周江沛 中国石油集团工程设计有限责任公司东北分公司 吉林 132021摘要 介绍丙烯装卸车工艺设计中常用的几种工艺路线，以及关键设备的选型、丙烯流速、计量方
法、安全保障系统、装卸车时间的确认。
关键词
丙烯 装卸 工艺设计
1 概述
近年来，随着化学工业的迅速发展，作为基础原料之一的丙烯产量及消费量增长很快。某些以丙烯为原料的企业为了降低生产成本，从国外或国内某地购入质优价廉的丙烯，这样，就形成了丙烯的合理流动，从而使丙烯装卸车的设计工作显得尤为重要。根据《石油化工企业设计防火规范》GB50160-92规定，丙烯属于液态烃，常压下为气态，这就给丙烯装卸车设计带来一些困难。笔者通过近两年来对吉化集团公司内部丙烯火车、汽车装卸车的设计，积累了一些有关丙烯装卸车的设计经验，愿与同行共同探讨。
2 工艺流程
丙烯的装卸就是从运输容器中将丙烯灌入储
罐，以及从储罐再将丙烯灌注入活动储罐。常用的方法有压缩机加压装卸法、泵装卸法、加热装卸法、静压差装卸法以及压缩气体加压装卸法等。 2.1 压缩机加压装卸法
在需要灌注的储罐和需要排空的槽车之间的丙烯气态管道上，安装无油润滑液化石油气压缩机。用它将需要灌注的储罐中的丙烯蒸汽抽出，加压送到拟排空的槽车中，使槽车中的丙烯蒸汽压力升高，储罐中的丙烯蒸汽压力降低，在槽车和储罐之间形成的压力差为0.15～0.3MPa ，这样槽车的液态丙烯就借此压力差被压送到需要灌注的储罐中去。这是丙烯卸车中较常用的方法，如图1 。
图1 压缩机加压装卸法示意流程图
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周江沛 丙烯装卸车工艺设计
周江沛：高级工程师，副主任工程师,1987年毕业于天津大学化学工程专业，一直从事化工工艺设计工作。曾发表论文2篇。:(0432)3990638。
DOI :10.15910/j ki .1007-6247.2002.05.004
该法具有较高的生产能力，可以同时对几个
槽车进行加压，槽车内的液态丙烯卸完后，还可以用压缩机将槽车中的气态丙烯抽回至储罐，这时关闭阀1、阀2、阀5和阀6。打开阀3和阀4。槽车中剩余压力最低维持在0.15～0.3MPa (A)，以免负压，空气渗入，在内部形成爆炸性气体。但究竟维持多少也应根据生产成本而定。用此方法进行丙烯装车时，关闭阀1、阀2和阀5，打开阀3、阀4和阀6，即可实现丙烯由丙烯球罐灌入丙烯槽车。
2.2 泵装卸法
透水混凝土施工方案
在槽车和储罐之间的丙烯液态管道上，安装液化石油气泵，来进行丙烯灌注和排空。但这种方法不可能除去罐车中的任何蒸汽，使用此方法时必须解决好泵入口端的净压头问题。由于丙烯蒸汽比重比空气重，设计规范不允许将泵安装在泵房地平面之下。因此，人们一般不使用泵来卸车，但多采用它来装车。如图2
。
图2 泵装车示意流程图
2.3 加热装卸法
利用容器之间形成的蒸汽压差来进行装卸，利用丙烯加热后压力显著提高的特性，用来作为输送液态丙烯的动力。此方法主要适合装卸量少的火车和汽车槽车卸车，优点是一次投资少，缺点是不能反抽残余在槽车中的丙烯气，卸车时间比压缩机加压装卸法略长，如图3。打开阀门1、2、3、4、7，关闭阀5、6，即可实现丙烯卸车
。
图3 加热装卸法示意流程图
2.4 净压差装卸法
利用丙烯容器之间的位置高差来卸车。这种
方法必须要有足够的位置高差才能使用。此法较
适合槽车向半地下或地下储罐灌注用，但装卸速
度较慢，一般很少采用。
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2.5 气体压力卸料
将压缩惰性气体送到需排空的容器中，以提高其压力，使丙烯灌入储罐。压缩气体一般常用压缩氮气。
但此法在未得到罐车的所有人或承租人的许可之前不能采用，因为压缩气体能对下一次装料造成污染，给装车带来困难〔1〕。
2.6 组合卸车2.6.1 压缩机与泵组合
如果灌注的储罐和需要排空的槽车二者距离很远，大于3km 以上时，可以考虑先用压缩机将槽车中的丙烯卸到一个中间罐，之后再用泵送至储罐。如图4
malaki paul。
图4 压缩机与泵组合卸车流程示意图
2.6.2 加热与压缩机加压领衬
硅凝胶贴膜冬季环境温度低于-20℃时，采用热水或低压蒸汽加热增压丙烯设施与压缩机加压一起配合使用。在冬季室外温度为-20℃时，丙烯的饱和蒸汽压为0.306MPa (A )，室外温度为-30℃
