某公司對(duì)貯存苯等高毒物的貯罐實(shí)施了尾氣治理改造,采用 “冷凝+吸附” 技術(shù)對(duì)尾氣進(jìn)行回收,氣體達(dá)標(biāo)后排放。裝置設(shè)計(jì)規(guī)模為 400Nm³/h。本文對(duì)該該裝置使用及改造進(jìn)行跟蹤,為類似裝置的改造提供經(jīng)驗(yàn)。某企業(yè)有6臺(tái)3000m³內(nèi)浮頂罐,其中4臺(tái)用于收貯苯,2臺(tái)用于收貯鄰二甲苯,最高收料量為200 Nm³/h。2019年起,企業(yè)進(jìn)行了有毒物貯罐尾氣環(huán)保治理工作。取消貯罐側(cè)壁呼吸耳孔,增加氮封裝置及泄放人孔,回收并處理呼吸閥排出口的氣體。經(jīng)持續(xù)對(duì)該企業(yè)6臺(tái)貯罐進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè),改造后,該部分貯罐大小呼吸排出氣體到達(dá)國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。
氮封裝置的作用是防止儲(chǔ)罐揮發(fā)性有毒或可燃?xì)怏w泄放到罐外危害安全,以一定的微壓氮?dú)庠诠迌?nèi)保持一定的壓力,氮封閥是設(shè)在罐頂?shù)?。氮封裝置取壓點(diǎn)的介質(zhì)經(jīng)導(dǎo)壓管引入檢測(cè)機(jī)構(gòu),反饋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使得介質(zhì)直接經(jīng)閥蓋進(jìn)入檢測(cè)機(jī)構(gòu),在罐頂?shù)墓藓粑y能起安全作用,一般泄氮閥的壓力設(shè)定點(diǎn)略大于供氮閥的壓力設(shè)定點(diǎn),以免供、泄氮裝置頻繁工作。
在流量控制方面每個(gè)閥門都配有控制流量百分比的固定板孔,氣體密封系統(tǒng)的每個(gè)閥門尺寸根據(jù)氣體流量表排列,根據(jù)提供的穩(wěn)定氣體壓力計(jì)算適應(yīng)特定需要?dú)怏w密封的流量。氮封閥中的氮?dú)饪梢云鸬街脫Q裝置介質(zhì)、平衡系統(tǒng)的壓力等功能,用于保持容器頂部保護(hù)氣的壓力恒定,一般的氮?dú)鈮毫κ浅?,主要作?
一是在于減少揮發(fā),如苯罐,二是防止介質(zhì)與空氣的反應(yīng),如堿罐,防止儲(chǔ)罐內(nèi)物料與氧接觸會(huì)氧化或發(fā)生化學(xué)反應(yīng);還有可以稀釋呼出氣體的濃度。進(jìn)罐壓力一般減壓至1bar。適用于各類大型儲(chǔ)罐的氣封保護(hù)系統(tǒng),運(yùn)行可靠,并廣泛適用于石油、化工等行業(yè)。
一、苯貯罐氮封裝置三件套優(yōu)化改造方案冷凝吸附裝置情況
該貯罐的尾氣處理裝置采用冷凝吸附技術(shù),前端采用了三級(jí)串聯(lián)深冷技術(shù)后端采用活性炭吸附技術(shù)。三級(jí)深冷溫度可達(dá)-55℃,C4及以上組份的有機(jī)物及水份均能液化。因苯在15.7℃凝結(jié)及水在0℃凝結(jié)的物理性質(zhì),該尾氣裝置的冷凝處理單元采用雙通道設(shè)計(jì)。流道A運(yùn)行時(shí),伴隨運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)增長(zhǎng),氣體物質(zhì)逐步凝結(jié),流通阻力增加,流通阻力與運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)成正比,最終出現(xiàn)流道堵死情況。為此增設(shè)流道切換系統(tǒng)。在A流道運(yùn)行一定時(shí)長(zhǎng)后,系統(tǒng)流道切換至B運(yùn)行,同步流道A利用機(jī)組散發(fā)的熱進(jìn)行熱熔處理,去除掉凝固的苯及水份,確保了裝置長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行。
