高压储气瓶在煤化工企业的设计应用

高压储气瓶在煤化工企业的设计应高压储气瓶在煤化工企业的设计应 用用 1 1 概述概述 山东枣庄矿业 集团 有限责任公司柴里煤矿 15 104t a 粗苯加氢精制装置及 变压吸附 psa 制氢工艺装置生产时 粗苯加氢精制装置使用的进口催化剂价格 昂贵 整套工艺装置生产需要有计划 有顺序 连续 平稳运行 工艺流程是 来自甲醇生产车间的甲醇弛放气首先进入 psa 制氢工艺装置制取氢气 然后再 把氢气送入粗苯加氢精制装置生产精苯 psa 制氢工艺装置原料气甲醇弛放气 来自 2km 以外的甲醇生产车间 一旦甲醇弛放气供气中断 即意味着氢气供应 中断 粗苯加氢精制工艺装置突然停车 将造成催化剂失效 损失严重 一方 面 甲醇生产工艺装置生产不太稳定 甲醇弛放气的压力和流量在一定范围内 波动 另一方面 甲醇弛放气由甲醇生产车间输送至 psa 制氢工艺装置管输距 离较长 存在人为因素和不可抗拒的外部因素造成供气中断的可能性 基于上 述两方面的原因 本项目应设置甲醇弛放气储气工艺装置 保证粗苯加氢精制 工艺装置及 psa 制氢工艺装置正常生产 2 2 甲醇弛放气工艺参数甲醇弛放气工艺参数 2 12 1 甲醇弛放气组成甲醇弛放气组成 建设单位提供的甲醇弛放气组成见表 1 2 22 2 甲醇弛甲醇弛 标准状态下气体密度 0 3592kg m3 爆炸极限 体积分数 上限 66 59 下限 4 89 2 32 3 工程设计工艺条件工程设计工艺条件 管道来气温度 40 管道来气压力 正常 3 25mpa 最高 3 5mpa 最低 3 1mpa 3 3 储气工艺装置工艺流程的选择储气工艺装置工艺流程的选择 3 13 1 储气工艺装置选择储气工艺装置选择 甲醇弛放气的主要组分为氢气 其爆炸下限为 4 89 为甲类危险气体 工艺 介质设计按氢气考虑较合理 工艺装置按甲类工艺装置设计 目前氢气储气设施主要有两类 一类是高 中 低压氢气储罐 储罐的储氢压 力 储氢能力按制氢设备的压力 氢气用户的用氢压力 用氢量及其负荷变化 状况等因素确定 另一类是金属氢化物储氢材料 它是依据金属氢化物在不同 压力 不同温度下的吸氢 放氢特性储存氢气 截至目前 一些科研单位正研 制储氢性能优良的储氢材料和装置 还不能满足实际应用的要求 根据 gbl50 2011 压力容器 低压容器设计压力 1 6mpa 中压容器设计压 力为 1 6 10mpa 含 1 6mpa 高压容器的设计压力为 10 100mpa 含 10mpa 在高 中 低压氢气储罐工艺装置中 高压氢气储罐 压力大于 15mpa 储气能 力大 能满足各类用户的需求 例如 在燃料电池汽车加氢站中 高压氢气储 罐压力大于 40 0mpa 低压储氢储罐中 有储气压力在 1 0 1 3mpa 的球形压 力储罐和低压 3 4kpa 湿式氢气储罐 储气能力大 能满足各类用户的储气要 求 针对本粗苯加氢精制项目 甲醇弛放气操作压力波动在 3 1 3 5mp 范围 psa 制氢工艺装置正常稳定运行或停车操作压力 3 1mpa 显然采用低压氢气储罐 储气工艺装置不合理 原因为 甲醇弛放气由 3 1 3 5mpa 减压至低压储存 一旦 psa 制氢工艺装置甲醇弛放气供气中断 需启动压缩机抽取低压储存设施 中的甲醇弛放气加压供气 从得到指令开始启动压缩机至加压后正常稳定供气 大约需要 10 20min 的时间 不满足外供甲醇弛放气供气中断应立即实现不间 断连续供气的要求 经技术 经济比选后 本设计采用高压储气瓶储气工艺装 置 本项目共设置 6 台地上固定式高压储气瓶设备 每 1 台储气瓶设备由 8 只 高压管束储气瓶组成 3 23 2 甲醇弛放气储气工艺流程甲醇弛放气储气工艺流程 储气工艺流程见图 1 投产时和高压储气瓶年检后 来自甲醇生产工艺装置的副产品甲醇弛放气经干 燥后首先经旁路直充高压储气瓶 使其储气压力达到 3 1 3 5mpa 然后关闭 旁路 启动活塞式压缩机 设 2 台 1 用 1 备 单台流量为 500m3 h 把甲醇 弛放气由 3 1 3 5mpa 加压至 20 0mpa 储存于高压储气瓶 高压储气瓶组的 总储气量约为 20000m3 至此 甲醇弛放气高压储气工艺装置作为应急气源处 于待命状态 正常生产时 来自甲醇生产工艺装置的甲醇弛放气 40 3 1 3 5mpa 1000 1300m3 h 直接进入 psa 制氢工艺装置生产氢气 甲醇 弛放气高压储气工艺装置处于待命状态 非正常状态或事故状态 如甲醇生产工艺装置处于非稳定状态或输气管道发生 故障 psa 制氢工艺装置的进气压力低于设定值 3 1mpa 时 连锁开启橇装式 减压装置电磁阀 需 1 3s 甲醇驰放气高压储气工艺装置进入运行状态 实 现不间断给 psa 制氢装置提供原料气 高压储气瓶储气设备可以连续 稳定供 气约 13 17h 高压储气工艺装置完成应急供气后 当 psa 制氢工艺装置处于低负荷状态时 启用活塞式压缩机 把富余部分的甲醇弛放气经干燥装置脱水后加压至 20 0mpa 储存于高压储气瓶设备 甲醇弛放气高压储气工艺装置恢复待命状态 4 4 工程设计中的相关问题工程设计中的相关问题 