏 南京 210000)

1 项目概况

某石化企业500 m3液氨储罐是为装置提供原料氨的储罐，该储罐排放的氨气分两部分，一部分是压力较高的氨气(1.2 MPa)，为液氨槽车卸车时排放的氨气和泵开停时排放的氨气，另外一部分为压力较低的氨气(0.4 MPa)，即储罐安全阀排放的氨气。

目前，这两部分氨气的处理方法分别是：压力较高(1.2 MPa)的氨气通过管道送至甲胺装置吸收塔洗涤吸收，绝大部分被水吸收成氨水，然后送解析塔回收氨；压力较低(0.04 MPa)的液氨储罐安全阀排放的氨气直接送至36 m高度排放。根据《石油化工企业设计防火标准》GB50160-2008第5.5.10 条要求，对氨的安全阀排放气体应经处理后放空，目前该企业液氨储罐安全阀排放不能满足该规范要求，所以需要对其进行改造设计[1]。

2 设计标准

《恶臭污染物排放标准》GB14554-1993，氨气排放分三级，排口标准是35 m，满足27 kg/h的排放速率，对新建、改扩建项目执行二、三级相应的标准值[2]。本次改造氨的排放标准执行二级标准，排放标准为1.5 mg/m3根据氨的物化性质，借鉴国内氨尾气的处理方法，总结起来主要有两类，一是水洗涤吸收法，二是焚烧法。该石化企业液氨储罐排放的氨气有两部分，一部分是压力较高(1.2 MPa)的氨气，已通过管道送至甲胺装置吸收塔吸收处理，另一部分是压力较低(0.04 MPa)的氨气，没有处理就直接排放，本次设计就是这部分压力较低(0.04 MPa)的排放氨气处理方案。合理的氨罐安全阀排放氨气的处理方案有：①水吸收法(新建氨吸收池和新建氨吸收罐)、②火炬焚烧法、③焚烧炉焚烧法。其中水吸收法工艺简单，操作简单，氨处理成本低，投资少，但检维修不便利，施工周期长，占地面积大，氨水不能排净，吸收后的氨水还需后续处理；火炬焚烧法所需设备少，投资费用低，但需要天然气伴烧，火炬改造难度大，氨吸收后的氨水还需后续处理；焚烧炉焚烧法法对氨处理较彻底，氨排放基本上为零，该新建炉可以做为正在建设的热氧化炉备用炉，为将来新建装置服务，但要使安全阀排放的氨气随时可以引入焚烧，焚烧炉要处于待用状态，长年烧天然气，运行成本较高。

综合以上分析比较，建议采用方案一中的新建氨吸收罐法，其方案投资少，操作简单，且运行维护成本低。

3 设计条件

1)500 m3液氨储罐操作条件：

温度：常温，压力：0.63 MPa(正常)/2.2 MPa(最大)。

2)安全阀设计参数：

设计压力为2.2 MPa，设计温度为-34/55℃；

操作压力为0.63 MPa，操作温度为常温；

设定压力为2.2 MPa，泄放温度为62.4℃；安全阀允许背压为30 kPa。

设计工况为火灾工况，最大泄放速率：23718 kg/h。

3)工艺流程：

利用氨气易被水吸收的原理，将氨罐安全阀排放的氨气送入吸收罐水中，水从吸收罐上部进入，由分布器均匀喷淋而下，氨气自下而上，跟水在吸收罐内充分接触，生成氨水，当罐中液位达到设定高度后，自动开启排放阀排入氨罐T1160 提升池，然后用泵送该公司事故废水池集中处理。氨气经过吸收处理，大部分被吸收转化成氨水，未被吸收的气体主要是不凝气和少量氨气，通过吸收罐顶部管线排总管S1160 高空排放(排放高度36 m)，详见图1。

图1 工艺流程示意图

4)安全阀排放量确定：

本次改造对氨罐T1160增加泡沫玻璃保温，根据GB150.1-2011 (压力容器第1部分：通用要求)附录B.7.4.1 介质为易燃液化气体或位于可能发生火灾环境下工作的非易爆液化气体的容器，有完整的绝热保温层时(例如在火灾条件下，保温层不被破坏)，安全阀泄放量按式(B.4)计算[3]：

式(B.4)

式中：

Ws-容器的安全泄放量，kg/h；

t-泄放压力下介质的饱和温度，℃；

λ-常温下绝热材料的导热系数，kJ/(m·h·℃)；

Ar-容器受热面积，m2；

δ-容器保温层厚度，m；

q-在泄放压力下，液体的汽化潜热，kJ/kg；

泄放压力下介质的饱和温度取62.4℃；

λ-常温下绝热材料的导热系数取0.24kJ/(m·h·℃)；

Ar-容器受热面积424 m2；

δ-容器保温层厚度0.06 m；

q-在泄放压力下，液体的汽化潜热取983 kJ/kg ；

带入上式得安全泄放量891 kg/h。

5)氨吸收罐的容积计算：

氨气易溶于水，101.3 kPa，30℃时，氨在水中的溶解度：0.375kg氨/kg水。安全阀Y11601/Y11602火灾工况下最大泄放速率：26755 kg/h。溶液的密度取水的密度：1000 kg/m3。

考虑水吸收氨气的过程中，水从吸收罐上部喷嘴均匀喷淋而下，氨气自下而上，与水在吸收罐V1161内充分接触，当罐中液位达到高液位联锁值2.2 m后，连锁开启排放阀，取5 min的缓冲时间。

计算公式： V=(Ws×t)/Eρ

式中：

V-有效容积，m3；

Ws-安全阀泄放量，kg/h；

t-时间，h；

E-溶解度，kg /kg；

ρ-密度，kg/m3。

计算得：吸收排放的氨气需要的有效容积为5.9 m3；氨吸收罐的直径φ=2000 mm，高液位以上空间的体积为约为1 m3(包含上封头部分体积)；总容积为6.93，圆整后取10 m3作为吸收罐V1161的设计容积。

4 结论

(1)分析讨论合理的氨罐安全阀排放氨气的处理方案，并选用了合理的方案。

(2)计算了保温后的液氨储罐安全阀泄放量，以及氨吸收罐的容积。

(3)装置运行一段时间，基本实现了氨的零排放，达到了环保要求。