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液相柴油加氫泄壓系統(tǒng)安全性分析

文檔作者：王永鶴李航王家祥趙成鑫文檔來源： 1．中國(guó)石油長(zhǎng)慶石化 2．航天長(zhǎng)征化學(xué)工程股份有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年09月10日
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化學(xué)工程師
Chemical Engineer 2016年第Ol期
罐
：芷
安
釜
DOI：10．16247~．cnki．23-1171hq．20160133
液相柴油加氫泄壓系統(tǒng)安全性分析
王永鶴 ，李航，，王家祥z，趙成鑫
(1．中國(guó)石油長(zhǎng)慶石化。陜西咸陽(yáng)712000；2．航天長(zhǎng)征化學(xué)工程股份有限公司蘭州分公司。甘肅蘭州730500)
摘要：本文概述了長(zhǎng)慶石化兩套液相柴油加氫裝置技術(shù)特點(diǎn)，并對(duì)兩套裝置反應(yīng)系統(tǒng)泄壓設(shè)計(jì)進(jìn)行安
全分析，通過計(jì)算分析反應(yīng)系統(tǒng)泄壓對(duì)低壓火炬系統(tǒng)造成的沖擊，并總結(jié)兩套液相柴油加氫工藝泄壓系統(tǒng)對(duì)
低壓火炬系統(tǒng)的安全影響。
關(guān)鍵詞：液相柴油加氫；泄壓系統(tǒng)；聯(lián)鎖反應(yīng)；安全
中圖分類號(hào)：E624．4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
Safety analysis of Hquid hydrogenation diesel decompression system
WANG Yong-he ，LI Hang ，W ANG Jia-xiang2，ZHAO Cheng—xin
(1．Changqing Petrochemical Corporation，PetroChina，Xianyang 712000，China；2．Lanzhou Branch，Aerospace Changzheng
Chemical Engineering Co．，Ltd．，Lanzhou 730500，China)
Abstract：The technical features of two liquid diesel hydrogenation units in Changqing pe~ochemical company
were reviewed．Safety analysis of pressure-relief design of two device response systems was conducted．Th e
shock to the low pressure flare system caused by pressure-relief of reaction system was obtmned after calculating
and analyzing．Meanwhile，the security impact of pressure-relief system of liquid diesel hydrogenation process to
the low pressure flare system was summarized．
Key words：liquid diesel hydrogenation；pressure-relief system；chain reaction；security
圖1 液相柴油加氫反應(yīng)原理圖
1 液相柴油加氫裝置概況 Fig．1 Reacti。n schem~ics ofliquid dieseI hydrogenati。n
長(zhǎng)慶石化公司有兩套液相柴油加氫精制裝置，
分別為使用Dupont專利技術(shù)的60萬(wàn)t·a- 液相柴
油加氫精制裝置和中石化洛陽(yáng)設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的140
