液體儲運裝置輕烴卸車尾氣回收流程優(yōu)化

張磊，羅靈力，李曉慶，張建偉，馬遠東

（中國石油天然氣股份有限公司獨山子石化分公司，新疆獨山子 833699）

中國石油獨山子石化分公司輕烴資源主要來自疆內(nèi)中國石油下屬企業(yè)的油田、煉廠及哈薩克斯坦油田。其中疆內(nèi)火車運輸輕烴主要來源為塔里木油田，已建成的天然氣輕烴回收項目可為獨山子石化分公司提供約40萬t/a的油田液化石油氣（LPG）。輕烴通過火車和汽車兩路運輸至液體儲運裝置，該裝置下設存儲區(qū)、火炬系統(tǒng)、裝卸車區(qū)等三大區(qū)域，存儲區(qū)負責液體裝置液體產(chǎn)品和卸車原料的接收儲存，部分產(chǎn)品送至裝卸車區(qū)裝車外銷，部分產(chǎn)品罐輸送至其他裝置。其中，輕烴卸車為兩套乙烯裝置提供了大量的優(yōu)質(zhì)原料，2018－2019年，連續(xù)實現(xiàn)了輕烴加工總量逾100萬t的目標。

1 輕烴卸車的運行現(xiàn)狀

隨著乙烯廠進廠原料量的不斷增加，液化石油氣汽車、火車卸車結(jié)束后，槽車內(nèi)氣相壓力較高，夏季高達1.0 MPa。哈薩克斯坦輕烴供應方要求“哈薩克斯坦進口液化石油氣汽車罐車卸車后的空車壓力≯0.3 MPa，火車槽車卸車后空車壓力不高于0.1 MPa”、國內(nèi)中聯(lián)油要求“國內(nèi)液化氣汽車、火車槽車卸車后壓力不高于0.5 MPa”。為滿足哈薩克斯坦輕烴供應方對槽車卸車后空車壓力要求，需對槽車卸車后進行泄壓處理?，F(xiàn)有汽車、火車槽車卸車后通過DN100放空總線向火炬系統(tǒng)進行泄壓排放，造成原料損失。通過衡間稱重的方式對輕烴尾氣回收前、后的每輛汽車槽車卸車前、后的重量差取均值，每輛汽車至少損失600 kg輕烴物料，同理核算每節(jié)火車槽車至少損失1 000 kg輕烴物料（輕烴火車槽車容積為100 m3，汽車槽車容積為60 m3，充裝系數(shù)均為0.85，則火車槽車與汽車槽車容積比為1.67），按輕烴汽車設計卸車能力40萬t/a及火車設計卸車能力62萬t/a計算，一年至少損失輕烴物料5 100 t。為滿足汽車、火車槽車卸車后空車壓力要求及法律法規(guī)要求，消除汽車、火車卸車后輕烴氣相排放火炬造成的損失和環(huán)境污染，液化石油氣火車、汽車卸車后對尾氣進行回收很有必要。

2 輕烴卸車與尾氣回收流程優(yōu)化改造

為滿足提高輕烴卸車量、提高卸車速率和降低空車氣相壓力的綜合需求，需對槽車內(nèi)氣相輕烴進行回收處理并對現(xiàn)有工藝流程進行優(yōu)化。2018年，設計院對現(xiàn)有流程進行梳理、優(yōu)化后，新增4臺壓縮機用于輕烴卸車及尾氣回收；新增2座立式壓縮機入口分液罐、2臺輕烴凝液泵及1臺換熱器。將原來2#棧橋26個汽車鶴位劃分為鶴1#~13#和鶴14#~26#兩部分。將36個火車鶴位劃分為1#火車棧橋，改造新增了12個卸車鶴位（鶴5#~13#、鶴18#~26#），并將1#棧橋原苯乙烯、MTBE鶴位移至新建的3#棧橋、2#火車棧橋（鶴1#~18#），每個系統(tǒng)增設壓力調(diào)節(jié)閥，可遠程操控。新增3臺尾氣回收壓縮機95-C-8001B/C/D進行氣相輕烴的回收操作，新增1臺壓縮機95-C-8001A與95-C-6001A/B構(gòu)成卸車壓縮機組，用于壓縮卸車槽車內(nèi)的液相輕烴，形成一個輕烴閉式循環(huán)回收系統(tǒng)，徹底解決了輕烴尾氣排放至煉油廠氣柜裝置作為燃料氣使用的操作瓶頸，為了防止槽車被過度抽吸，產(chǎn)生負壓而損壞槽車，設有低壓聯(lián)鎖保護，聯(lián)鎖值為0.05 MPa。