后端活性炭吸附部分采用煤基活性炭。煤基活性碳具有孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)和大比表面積特性,吸附能力強(qiáng),化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好,能經(jīng)受水浸、高溫和高壓的作用,失效后可以再生,且不溶于水和有機(jī)溶劑的等優(yōu)點(diǎn)。吸附時(shí)采用常壓吸附,真空脫附方式。單元內(nèi)并聯(lián)設(shè)置兩塔,切換進(jìn)行吸附/脫附操作。
苯貯罐氮封裝置三件套優(yōu)化改造方案主要參數(shù)及主要性能指標(biāo)見(jiàn)表一 表一
| 20 | 25 | 40 | 50 | 80 | 100 | 150 | ||||||
閥座直徑(mm) | 6 | 15 | 20 | 25 | 32 | 40 | 50 | 65 | 80 | 100 | 125 | 150 | |
額定流量系數(shù)Kv | 0.32 | 5 | 8 | 11 | 20 | 30 | 48 | 75 | 120 | 190 | 300 | 480 | |
壓力調(diào)節(jié)范圍KPa | 0.1~0.5、0.4~5.0、4.0~12.0、 | ||||||||||||
公稱壓力PN(MPa) | 1.6 | ||||||||||||
被調(diào)介質(zhì)溫度(℃) | -5~+100 | ||||||||||||
流量特性 | 快開(kāi) | ||||||||||||
調(diào)節(jié)精度(%) | ≤±5 | ||||||||||||
執(zhí)行機(jī)構(gòu)有效面積(cm2) | 100 | 200 | 280 | 400 | |||||||||
信號(hào)接口 | 內(nèi)螺紋M10×1 | M16X1 |
■苯貯罐氮封裝置三件套優(yōu)化改造方案壓力調(diào)節(jié)范圍見(jiàn)表二 表二
| 指揮器膜室 | 執(zhí)行機(jī)構(gòu)膜室 | 使用閥門口徑(mm) |
0.1~0.5 | 1200 | 100 | 20~32 |
0.4~5.0 | 600 | ||
4.0~12.0 | 400 | ||
0.1~0.5 | 1200 | 200 | 40~50 |
0.4~5.0 | 600 | ||
4.0~12.0 | 400 | ||
0.1~0.5 | 1200 | 400 | 65~100 |
0.4~5.0 | 600 | ||
4.0~12.0 | 400 | ||
0.1~0.5 | 1200 | 600 | 125~150 |
0.4~5.0 | 600 | ||
4.0~12.0 | 400 |
■苯貯罐氮封裝置三件套優(yōu)化改造方案主要零件材料見(jiàn)表三 表三
| 材 料 |
氣動(dòng)薄膜式執(zhí)行機(jī)構(gòu),指揮器 | 組合件 |
閥體,閥蓋 | ZG230-450,ZG0Cr18Ni9Ti,ZG0Cr18Ni12Mo2Ti |
推桿,閥桿 | 2Cr13,1Cr18Ni9 |
閥座 | 1Cr18Ni9Ti |
閥芯(軟密封)/填料 | 聚四氟乙烯 |
波紋膜片 | 丁腈橡膠夾增強(qiáng)滌綸織物 |
彈簧 | 1Cr18Ni9Ti、60Si2Mn |
■苯貯罐氮封裝置三件套優(yōu)化改造方案外形尺寸見(jiàn)表四、圖二 表四 單位:mm
| L | B | H1 | H | ||
A=1200 cm2 | A=600 cm2 | A=400 cm2 | ||||
壓力調(diào)節(jié)范圍(KPa) | ||||||
0.1~0.5 | 0.4~5.0 | 0.5~7 | ||||
20 | 150 | 383 | 53 | 605 | 554 | 554 |
25 | 160 | 58 | 605 | 554 | 554 | |
32 | 180 | 512 | 70 | 615 | 564 | 564 |
40 | 200 | 75 | 640 | 589 | 589 | |
50 | 230 | 603 | 83 | 655 | 604 | 604 |
65 | 290 | 862 | 93 | 722 | 671 | 671 |