萬(wàn)t·a- 液相柴油加氫精制裝置，用以生產(chǎn)滿足國(guó)Ⅳ
和國(guó)V標(biāo)準(zhǔn)要求的清潔柴油。
液相柴油加氫精制裝置其原理如圖l依靠液相
產(chǎn)品循環(huán)時(shí)攜帶進(jìn)反應(yīng)系統(tǒng)的溶解氫來提供新鮮原
料進(jìn)行加氫反應(yīng)所需要的H：，可以消除催化劑的潤(rùn)
濕因子影響，加快反應(yīng)歷程，降低反應(yīng)器的溫升。
收稿日期：2015—12—01
作者簡(jiǎn)介：王永鶴(1988一)，男，助理工程師，2014年畢業(yè)于西安石油
大學(xué)化學(xué)工藝專業(yè)，碩士，現(xiàn)從事汽柴油加氫工作。
2 液相柴油加氫裝置主要工藝危險(xiǎn)
液相柴油加氫精制裝置，處于高溫、高壓、臨氫
操作環(huán)境，在生產(chǎn)過程中涉及的主要物料有柴油、石
腦油、H 及燃料氣，均為易燃、易爆的氣體或液體。
柴油加氫反應(yīng)器內(nèi)主要發(fā)生加氫脫硫、脫氮、
脫氧、烯烴飽和反應(yīng)，是典型放熱反應(yīng)，其操作參數(shù)
見表1。
表1 液相柴油加氫反應(yīng)器操作條件
Tab．1 Operating conditions of liquid diesel
hydrogenation reactor
由表1可知，若溫度控制不當(dāng)，反應(yīng)熱不能及
時(shí)從反應(yīng)系統(tǒng)帶走，反應(yīng)器內(nèi)就會(huì)積聚反應(yīng)熱，進(jìn)而
引起反應(yīng)器床層溫度的驟升(即“飛溫”)使催化劑
結(jié)焦活性受到損壞【 ]。
王永鶴等：液相柴油加氫泄壓系統(tǒng)安全性分析 2016年第O1期
柴油加氫反應(yīng)系統(tǒng)壓力控制異常會(huì)造成反應(yīng)
器超壓，損壞設(shè)備，嚴(yán)重情況可能引發(fā)著火爆炸。反
應(yīng)器底部出口管線設(shè)計(jì)的減壓閥是裝置最關(guān)鍵儀
表設(shè)備，如減壓閥故障或操作異常導(dǎo)致反應(yīng)器液位
抽空，會(huì)發(fā)生高壓竄低壓事故。
通過對(duì)兩套裝置的反應(yīng)系統(tǒng)分析，可以看出液
相柴油加氫是在煉油裝置中危險(xiǎn)性很高的一類裝
置，安全平穩(wěn)運(yùn)行是該裝置生產(chǎn)管理的重要任務(wù)。
而裝置安全的可靠性極大的取決于設(shè)計(jì)方案的可
靠性，設(shè)備及其制造質(zhì)量的可靠性[3_5】。
3 液相柴油加氫泄壓系統(tǒng)分析
液相柴油加氫裝置反應(yīng)系統(tǒng)超壓是裝置最大
的安全風(fēng)險(xiǎn)。反應(yīng)系統(tǒng)超壓如不能迅速有效控制，
將導(dǎo)致災(zāi)難性后果，輕則傷害設(shè)備或催化劑，造成
巨大經(jīng)濟(jì)損失；重則設(shè)備損壞泄漏，發(fā)生著火爆炸
事故。為了應(yīng)對(duì)柴油加氫裝置反應(yīng)系統(tǒng)超壓的風(fēng)
險(xiǎn)，兩套裝置都設(shè)計(jì)了緊急泄壓系統(tǒng)。在生產(chǎn)異常
情況下，立即啟動(dòng)緊急泄壓系統(tǒng)，通過快速泄壓保
護(hù)催化劑和反應(yīng)器 。
3．1 60萬(wàn)t·a 液相柴油加氫裝置泄壓系統(tǒng)
反應(yīng)系統(tǒng)的流程簡(jiǎn)圖見圖2。
切斷閥
圖2 60萬(wàn)柴油加氫反應(yīng)系統(tǒng)流程簡(jiǎn)圖
Fig．2 Simple flow diagram of 0．6 million diesel
hydrogenation system
杜邦公司設(shè)計(jì)的液相柴油加氫裝置反應(yīng)系統(tǒng)
泄壓有延遲泄壓DCS聯(lián)鎖和緊急泄壓SIS聯(lián)鎖兩
種。
當(dāng)壓力控制不當(dāng)，反應(yīng)器壓力達(dá)到6．8MPa以
上，啟動(dòng)延遲泄壓DCS聯(lián)鎖，四路排放氫調(diào)節(jié)閥
FV01234、FV01235、FV01236、FV01237根據(jù)DCS聯(lián)
鎖系統(tǒng)設(shè)定逐漸全開，排放氫泄壓進(jìn)入冷低分
