低温LPG接收站储运工艺参数的分析计算
何建明
【摘 要】在低温LPG接收站的工艺设计过程中,需要对储存介质的性质进行准确的计算分析,确定操作和设计的工艺条件后再进行工艺流程的物料平衡和热平衡计算.这些计算比较复杂,有一些还需要反复迭代计算.本文主要介绍PROⅡ软件在低温LPG接收站工艺流程模拟计算中的应用.通过对一组LPG物性参数的模拟分析,确定了LPG接收站的工艺操作条件,计算出回收处理BOG所消耗的循环冷却水和加热LPG所需的循环热水量,为下一步的详细工艺计算提供数据支持. 【期刊名称】《炼油技术与工程》
【年(卷),期】2014(044)007
【总页数】宏大自动络筒机了4页(P48-51)
【关键词】低温LPG接收站;PROⅡ软件;流程模拟
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【作 者】何建明
【作者单位】中石化洛阳工程有限公司,河南省洛阳市471003
【正文语种】中 文
LPG低温常压储存工艺和蒸发气(Boil Off Gas，简称BOG)回收处理工艺中的物料平衡计算和热平衡计算较为复杂，需要很多参数并进行反复迭代计算。工程设计中通常选用PROⅡ流程模拟软件进行模拟计算。PROⅡ软件具有数据库庞大、模型丰富、功能强大、计算准确、用户界面友好，使用方便等优点。本文仅介绍如何通过模拟计算确定富丙烷LPG储存工艺参数及不同工况下介质的物性等。
1 低温LPG储存工艺
LPG是丙烷和丁烷的混合物，还有少量的乙烷和丙烯。通常低温LPG接收站将富丙烷和富丁烷两种LPG分别储存，再根据客户的需求在外输时按比例混合,两种LPG的储存工艺相似。
低温LPG的储存压力为常压，操作压力一般都保持在1.5～7.0 kPa，储存温度应略低于对应操作压力下的泡点温度。在相同压力下对于不同组分的LPG，其泡点温度也不同。此时可利用模拟软件建立简单的数学模型，输入组分，准确计算出对应操作压力下的泡点温度，由此可确定储存温度。tvc转换器
1.2 BOG处理工艺
由于LPG储罐及工艺管线等与外界的换热，导致低温罐内液体部分吸热蒸发，形成BOG，另外卸船时体积置换，船内泵和罐内泵的能量转换，也会产生BOG。随着BOG量的增加，LPG储罐内的压力也会上升，当压力达到某一设定值时，需要启动压缩机来处理该蒸发气体。
BOG处理工艺主要有以下两种：一种是先将BOG压缩到一定压力(该压力略高于LPG球罐的操作压力)，再用水或其他冷媒与其换热，换热后冷凝为液相直接外运或输送至常温压力球罐储存。第二种是用温度更低的冷媒直接将BOG冷凝为液相,再泵入低温罐内储存。本案仅选择第一方案进行模拟。
1.3 加热出站工艺
常用的加热出站工艺也有两种方案：第一种方案是用水加热LPG液体然后进入压力储罐区储存或直接装车外运。第二种方案是用罐内泵将LPG液体升压，依次进入空气加热器、水加热器加热后再进入压力球罐储存或直接装车外运。本案仅选择第一种方案进行模拟。
2 工艺参数的模拟计算
2.1 基础数据
某LPG接收站设有两台40 dam3低温LPG罐，设计压力为15 kPa。LPG组分详见表1。低温LPG接收站在不同的操作工况下所产生的BOG量不同，选择BOG量最大的卸船工况(6 dam3/h)进行模拟。
表1 LPG组分Table 1 LPG components x,%项 目LPG(液)LPG(气)丙烷90.0091.77丙烯2.503.51乙烷0.503.23正丁烷3.500.61异丁烷3.500.88
假定站内循环冷却水给水温度为20 ℃，压力为0.50 MPa，循环冷却水回水温度为30 ℃，压力为0.25 MPa；循环加热水给水温度为30 ℃，压力为0.50 MPa，循环加热水回水温度为20 ℃，压力为0.25 MPa。据此条件可模拟计算出冷却BOG需要的循环冷却水量和气化
低温LPG需要的循环加热水量。
2.2 简化流程
在BOG的处理流程中， 当低温LPG储罐内压力上升至某一设定值时，启动压缩机把BOG从罐顶抽出，经分液罐分液后再进入压缩机加压至某一压力，进入水冷却器冷却。将BOG压缩会使其温度升高,温度过高会导致压缩机内积炭,通常压缩机出口的BOG温度不超过70 ℃。BOG在该压力下被全部冷却液化，再自流进入凝液接收罐，最后用凝液泵将冷却后的LPG液体输送至压力球罐区储存或直接装车外运。
在低温LPG液体加热的流程中，先用罐内潜液泵将LPG压力提升到某一压力(40 ℃时对应的饱和蒸汽压)后进入水加热器，用循环热水将其从-40 ℃加热到5 ℃后进入压力罐区储存。
2.3 模拟计算
2.3.1 BOG处理系统牙模
在PROⅡ软件中建立模型，见图1，其对应的物流特性见表2。输入气相组分后，从组成的相图(见图2)或建立简单模型计算都可准确得出BOG冷凝后常温(40 ℃)储存时对应的饱和蒸汽压为1.37 MPa，加上管路压降可确定BOG压缩机出口压力为1.60 MPa。在使用压缩机模拟时，如果将BOG直接压缩至1.60 MPa，BOG出口温度将达到82 ℃。而压缩机出口温度高于70 ℃后，容易出现积炭的问题。此工况可要求压缩机自带油冷却器，既能保证出口压力又能控制出口温度。
图1 BOG处理系统模型Fig.1 Model of BOG treatment system