80 | 310 | 100 | 738 | 687 | 687 | |
100 | 350 | 1023 | 110 | 755 | 704 | 704 |
125 | 400 | 1380 | 125 | 918 | 867 | 867 |
150 | 480 | 143 | 1.25 | 974 | 974 |
注:1)標(biāo)準(zhǔn)法蘭連接形式PN16為凸面,連接尺寸鑄鐵法蘭按GB4216.5-84,鑄鋼法蘭按GB9113-2000、JB/T-94,閥體法蘭及法蘭端面距也可按用戶標(biāo)準(zhǔn)制造,如:ANSI,JIS,DIN等標(biāo)準(zhǔn)。
2)接管根據(jù)用戶需要配置
■苯貯罐氮封裝置三件套優(yōu)化改造方案產(chǎn)品重量見(jiàn)表五 表五 單位:Kg
| 20 | 25 | 32 | 40 | 50 | 65 | 80 | 100 | 125 | 150 |
A=400cm2 | 18 | 18 | 25 | 27 | 40 | 55 | 80 | 108 | 130 | 150 |
A=600 cm2 | 20 | 20 | 27 | 30 | 45 | 60 | 86 | 115 | 140 | 160 |
A=1200 cm2 | 22 | 22 | 30 | 34 | 50 | 66 | 92 | 120 | 150 | 170 |
二、裝置尾氣排放指標(biāo)情況
冷凝吸附尾氣處理裝置投用前,各貯罐罐頂氣監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)氣體濃度均超過(guò)行業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn),見(jiàn)下表。
表1儲(chǔ)罐 G-303/304/305 罐頂氣物料含量測(cè)定數(shù)據(jù)
貯罐號(hào) | 介質(zhì) | 罐頂濃度mg/m3 | 貯罐形式 | 容積m3 | 有無(wú)氮封 |
G303 | 苯 | 494 | 拱頂罐 | 3000 | 有氮封 |
G304 | 苯 | 50 | 拱頂罐 | 3000 | 有氮封 |
G305 | 鄰二甲苯 | 350 | 拱頂罐 | 3000 | 無(wú)氮封 |
表 2 涉苯儲(chǔ)罐現(xiàn)場(chǎng)總烴測(cè)定數(shù)據(jù)
貯罐號(hào) | 介質(zhì) | 罐頂濃度mg/m3 | 貯罐形式 | 容積m3 | 有無(wú)氮封 |
G301 | 苯 | 4881 | 拱頂罐 | 1000 | 有氮封 |
G306 | 鄰二甲苯 | 873 | 拱頂罐 | 1900 | 無(wú)氮封 |
冷凝吸附尾氣處理裝置投用后,排放的尾氣監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)下表。
表2冷凝吸附裝置尾氣排口檢測(cè)情況
監(jiān)測(cè)日期 | 采樣點(diǎn)名稱 | 非甲烷總烴實(shí)測(cè)濃度:mg/m3 | 苯(mg/m3) | 鄰二甲苯(mg/m3) |
2023.1.10 | LX300尾氣處置裝置排放筒出口 | 0.95 | 0 | 0 |
2023.2.13 | LX300尾氣處置裝置排放筒出口 | 0.27 | 0 | 0 |
2023.3.8 | LX300尾氣處置裝置排放筒出口 | 5.50 | 0 | 0 |
2023.4.17 | LX300尾氣處置裝置排放筒出口 | 1.58 | 0 | 0 |
2023.5.8 | LX300尾氣處置裝置排放筒出口 | 0.66 | 0 | 0 |
2023.6.6 | LX300尾氣處置裝置排放筒出口 | 2.02 | 0 | 0 |
2023.7.3 | LX300尾氣處置裝置排放筒出口 | 2.46 | 0 | 0 |
以上監(jiān)測(cè)結(jié)果由專業(yè)監(jiān)測(cè)站提供,歷次監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均符合中國(guó)石化內(nèi)控指標(biāo)和江蘇省地方的規(guī)定,即尾氣排放標(biāo)準(zhǔn):非甲烷總烴 ≤50mg/ m³(去除效率≥97%)、苯含量≤2mg/ m³、甲苯≤8mg/ m³、二甲苯≤10mg/ m³。