4 14 1 设计依据的规范设计依据的规范 粗苯加氢精制装置及 psa 制氢装置设计执行的是当时有效版本国家标准 gb 50160 92 石油化工企业设计防火规范 1999 年版 我院承担的高压储气 瓶储气工艺装置设计始于 2007 年年底 2008 年建成投产运行 高压储气瓶储 气工艺装置设计理应执行 gb 50160 92 1999 年版 但是此规范第 5 3 3 条 中储罐型式中没有高压储气瓶 分析原因是从规范颁布实施到 1999 年再版修订 直至本项目设计阶段 在石油化工企业中采用高压 15mpa 储气瓶储存工艺气 体介质的设施应用不多 积累的运行数据和经验较少 因此 本项目设计的甲醇弛放气高压储气瓶储气工艺装置参照执行相应的国家 标准 gb 50028 2006 城镇燃气设计规范 gb 50156 2002 汽车加油加气 站设计与施工规范 2006 年版 gb50016 2006 建筑设计防火规范 gb 50177 2005 氢气站设计规范 项目设计阶段参照执行的相关规范均为有效 版本 4 24 2 设置实体围墙设置实体围墙 标准 gb 50177 2005 第 3 0 1 条第 4 款规定 氢气站 采用相关工艺制取氢 气所需的工艺设施 灌充设施 压缩和储存设施 辅助设施等 供氢站 不含 氢气发生设备 以瓶装或 和管道供应氢气的建筑物 构筑物 氢气罐或场所 的统称 氢气罐区 宜设置不燃烧体的实体围墙 其高度不应小于 2 5m 标 准 gb 50156 2002 2006 年版 第 5 0 1 条第 1 款规定 应设置的非燃烧体实 体围墙高度不低于 2 2m 鉴于本项目厂区总图现状 非燃烧体实体围墙高度为 2 8m 且新设计的甲醇弛放气储气工艺装置区两面 北 西 为现状厂区总图围 墙 故本设计甲醇弛放气储气工艺装置区设置不燃烧体实体围墙 围墙高度统 一为 2 8m 满足国家相关规范要求 4 34 3 高压储气瓶防火间距的确定高压储气瓶防火间距的确定 总储气量 30000m3的高压储气瓶设施与站外建 构筑物的防火间距 gb 50028 2006 第 7 2 4 条规定 与明火地点 室外变配电站 甲类物品库房 或厂房 铁路 城市快速路分别为 30 30 30 40 20m gb 50156 2002 2006 年版 第 4 0 7 条规定分别为 30 25 25 30 12m 总储气量 30000m3的高压储气瓶设施与站内建 构筑物的防火间距 gb 50028 2006 第 7 2 5 条规定 与明火地点 压缩机室 调压室 变配电室 道路 围墙分别为 30 12 12 20 10 10m gb 50156 2002 2006 年版 第 5 0 8 条规定 与燃煤锅炉房和燃煤厨房 压缩机室 调压室 变配电室 道路 围墙的防火间距分别为 25 3 3 6 4 3m 对与站外明火地点的防火间距 gb 50028 2006 与 gb 50156 2002 2006 年版 的 要求相同 gb 50028 2006 规定的与站内明火地点的防火距离 30 m 高于 gb 50156 2002 2006 年版 规定的与站内燃煤锅炉房 燃煤厨房 视作明火地点 的防火距离 25m 对与站外其他地点 站内其他地点的防火距离 gb 50028 2006 的要求均高于 gb50156 2002 2006 年版 gb 50016 2006 第 4 3 1 条 4 3 6 条规定 固定容积的可燃气体储罐 10000m3 储气量 50000m3 与明火地点 室外变配电站 甲类库房 厂外铁路 厂外道路的防火间距分别为 30 30 30 25 15m gb 50016 2006 与 gb 50028 2006 相比较 两规范防火间距除前三项一致外 与铁路 道路的防火 间距均小于 gb 50028 2006 的规定 gb 50177 2005 第 3 0 2 条 3 0 3 条规定 总储气量为 10001 50000m3的氢气储罐与明火地点 室外变配电站 35 500kv 且每台变 压器为 10000kv a 以上 民用建筑 厂外铁路 厂外道路的防火间距分别为 35 35 35 25 15m 根据上述参照执行的 4 个国家标准比较 本设计按照执行最大防火间距的设计 原则 确定甲醇弛放气储气工艺装置区地上固定式高压储气瓶与站外建 构筑 物的防火间距按照 gb 50028 2006 第 7 2 4 条和 gb 50177 2005 第 3 0 2 条 第 3 0 3 条的规定执行 最终确定地上固定式高压储气瓶与明 火地点 室外变配电站 民用建筑 甲类库房 厂外铁路 厂外道路的防火间 距分别为 35 35 35 30 40 20m 与站内建 构筑物的防火间距按照 gb 50028 2006 第 7 2 5 条的规定执行 即与站内明火地点 压缩机室 调压 室 变配电室 道路 围墙的防火间距分别为 30 12 12 20 10 10m 高压储气瓶储存甲醇弛放气工艺装置项目建成后 顺利通过规划 消防 质监 等相关部门的竣工验收 一次成功开车投产运行 至今运行良好 5 5 结语结语 项目建设阶段参照执行相关的国家标准 gb 50028