2.1 輕烴尾氣回收改造流程

新增3臺輕烴尾氣回收壓縮機95-C-8001B/C/D對1#火車棧橋、2#火車棧橋、汽車棧橋鶴1#~13#和鶴14#~26#槽車輕烴氣相進行抽吸，增壓后的輕烴氣相經(jīng)過換熱器95-E-8001降溫后進入卸車壓縮機入口前分液罐進行分液，氣相通過緩沖罐95-V-8001A/B與輕烴球罐95-V-6001A~J、擬建球罐氣相平衡線返回至現(xiàn)有10座2 000 m3輕烴球罐95-V-6001A~J和擬建輕烴球罐，輕烴凝液通過輕烴凝液泵95-P-8001輸送至汽化器95-E-6001A/B入口管線返回輕烴球罐中。

2.2 輕烴卸車改造流程

輕烴卸車流程：1#火車棧橋、2#火車棧橋、汽車棧橋鶴1#~13#和鶴14#~26#槽車內(nèi)的輕烴液相分別通過來自輕烴卸車壓縮機95-C-8001A與95-C-6001 A/B出口壓縮氣體壓縮，經(jīng)卸車總管送至現(xiàn)有250 m3緩沖罐95-V-7001A/B與95-V-4101，然后由現(xiàn)有輕烴轉(zhuǎn)輸泵95-P-7001A/B/C/D（3開1備）與95-P-4101A/B/C（2開1備）分別泵送至現(xiàn)有10座2 000 m3輕烴球罐95-V-6001A~J和擬建輕烴球罐中；當輕烴卸車負荷低時，也可由緩沖罐入口與輕烴傳輸泵出口的跨線由壓縮機壓縮并直接送輕烴球罐。工藝流程見圖1。

2.3 項目危險源風險辨識

該項目為液體物料卸車、鐵路專用線及附屬設施改造項目，屬于危險化學品運輸。危險化學品數(shù)據(jù)見表1。

根據(jù)國家安全監(jiān)管總局《關(guān)于公布首批重點監(jiān)管的危險化工工藝目錄的通知》（安監(jiān)總管三[2009]116號）和《關(guān)于公布第二批重點監(jiān)管危險化工工藝目錄和調(diào)整首批重點監(jiān)管危險化工工藝中部分典型工藝的通知》（安監(jiān)總管三〔2013〕3號）公布的重點監(jiān)管危險化工工藝目錄，該項目工藝不屬于重點監(jiān)管危險化工工藝。

圖1 火車、汽車輕烴尾氣回收工藝流程

表1 項目危險化學品數(shù)據(jù)

根據(jù)《危險化學品建設項目安全監(jiān)督管理辦法》（國家安全監(jiān)管總局令第45號）所稱危險化學品長輸管道，是指穿越廠區(qū)外公共區(qū)域的危險化學品輸送管道。該項目管道均敷設于液體儲運裝置內(nèi)部系統(tǒng)管廊中，管線長度均不超過2 000 m，故該項目涉及的管道不屬于長輸管道。

重大危險源計算公式如下：

式中：q1，q2…，qn—每種危險物質(zhì)實際存在量，t；Q1，Q2…，Qn—與危險物質(zhì)相對應的生產(chǎn)場所或貯存區(qū)的臨界量，t；β1，β2…，βn—與各危險化學品相對應的校正系數(shù)；α—該危險化學品重大危險源廠區(qū)外暴露人員的校正系數(shù)。

根據(jù)《危險化學品重大危險源辨識》（GB 18218－2009），該項目涉及的危險化學品是輕烴，主要成分為丙烷，丙烷的臨界量是10 t，按照丙烷計算臨界量：

m＝儲罐體積×充裝系數(shù)×儲罐數(shù)量×密度＝（40×0.9×2×1.83）/1 000＝0.131 7（t）＜10 t。

根據(jù)上式計算結(jié)果，該項目中丙烷含量0.131 7 t，小于GB18218－2009中要求，因此不屬于危險化學品重大危險源。輕烴火車接卸設施改造項目鐵路專用線及其附屬設施符合國家法律、法規(guī)和標準規(guī)范的要求，建設單位在落實可研和評價報告中提出的各項安全措施的前提下，依托現(xiàn)有裝置設置的安全消防設施，該建設工程存在的危險、有害因素和風險，能夠得到有效防范與控制。

2.4 現(xiàn)場鶴位、裝車設施更新優(yōu)化

為確?；疖?、汽車高效裝卸車工作，將金屬軟管替換為硬管連接，可以有效避免金屬軟管老化、泄漏的風險。對使用時限到期的萬向節(jié)進行更新，確保設備狀態(tài)良好、無滲漏。在輕烴汽車、火車卸車鶴管氣相線上、卸車總線上增加緊急切斷閥并設置現(xiàn)場緊急停車按鈕。在輕烴汽車卸車鶴位液相線與氣相線增加跨線，便于檢修置換。火車輕烴卸車鶴位更換18套機械臂金屬鶴管的氣、液相轉(zhuǎn)臂，氣、液相鶴管，彈簧缸、軌道、軌道吊桿、行走小車，電箱及電纜等，并將鶴位上頭道放空線閥門更換為法蘭連接閥門，徹底消除輕烴卸車系統(tǒng)隱患。