V8104。當(dāng)反應(yīng)器壓力降至6．5MPa以下，DCS系統(tǒng)
交還人為控制。延遲泄壓系統(tǒng)對(duì)反應(yīng)系統(tǒng)造成沖擊
較小，可以在反應(yīng)器壓力未達(dá)到安全閥起跳壓力
時(shí)，及時(shí)調(diào)整壓力。
當(dāng)反應(yīng)器壓力達(dá)到7．2MPa以上，啟動(dòng)裝置緊
急泄壓聯(lián)鎖，或經(jīng)受重大自然災(zāi)害等緊急情況時(shí)人
為控制啟動(dòng)，反應(yīng)系統(tǒng)SIS聯(lián)鎖邏輯見圖3，反應(yīng)器
四路緊急泄壓閥打開，排放氣直接進(jìn)入放空罐
V8111，然后進(jìn)入火炬系統(tǒng)。
圖3 60萬(wàn)柴油加氫反應(yīng)系統(tǒng)緊急泄壓聯(lián)鎖示意圖
Fig．3 Emergency pressure-relief inter—locking schematic
of 0．6 million diesel hydrogenation system
3．2 140萬(wàn)t·a 液相柴油加氫裝置泄壓系
統(tǒng)
反應(yīng)系統(tǒng)的流程簡(jiǎn)圖見圖4。
火炬
圖4 140萬(wàn)柴油加氫反應(yīng)系統(tǒng)流程簡(jiǎn)圖
Fig．4 Simple flow diagram of 1．4 million diesel
hydrogenation system
140萬(wàn)t 液相柴油加氫裝置反應(yīng)器安全閥
安裝在反應(yīng)器入口管線上，當(dāng)安全閥達(dá)到起跳壓力
10．5MPa時(shí)起跳，或經(jīng)受重大自然災(zāi)害等緊急情況
時(shí)人為控制啟動(dòng)，會(huì)有信號(hào)回訊給緊急泄壓聯(lián)鎖系
統(tǒng)觸發(fā)聯(lián)鎖，反應(yīng)系統(tǒng)SIS聯(lián)鎖邏輯見圖5。
反應(yīng)器內(nèi)高溫高壓油氣混合物通過安全閥進(jìn)
入放空罐V306，并最終進(jìn)入火炬。反應(yīng)器壓力迅速
降低，當(dāng)壓力降低到8．0MPa時(shí)，安全閥回位。若遇
到裝置發(fā)生重大火災(zāi)等緊急情況時(shí)可以繼續(xù)通過
調(diào)整四路排氫閥，將反應(yīng)器壓力降至常壓。
2016年第Ol期 王永鶴等：液相柴油加氫泄壓系統(tǒng)安全性分析
圖5 140萬(wàn)柴油加氫反應(yīng)系統(tǒng)緊急泄壓聯(lián)鎖示意圖
Fig．5 Emergency pressure-relief inter-locking schematic
of 1．4 million diesel hydrogenation system
3-3 泄壓系統(tǒng)分析
通過對(duì)兩套裝置的緊急泄壓聯(lián)鎖反應(yīng)泄壓系
統(tǒng)分析，可以看出兩套裝置泄壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)不同。
60萬(wàn)t· 液相柴油加氫裝置泄壓系統(tǒng)分為延
遲泄壓和緊急泄壓聯(lián)鎖兩種，分別保證不同緊急工
況下的裝置能迅速退守到安全狀態(tài)。延遲泄壓系統(tǒng)
作用于反應(yīng)系統(tǒng)壓力超過操作壓力上限低于反應(yīng)
器設(shè)計(jì)最高壓力的范圍，可應(yīng)對(duì)由于誤操作等原因
引起的反應(yīng)器小幅度超壓風(fēng)險(xiǎn)，避免導(dǎo)致裝置最高
等級(jí)緊急泄壓聯(lián)鎖的啟動(dòng)，減少裝置停開工造成的
經(jīng)濟(jì)損失。緊急泄壓聯(lián)鎖作用于反應(yīng)系統(tǒng)壓力超過
反應(yīng)器設(shè)計(jì)最高壓力的范圍，當(dāng)裝置遇到超壓或自
然災(zāi)害等緊急情況時(shí)，通過緊急泄壓聯(lián)鎖，反應(yīng)系
統(tǒng)能迅速泄壓到常壓，裝置能退守到安全穩(wěn)定狀
態(tài)。
140萬(wàn)t·a--液相柴油加氫裝置泄壓系統(tǒng)通過
反應(yīng)器人口管線處安全閥起跳回訊觸發(fā)緊急泄壓