三、苯貯罐氮封裝置三件套優(yōu)化改造方案冷凝吸附裝置在運(yùn)行中曾出現(xiàn)的問(wèn)題
1.三級(jí)蒸發(fā)器通道堵塞故障。
該冷凝吸附裝置初始運(yùn)行時(shí),出現(xiàn)了兩次通道堵塞現(xiàn)象。一次發(fā)生在三級(jí)蒸發(fā)器A通道,一次發(fā)生在一級(jí)蒸發(fā)器B通道。兩次故障均發(fā)生在清晨7:00-9:00時(shí)間段。由于該企業(yè)地處北緯31°14-32°27,初春季節(jié)7:00附近開(kāi)始日出,太陽(yáng)光開(kāi)始直射在貯罐表面,貯罐小呼吸量迅速升高,此時(shí)正值貯罐收料高峰期,大小呼吸同時(shí)作用,貯罐呼吸閥排出量迅猛增加。故障記錄顯示此時(shí)氣量達(dá)586Nm3/h,超過(guò)設(shè)計(jì)量400Nm3/h,變頻的羅茨風(fēng)機(jī)頻率達(dá)到50Hz,風(fēng)機(jī)出口達(dá)到23kPa。由此判斷在高流量高壓作用下,蒸發(fā)器在儲(chǔ)液罐內(nèi)的管線液封失效,氣體從一級(jí)蒸發(fā)器凝液排口管線串入儲(chǔ)液罐,翻滾的液位及壓力作用下,凝液在又通過(guò)三級(jí)蒸發(fā)器凝液排口管線倒回三級(jí)蒸發(fā)器中,遇三級(jí)的低溫,凝液在管道內(nèi)凝結(jié),造成通道冰堵。
同時(shí),大量的氣體涌入冷凝機(jī)組,凝固在通道內(nèi)的物料增多,冰層加厚,需要大量的熱源,機(jī)組在投用初期,追求低溫深冷效果,熔霜閥開(kāi)度為50%,不足以將大量的物料及水的冰層融化,長(zhǎng)久的積累也導(dǎo)致了通道堵塞,
苯貯罐氮封裝置三件套優(yōu)化改造方案解決措施:
(1)調(diào)整羅茨風(fēng)機(jī)相關(guān)比例積分參數(shù),讓風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)平緩,進(jìn)冷凝機(jī)組最大尾氣量控制在約370~400Nm³/h,既保證了氣量能處理,也保證了貯罐壓力平穩(wěn),不再是機(jī)組忽停忽啟動(dòng)。
(2)將三級(jí)制冷融霜線手閥開(kāi)大,由50%調(diào)整至60%,提高融霜效果,確保一個(gè)熔霜周期內(nèi)霜層融化。
(3)調(diào)整三級(jí)蒸發(fā)器A、B通道融霜參數(shù),將原三級(jí)蒸發(fā)器通道溫度由-30℃至-75℃調(diào)整至-15℃至-55℃,既保證了冷凝效果,也補(bǔ)償了回溫熔霜的熱量。
2.苯貯罐氮封裝置三件套優(yōu)化改造方案凝油管回油故障
機(jī)組連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行了一個(gè)月后,再次出現(xiàn)聯(lián)鎖停機(jī)。檢查發(fā)現(xiàn)機(jī)組的貯油罐液位294mm,儲(chǔ)油罐三級(jí)下油管埋入油位中,在機(jī)組尾氣壓力作用下,貯油罐的油返灌到三級(jí)蒸發(fā)器中,引起機(jī)組停機(jī)。
解決方法:
(1)將原三級(jí)蒸發(fā)器下油口管線由250mm,縮短為150mm。
(2)將儲(chǔ)油罐液位控制由<300mm調(diào)整為<200mm。
3. 苯貯罐氮封裝置三件套優(yōu)化改造方案修正了緩沖罐壓力設(shè)定值確故障
冷凝吸附裝置緩沖罐入口管線與儲(chǔ)油罐氣相設(shè)有氣相平衡流程。裝置投用時(shí)緩沖罐壓力設(shè)定為微正壓,在貯氣罐高壓時(shí),高壓傳遞到儲(chǔ)油罐,凝油在回油管內(nèi)回流,遇到低溫的三級(jí)蒸發(fā)器,加劇冰堵情況。
苯貯罐氮封裝置三件套優(yōu)化改造方案儲(chǔ)油罐氣相平衡管連通緩沖罐入口管線