2.5 輕烴火車卸車最大允許流量計算

根據(jù)輕烴卸車壓縮機出口流量為480 m3/h，1座棧橋1次卸車有效鶴位數(shù)為12個，用1臺壓縮機卸1座棧橋的輕烴槽車時，理想狀態(tài)下密度為505 kg/m3，則1臺輕烴壓縮機每小時卸車質(zhì)量為：

新增輕烴火車卸車至輕烴球罐的收料線管徑為DN300，因儲罐均已填充液位至2.0 m以上，輕質(zhì)油流速不得超過4 m/s，可計算出輕烴火車卸車最大允許流量為513.77 t。

為了避免輕烴卸車流速超過4 m/s，只能使用2臺輕烴卸車壓縮機卸2座棧橋的輕烴槽車并適當調(diào)整壓縮機負荷，以保證卸車流速的安全管控，采用2開1備或1開2備的運行模式。

為了對比理想狀態(tài)和實際工況的偏差數(shù)據(jù)，當卸車模式采用1臺輕烴卸車壓縮機卸1座棧橋的輕烴槽車時，對收料輕烴儲罐（2 000 m3）1小時的液位變化值進行統(tǒng)計，液位增幅為2.1 m左右，根據(jù)儲罐液位偏差值計算的庫容增加量即1小時實際火車卸車量，見表2。

由表2可知，輕烴火車實際卸車量均值為193.6 t，而理想狀態(tài)下1臺壓縮機的卸車量為242.4 t，則實際卸車量為理想狀態(tài)卸車量的80%。

3 輕烴尾氣回收系統(tǒng)的投用效果及效益評價

3.1 輕烴卸車方式的時間統(tǒng)計

火車、汽車鶴位使用同一液相線卸車時，用時3.5 h；火車、汽車鶴位分開卸車時，用時2.5 h；新增液相線大大提高了輕烴卸車速度且卸車鶴位單元滿足《汽車運輸、裝卸危險貨物作業(yè)規(guī)程》（JT 618－2004）中“6.2.5易燃液體裝卸始末，管道內(nèi)流速不得超過1 m/s，正常作業(yè)流速不宜超過3 m/s。其他液體產(chǎn)品可采用經(jīng)濟流速?！盵1]的要求。

表2 1小時輕烴火車實際卸車量統(tǒng)計

3.2 輕烴尾氣回收后的效益評價

2018年8月1日至10月15日，汽車卸車3 950輛次，總計2 370 t，輕烴按2 750元/噸計算（輕烴成本核減氣柜回收天然氣成本），汽車卸車回收輕烴效益為651.75萬元?；疖囆盾嚁?shù)量1 288節(jié)次，根據(jù)容積折算取1.67倍汽車的重量，火車卸車回收輕烴為1 290.58 t。

2019年4月1日至10月31日（7月20日至8月31日大檢修期間，無卸車、無回收）按照上述計算方法，統(tǒng)計汽車罐車卸車3 754輛次、回收2 252.4 t，火車槽車卸車2 146節(jié)次，回收2 150.29 t，輕烴尾氣回收物料總量為4 402.69 t。輕烴尾氣回收系統(tǒng)自2018年8月投用至2019年10月31日，累積回收輕烴降本為2 217.4萬元。輕烴尾氣單元回收明細，見表3。

輕烴火車、汽車尾氣回收后，滿足了哈薩克斯坦輕烴供應方及國內(nèi)中聯(lián)油要求及《石油化學工業(yè)污染物排放標準》GB 31571－2015要求，同時消除了汽車和火車卸車后，輕烴氣相放空或泄壓造成的物料損失，具有較大的環(huán)境效益。同時，符合《石油化學工業(yè)污染物排放標準》（GB 31571－2015）中非甲烷總烴限值≤4.0 mg/m3的要求[2]。VOCs在線監(jiān)測數(shù)據(jù)持續(xù)走低，2019年5月與2020年5月VOCs在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，見圖2。

表3 輕烴尾氣單元回收明細

4 結(jié)論

乙烯廠儲運聯(lián)合車間積極優(yōu)化輕烴卸車流程，嚴格執(zhí)行輕烴卸車程序，本著宜收皆收、一切成本皆可降的原則，從源頭上考慮提高原材料利用率和減少火炬排放量。通過技術(shù)改造實施輕烴尾氣回收項目，自2018年8月至2019年10月，累積回收輕烴降本增效2 217.40萬元，具有良好的經(jīng)濟效益。輕烴1#火車棧橋改造、3#棧橋投用后，輕烴卸車效率大幅提升。VOCs在線監(jiān)測數(shù)據(jù)持續(xù)走低，環(huán)境效益良好。

圖2 2019年5月與2020年5月VOCs在線監(jiān)測數(shù)據(jù)