时，丙烯的饱和蒸汽压为0.212MPa (A )〔2〕
，温
度越低，丙烯饱和蒸汽压就越小。在这样的低温
下，对于一定罐壁面积来说，其单位时间内的汽化量也是一定的。当储罐汽化量满足不了压缩机吸入流量要求时，就会造成压缩机工作无法正常
进行。为此，根据实际操作经验，当丙烯的饱和蒸汽压小于0.3M Pa (A )时，即环境温度低于-20℃时，采用热水或低压蒸汽加热增压丙烯设施与压缩机加压装卸法一起配合使用，如图5
。
图5 加热装卸与压缩机加压流程示意图
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2002,12(5) 周江沛 丙烯装卸车工艺设计
3 关键设备选型
丙烯装卸车关键设备选型主要指丙烯卸车
时，使用的压缩机和丙烯装车时使用的液化石油气输送泵的选择。但这两台关键设备选型与丙烯装卸车物料量有直接关系。3.1 丙烯槽车允许装载量的确定
由于丙烯属于液化石油气，因此有关装载量执行国家液化石油气的有关规范和标准〔3〕。汽车、火车槽车允许的最大充装量按下式计算:W =P ·V
bbzs式中,W 为槽车的最大充装重量,kg ;P 为重量充装系数,kg /L ;V 为罐体容积,L ；液化石油气重量充装系数为0.425。
目前，国内丙烯火车槽车规格有50m 3
、60m 3和100m 3，常用规格为60m 3和100m 3。汽车槽车规格有25m 3和60m 3，常用规格为60m 3。选用容积60m 3
槽车时，每辆槽车的最大充装重量为W =P ·V =0.425×60×103=25500kg =25.5t ，选用容积100m 3槽车时，每辆槽车的最大充装重量为W =0.425×100×103
=42500kg =42.5t 。3.2 压缩机
为了方便计算，需作假设:①用压缩机给丙烯槽车加压时，丙烯气溶解在丙烯液相中的量可以忽略不计;②压缩气体计算可以采用标准气体状态方程;③在丙烯气加压过程中丙烯气温度不变
。
图6 压缩机选型示意图
根据实际不同管路计算，丙烯槽车和丙烯球罐之间的压差要保持在0.1～0.3MPa 时，丙烯卸车才能顺
利进行。下面计算丙烯槽车加压体
积，见图6。
丙烯在-20℃时，饱和蒸汽压为0.306MPa
(A )〔2〕
；在40℃时饱和蒸气压为1.648M Pa
(A )。
设初始状态时，丙烯槽车的压力为丙烯饱和蒸气压P 1，当丙烯槽车的体积为V =100m 3时，丙烯槽车满车时上部气相体积为V 1=100×(1-85%)=15m 3，液相体积为V 2=85m 3。给丙烯槽车加压分两步:①在同一饱和蒸气压下压入丙烯气，使之全部充满槽车，则压入的体积为V 2=85m 3
;②给丙烯槽车加压，使其压力达到P 1′，给丙烯槽车加压所耗丙烯气在P 1压力下的体积为V ′，设加压过程中温度不变，则:
P 1′V =P 1V +P 1V ′
以40℃为例，丙烯槽车加压前后压差按0.15MPa 计，则
P 1′V =P 1V +P 1V ′
V ′=(P 1′-P 1)·V /P 1=0.15×100/1.648=9.1m 3
给丙烯槽车加压气体在P 1压力下的总体积为:
V 2+V ′=85+9.1=94.1m 3
同理在-20℃时,
V ′=0.15×100/0.306=49.1m 3
给丙烯槽车加压气体在P 1压力下的总体积
为:
V 2+V ′=85+49.1=134.1m 3
如果选择排气量为1.5m 3/min 压缩机，丙烯气相温度为40℃时所需加压时间为94.1/1.5=62.7min ,-20℃时为134.1/1.5=89.4min ，因此，可以选择蚌埠压缩机厂的无油润滑液化石
油气循环压缩机2DG -1.5/16-241台，排气量为1.5m 3/min 。由于前面设丙烯气加压过程中温度不变，实际生产过程中，丙烯气温度要升高，时间要比理论计算略少一点。3.3 装车泵
如果选择ZA 型石油化工流程泵，该泵适用
炼油厂、石化工业的各种液态石油化工产品输送，工作压力可达2.5MPa 。为了防止泵的气蚀现象发生，需确定泵的合适安装高度。例如：可以选择ZA -200型流程泵，其中流量为29m 3/h ，扬程为53m ，必需汽蚀余量为2.2m 。泵的允许安装高度〔4〕:
