仪表空气缓冲罐的工艺设计探讨

2022-09-10

1 概述

近年来随着中国石油化学工业的迅速发展, 装置规模和自动化水平在不断地提升, 对仪表空气的需求量越来越大。在出现停电、停水造成空气压缩机组停机时, 为保证装置的安全停车,

根据《石油化工仪表供气设计规范》 (SH/T3020-2013) 规定, 在没有特殊要求的情况下, 维持最低输出压力供气时间在15~30min。需要设计仪表空气缓冲罐储存一定量的气体来满足此要求。

2 仪表空气一般要求

经净化后的仪表气源, 在气源装置的出口处, 其含尘颗粒直径不应大于3μm, 含尘量应小于1mg/m3, 根据气动仪表的要求, 气源装置的输出压力范围分为下列两档:500~700k Pa (G) ;

300~500k Pa (G) [1], 仪表气源在操作 (在线) 压力下的露点, 应比装置所在地历史上年 (季) 极端最低温度至少低10 C。操作温度为环境温度。

3 仪表空气缓冲罐容积计算

我们以过去做过的项目为例, 举例说明。

某南方项目仪表空气用量最大量为2578.9Nm3/h, 操作压力为0.6MPa G。温度为小于等于40℃, 因为从空压机出口温度一般为40℃。在空压机出故障时, 需要设计缓冲罐, 保持供气半小时。装置使用的仪表空气最低压力为0.4 MPa G。

计算缓冲罐容积, 方法一:首先设n为半小时仪表空气从缓冲罐流出量。

依据从缓冲罐流出量=缓冲罐减少量

由于 (1) 式= (2) 式得

计算缓冲罐容积, 方法二:如果依据《石油化工仪表供气设计规范》 (SH3020-2013) 中给出的公式:

式中V—贮气罐容积 (m3) ;

Qd—标准状态下气源装置设计容积 (m3/h) ;

t—维持时间 (min) ;

P1—正常操作压力 (kPa (A) ) ;

P2—最低输出压力 (kPa (A) ) ;

Po—大气压力, 通常Po=101.33k Pa (A) 。

说明方法一与方法二的计算结果都是一样的。

通过计算说明, 操作压力为0.6MPa G仪表空气缓冲罐, 如果单个储罐容积是87.4m3的储罐ID 3400×TL8500mm, 总量大约需要8个。

4 仪表空气缓冲罐工艺改进

4.1 操作压力为0.8MPa G仪表空气缓冲罐的工艺

在空压机出故障时, 保持供气半小时装置使用的仪表空气最低压力为0.4 MPa G供气量, 我们设计时应通过改进工艺流程, 使缓冲罐的数量降到最少。因此, 我们设计空压机出口操作压力为0.8MPa G, 先通过缓冲罐, 之后调压为0.4 MPa G供用户使用。

通过计算说明, 操作压力为0.8MPa G仪表空气缓冲罐, 如果单个储罐容积是87.4m3的储罐ID 3400×TL8500mm, 总量大约需要4个。工艺流程如图1所示, 阀1阀前压力是0.8MPa G, 阀后压力是0.4MPa G。阀2阀前压力是0.8MPa G, 阀后压力是0.6MPa G。

4.2 操作压力为2.0MPa G仪表空气缓冲罐的工艺

由于受建设单位场地限制, 需要减少空气缓冲罐的数量时, 空压机出口操作压力为0.8MPa G, 可以在空压机出口去装置的管线上, 引一根管线, 接到小型空压机上, 小型空压机参数:进口操作压力为0.6 MPa G, 出口操作压力为2.0MPa G, 进出操作温度:小于40℃, 流量:350Nm3/h。空压机出口接仪表空气缓冲罐, 仪表空气缓冲罐操作参数为操作压力为2.0MPa G, 设计压力2.2 MPa G, 操作温度:小于40℃, 设计温度60℃。在空压机出故障时, 保持供气半小时装置使用的仪表空气最低压力为0.4MPa G供气量, 缓冲罐调压为0.4 MPa G供用户使用。

通过计算说明, 操作压力为2.0MPa G仪表空气缓冲罐, 如果单个储罐容积是87.4m3的储罐ID 3400×TL8500mm, 总量大约需要1个。工艺流程如图2所示, 阀1阀前压力是0.8MPa G, 阀后压力是0.4MPa G。阀3阀前压力是2.0MPa G, 阀后压力是0.4MPa G。

5 安全保障系统

影响仪表空气缓冲罐安全稳定操作, 主要因素是系统超压。系统超压主要是由于空气压缩机的误操作引起的。因此, 我们在空气压缩机出口缓冲罐上设置压力报警系统和压力联锁系统。当压力超过设计规定值时, 系统报警;当压力超过允许值时, 压缩机自动停车, 使压力不再增高。当上述系统出现故障时, 设置安全阀, 当超过安全阀的起跳压力时, 空气放空去大气。