(1)調(diào)整緩沖罐壓力設(shè)定,由微正壓(0.15kPa)調(diào)整為微負(fù)壓(-0.5kPa),儲(chǔ)油罐和緩沖罐平衡閥開(kāi)度增大,儲(chǔ)油罐壓力為微負(fù)壓。
(2)增加儲(chǔ)油罐平衡閥壓力聯(lián)鎖,如緩沖罐壓力高于0.5kPa,則平衡閥關(guān)閉,避免因尾氣線壓力高沖擊儲(chǔ)油罐。
結(jié)論
該套裝置投用后,尾氣排放數(shù)據(jù)達(dá)標(biāo)。2022年機(jī)組完成相關(guān)改造。2023年1-7月,機(jī)組安排計(jì)劃?rùn)z修2次,未出現(xiàn)異常停機(jī)故障。
■苯貯罐氮封裝置三件套優(yōu)化改造方案安裝、維護(hù)與調(diào)試
1、安裝:
(1)檢查整機(jī)零件是否缺損與松動(dòng),對(duì)使用有害人體健康的介質(zhì),必須進(jìn)行強(qiáng)度、密封、泄漏與精度測(cè)試。
(2)在安裝前,對(duì)管道進(jìn)行清洗(否則由于焊渣等管道垃圾,損壞閥芯密封面,導(dǎo)致閥門不能正常工作),閥門入口處要有足夠的直管段,并配有過(guò)濾器。閥體與管道的法蘭連接,要注意同軸度。
(3)安裝場(chǎng)地應(yīng)考慮到人員與設(shè)備的安全,即便于操作,又有利于拆裝與維修。
(4)閥門應(yīng)正立垂直安裝在水平管道上,導(dǎo)壓管必須安裝在距離閥出口至少六倍于公稱通徑的閥后管道上。閥自重較大與有振動(dòng)的場(chǎng)合,要用支撐架,盡量避免水平安裝。
(5)介質(zhì)流動(dòng)方向應(yīng)與閥體上的箭頭指向一致。因微壓閥屬于精密儀表,其中指揮器膜片直接承受介質(zhì)壓力,若閥門反裝或管道有反沖壓力,則指揮器膜片由于受壓過(guò)高導(dǎo)致膜片損壞,閥門不能工作。閥門應(yīng)在環(huán)境溫度-25~+55℃場(chǎng)所使用。
(6)為使自控系統(tǒng)失靈或檢修閥門時(shí),仍能連續(xù)生產(chǎn),應(yīng)設(shè)置旁路閥。
2、苯貯罐氮封裝置三件套優(yōu)化改造方案維護(hù):
(1)清洗閥門:對(duì)清洗一般介質(zhì),只要用水洗凈就可以。但對(duì)清洗有害健康的介質(zhì),首先要了解其性質(zhì),在選用相應(yīng)的清洗辦法。
(2)閥門的拆卸:將外露表面生銹的零件先除銹,但在除銹前,要保護(hù)好閥座、閥芯、閥桿與推桿等精密零件的加工表面。拆裝閥座時(shí)應(yīng)使用專用工具。
(3)閥芯、閥座:二密封面有較小的銹斑與磨損,可用機(jī)械加工的方法進(jìn)行修理,如損壞嚴(yán)重必須換新。但不管修理或更換后的硬密封面,都必須進(jìn)行研磨。
(4)閥桿:表面損壞,必須換新。
(5)壓縮彈簧:如有裂紋等影響強(qiáng)度的缺陷,必須換新。
(6)易損零件:填料、密封墊片與O型圈,每次檢修時(shí),全部換新。膜片必須檢查是否有預(yù)示將來(lái)可能發(fā)生裂紋、老化與腐蝕等痕跡,根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果,決定是否更換,但膜片使用期一般最多2~3年。
(7)閥門組裝要注意對(duì)中,螺栓要在對(duì)角線上擰緊,滑動(dòng)部分要加潤(rùn)滑油。組裝后應(yīng)按產(chǎn)品出廠測(cè)試項(xiàng)目與方法調(diào)試,并在這期間,可更準(zhǔn)確地調(diào)整填料壓緊力與閥芯關(guān)閉位置。
3、苯貯罐氮封裝置三件套優(yōu)化改造方案調(diào)試
所需要壓力值是通過(guò)對(duì)指揮器頂部的調(diào)節(jié)螺母的操作而得到調(diào)整,打開(kāi)頂部的防塵蓋,用扳手調(diào)整調(diào)節(jié)螺母。順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)使壓力增大,逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)則壓力減小。安裝在壓力調(diào)節(jié)閥后的壓力表,可使工作人員借以觀察調(diào)整后的壓力給定值