H g =P 0/ρg -P V /ρg -Δh -H f
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式中,P0为吸入储槽内液面上的压强;P V为操作温度下液体的饱和蒸汽压;Δh为离心泵允许的汽蚀余量;H f为入口管道阻力损失，这里取1.6m;ρ为丙烯液相密度;g为重力加速度。假设储槽液面上方压力即为丙烯的饱和蒸汽压，那么H g=-2.2-1.6=-3.8m。说明泵的实际安装高度应低于丙烯球罐液面下3.8m。
4 工艺控制
4.1 流速和温度
液化石油气在管道内液态流动时，允许流速一般取1～2.5m/s，气态流动时，允许流速一般取8～10m/s〔5〕。为了保证适宜的流速，用流量计前后阀门进行调节。
丙烯储罐一般按50℃时饱和蒸汽压2.054MPa来设计，因此，丙烯用加热法卸车时，其蒸发后丙烯气相温度应控制在40℃以下，最好不要超过45℃。
4.2 计量
丙烯装卸计量，目前有3种方法。
(1)丙烯火车槽车上装有标尺，通过它就可以大概知道丙烯装入量，标尺上的红线为允许最大装入量；丙烯汽车槽车上装有标盘，标盘上红线应为最大装入量。
(2)通过轨中衡计量丙烯火车槽车的装卸量，地上衡用于计量丙烯汽车槽车的装卸量，重车和轻车之差为丙烯装卸量。一般使用80t地上衡，一次投资在35万元左右。
(3)目前普遍使用在丙烯气、液相管线上安装丙烯质量流量计，通常使用美国费希尔-罗斯蒙特的质量流量计，丙烯净装卸量等于液相质量流量计的读数减去气相质量流量计的读数。一次投资在20万元左右。
4.3 安全保障系统
影响丙烯装卸车安全稳定操作，主要有两个因素，即系统超压和泄漏。
系统超压主要由于丙烯压缩机的误操作引起的。因此，在丙烯压缩机出口丙烯稳压罐后管线上设置压力报警系统和压力连锁系统。①当压力超过设计规定值时，系统报警;②当压力超过允许值时，压缩机自动停车，使压力不再增高;③设置安全阀，当上述系统出现故障，系统压力超过安全阀的起跳压力时，丙烯放空去火炬系统。
关于系统泄漏，根据《石油化工企业防火规范》GB50160-92,2000年版，第5.3.16条规定，阀门及管件的压力等级不应低于2.0MPa，垫片应采用石墨金属缠绕式垫片，阀门压盖的密封填料应采用非燃烧材料。所有阀门及管件均应采用液化石油气专用系列，并且在管路上设置事故紧急切断阀和过流阀。设置过流阀的目的是当管道和附件破裂或其他原因，造成液态丙烯在管内流量急增时，超过额定流量的200%时，过流阀自动关闭，以防止液态丙烯的大量流出，从而避免事故的发生。另外还要设置可燃气体检漏仪、报警仪，定期检查，防止泄漏。
采用压缩机加压法时，由于采用的是往复式压缩机，应防止从气液分离器至压缩机入口和从压缩机出口至稳压罐的管路震动问题的发生，尽可能减少此管路长度，减少管路上的弯头数量，必要时增加管路扩大管，来防止管路震动。
4.4 装卸车时间
虽然装卸车管线液相为DN100或DN125，气相为DN65或DN80，但是由于目前丙烯火车槽车的液相管口管径为DN50，气相为DN50，汽车槽车的液相管口管径为2英寸，气相为1英寸，这样严重地制约装卸车时间。如图6所示，当加压后，丙烯槽车与丙烯储罐压力差为0.15MPa时，依据柏努利方程gZ1+U21/2+P1/ρ=gZ2+U22/2+P2/ρ+h f〔4〕，计算管内丙烯流速，根据实际生产情况假设U1=0,P1-P2= 0.15MPa,Z2-Z1=15m,ρh f=26m,ρ= 512kg/m3(20℃丙烯密度)，所以计算U2= 17.3m/s。但是由于丙烯液态流速按规定应为1～2.5m/s，因此，使用阀门调节液态丙烯流速在2m/s左右，如果取DN100管线，流速为2m/ s，卸85m3液态丙烯，所需时间t=85/[(0.1/ 2)23.14×2]/60=92.23min。如果丙烯槽车液相管口处流速在3m/s和管径取DN50时，计算卸车所需时间为t=85/[(0.05/2)2×3.14×3]/60=240min。即4h。实际操作也在4～5h。
5 结语
(下转第40页)
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2002,12(5) 周江沛 丙烯装卸车工艺设计
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