聯(lián)鎖，無論是反應(yīng)器超壓還是遇到自然災(zāi)害等緊急
情況觸發(fā)的反應(yīng)器緊急泄壓聯(lián)鎖，都需要對(duì)整套裝
置進(jìn)行緊急停工處理，當(dāng)安全閥回位后繼續(xù)降壓則
需要通過DCS系統(tǒng)調(diào)整四路排氫閥操作。
4 液相柴油加氫泄壓后路安全分析
由于反應(yīng)器泄壓釋放出是高溫高壓油氣，會(huì)對(duì)
低壓火炬系統(tǒng)造成巨大沖擊，我們有必要對(duì)其油氣
泄放量進(jìn)行核算，并對(duì)泄壓后路的承受力進(jìn)行評(píng)估
分析，進(jìn)而保證低壓火炬系統(tǒng)的安全。
4．1 60萬(wàn)t·a 液相柴油加氫緊急泄壓釋放
置的計(jì)算
氣體通過限流孔板體積流量計(jì)算。
假設(shè)氣體流過限流孔板的過程是定熵流動(dòng)【’l8]。
根據(jù)定熵流動(dòng)過程方程，氣體通過限流孑L板的體積
流量公式為：
Q=1．252C
式中Q：體積流量，m ·h ；c：限流孔系數(shù)； ：限流
孔直徑，m ：液體密度，kg·m-3；AP：限流孑L板前后
壓差，MPa。
反應(yīng)系統(tǒng)放空線上有兩個(gè)限流孔板分在R8101
放空線上和V8104放空線上，限流孔板參數(shù)見表3。
表2 限流子L板參數(shù)表
Tab．2 Parameter list of restriction orifice
名稱Q／m ·h C dgm △P／MPap／kg·m 配管直徑／m
由表2可以看出，反應(yīng)系統(tǒng)泄壓有兩個(gè)泄放
量：(1)由于誤操作等原因引起的反應(yīng)系統(tǒng)小幅度超
壓，通過延遲泄壓系統(tǒng)泄壓，排放氣通過V8104放
空線排放到火炬系統(tǒng)，泄放量為225．8m。·h～。(2)當(dāng)
裝置遭遇超溫超壓或自然災(zāi)害等緊急情況時(shí)，啟動(dòng)
緊急泄壓聯(lián)鎖，通過R8101放空線泄壓，泄放量為
318．3m ·h- 。
兩種泄壓方式泄放的都為氣體，V8104泄放的
氣體溫度在50~C左右，R8101泄放的氣體溫度在
370~2左右，放空罐V8111設(shè)計(jì)溫度為180℃ ，可以
看出延遲泄壓系統(tǒng)對(duì)放空系統(tǒng)無沖擊，緊急泄壓系
統(tǒng)會(huì)對(duì)放空罐造成一定沖擊，但由于放空罐直接與
火炬系統(tǒng)相連，泄放氣體進(jìn)人火炬系統(tǒng)緩沖，影響
有限【們。
4．2 140萬(wàn)t·a 液相柴油加氫泄壓釋放量
的計(jì)算
4．2．1 安全泄放量根據(jù)勞動(dòng)部頒發(fā)的《壓力容器
安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》中規(guī)定，安全閥安全泄放量計(jì)
算公式如下：
1 一 ： !魚 = 2 竺 (2)
” H1×do 、
式中 ：安全泄放量，kg·h ； ：泄放溫度，℃；A：保
溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)，kJ·(m·h·℃)～；do：保溫材料的
厚度，m；A：容器的潤(rùn)濕面積，m ；日 ：泄放條件下的
汽化熱，kJ·kg- 。
根據(jù)洛陽(yáng)設(shè)計(jì)院提供反應(yīng)器設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)：泄放溫
度為388~C，容器的潤(rùn)濕面積264．3m ，保溫材料厚
度0．18m，保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)0．04kJ·(m·h·oC)～，
計(jì)算得安全閥的安全泄放量為166667kg·h～。
4．2．2 最小泄放面積根據(jù)勞動(dòng)部頒發(fā)的《壓力容
王永鶴等：液相柴油加氫泄壓系統(tǒng)安全性分析 2016年第01期
器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》中規(guī)定，對(duì)于泄放介質(zhì)為液
體的最小泄放面積計(jì)算公式為：