表2 BOG处理系统物流特性Table 2 Streams characteristics of BOG treatment system项 目BOG01(气)BOG02(气)BOG03(气)LPG01(液)LPG02(液)WATER01(液)WATER02(液)温度/℃-40.19-37.0670.0040.0040.0020.0030.00压力/kPa7.01.21600.01500.01369.2500.0250.0质量流量/(t·h-1)11.7211.7211.7211.7211.72100.93100.93密度/(kg·m-3)2.5362.36033.160463.711463.248997.932995.462摩尔质量43.78243.78243.78243.78243.78218.01518.015摩尔分数,% 丙烷91.7791.7791.7791.779
1.7700 丙烯3.513.513.513.513.5100 乙烷3.233.233.233.233.2300 丁烷0.610.610.610.610.6100 异丁烷0.880.880.880.880.8800 水00000100100
青铜截止阀续表2项 目BOG01(气)BOG02(气)BOG03(气)LPG01(液)LPG02(液)WATER01(液)WATER02(液)液相 流量/(m3·h-1)25.2725.30101.14101.39 动力黏度/(mPa·s-1)0.080.081.000.80气相 体积流量/(dam3·h-1)4.624.970.35---- 标准体积 流量/(dam3·h-1)6.006.006.00---- 动力黏度/(mPa·s)0.010.010.01---- 比热比1.181.171.26---- 压缩因子00.970.79----泡点压力/kPa29.2246.752635.861369.181369.19-99.01-97.11泡点温度/℃-44.67-45.9646.5943.8240.00159.14139.24露点压力/kPa7.0022.592542.711283.041283.04-99.01-97.11露点温度/℃-40.19-41.4549.0246.3242.59159.14139.24
由表2知， BOG气体在1.50 MPa和40 ℃下已经完全被液化，可直接送至LPG球罐储存或装车。冷却6 dam3的BOG所需20 ℃的循环冷却水101 t。
2.3.2 LPG加热出站工艺
在PROⅡ软件中建立模型，见图3，其对应的物流特性见表3。输入液相组分，从该组成的相图(见图4)或建立简单模型计算都可得出操作压力分别为7,1.5 kPa时对应的泡点温度分别为-40.19， -41.41 ℃；操作温度为40 ℃时，对应的饱和蒸汽压为1.22 MPa。由此可确定该组成下低温LPG的储存温度和常温LPG的储存压力。
图2 物流“BOG01”的相图Fig.2 Stream“BOG01” phase envelope curve
图3 LPG加热出站模型Fig.3 Model of LPG heat and outbound表3 LPG加热出站物流特性Table 3 Streams characteristics of LPG heat and outbound
项 目LPG01(液)LPG02(液)LPG03(液)LPG04(液)LPG05(液)LPG06(液)LPG07(液)WATER03(液)WATER04(液)温度/℃-43.00-40.19-39.09-38.889.9910.0740.0030.0020.00压力/kPa200.07.01500.01453.71353.71303.01220.2500.0250.0质量流量/(t·h-1)100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.00271.80271.80密度/(kg·m-3)590.440587.015587.222586.935522.541522.322472.106995.462997.932摩尔质量/(kg·mol-1)44.95844.95844.95844.95844.95844.95844.95818.01518.015摩尔分数,%
丙烷90.0090.0090.0090.0090.0090.0090.0000 丙烯2.502.502.502.502.502.502.5000
隐框窗续表3项 目LPG01(液)LPG02(液)LPG03(液)LPG04(液)LPG05(液)LPG06(液)LPG07(液)WATER03(液)WATER04(液) 乙烷0.500.500.500.500.500.500.5000 丁烷3.503.503.503.503.503.503.5000 异丁烷3.503.503.503.503.503.503.5000 水0000000100.00100.00液相流量/(m3·h-1)169.37170.35170.29170.38191.37191.45211.82273.04272.37液相动力黏度/(mPa·s)0.210.200.200.200.120.120.080.801.00泡点压力/kPa-5.377.0012.1713.18513.65514.951220.19-97.11-99.01泡点温度/℃-13.17-40.1948.5447.2144.2242.6540.00159.14139.24露点压力/kPa-25.39-14.83-10.39-9.53445.68446.891119.85-97.11-99.01露点温度/℃-8.68-35.1451.6150.3147.4145.8843.30159.14139.24
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