w r r — —
a=0·196 ／ G (3)
式中a：最小泄放面積，Ill ；Kp：超壓系數(shù)；G：泄放
溫度下液體的比重，kg·m ；JP：泄放壓力，MPa；Po：背
壓壓力，MPa；C0：流量系數(shù)。
對(duì)于反應(yīng)器泄壓，其中W=166667kg·h～，
10．5MPa，Po=O．1MPa，G=577kg ·mq，Co=0．62，K。=0．6，
計(jì)算得最小泄放面積為629mm ，其實(shí)際安裝中，反
應(yīng)器安全閥的喉徑代號(hào)為J，對(duì)應(yīng)的截面積為
830mm 滿足最小泄放面積要求，即反應(yīng)器的泄壓設(shè)
計(jì)是滿足安全泄放要求的¨o]。
4．2‘3 泄放液相體積估算這里估算反應(yīng)系統(tǒng)安
全閥起跳到回位的泄放量，即反應(yīng)系統(tǒng)壓力從
10．5MPa降到8MPa的泄放量。反應(yīng)系統(tǒng)總體積為
248．4m。，由于反應(yīng)器內(nèi)裝填了催化劑，占去了部分
體積，反應(yīng)器催化劑實(shí)際裝填體積為157．26m ，氣
相空間91．1am3,當(dāng)反應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)油后會(huì)占去一部分體
積，所以實(shí)際反應(yīng)系統(tǒng)的氣相體積還要小。而實(shí)際
反應(yīng)系統(tǒng)的氣相體積影響因素比較多，這里取床層
液位為50％計(jì)算，即氣體體積占45．57m 計(jì)算。由于
安全閥起跳后泄放介質(zhì)為液相，按泄放出介質(zhì)為全
部液體考慮，由理想氣體狀態(tài)方程：
P =n尺m (4)
當(dāng)反應(yīng)系統(tǒng)壓力從10．5MPa泄放到8MPa時(shí)，
不考慮溫度變化，氣相體積變化如表3。
表3 反應(yīng)器氣相體積隨壓力變化表
Tab_3 The table of vapor volume of the reactor
changing with pressure
從表3可以看出，當(dāng)壓力將為8MPa時(shí)，反應(yīng)器
氣相空間膨脹到59．80m3。由于液體不可壓縮，即泄
壓排放油品14．23m。，放空罐V306體積容積為
60m ，緊急泄壓泄放到放空罐的油品不會(huì)造成放空
罐滿溢，但存在油品攜帶進(jìn)入低壓瓦斯管網(wǎng)的可能
性。
緊急聯(lián)鎖泄壓泄放出的油品溫度在380~C左
右，火炬管線正常處于常溫狀態(tài)，泄放時(shí)管線溫度
急升，法蘭連接部位存在膨脹不均勻造成泄漏的可
能性。柴油燃點(diǎn)為220~C，一旦泄漏，存在引發(fā)火災(zāi)
的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，泄放的油品溫度超出放空罐設(shè)計(jì)溫
度220~C，大量高溫油品瞬間進(jìn)入放空罐有引發(fā)次
生災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)。
5 結(jié)論
(1)通過對(duì)60萬(wàn)t·a 液相柴油加氫及140萬(wàn)
t·a-I液相柴油加氫泄壓釋放量的計(jì)算分析，可以看
出兩套裝置的反應(yīng)系統(tǒng)泄壓設(shè)計(jì)均能滿足緊急泄
壓要求。
(2)140萬(wàn)t· 液相柴油加氫泄壓為液體泄
壓，反應(yīng)系統(tǒng)泄壓對(duì)低壓放空火炬系統(tǒng)沖擊較大，
存在著引發(fā)次生災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)。
(3)60萬(wàn)t·a- 液相柴油加氫泄壓為氣體泄壓，
對(duì)放空管線沖擊較小，泄壓更為安全。
(4)60萬(wàn)t·a-·液相柴油加氫延遲泄壓系統(tǒng)設(shè)
計(jì)可在壓力超過操作壓力上限低于反應(yīng)器設(shè)計(jì)最
高壓力的范圍迅速做出應(yīng)對(duì)，避免裝置緊急停工。
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