浅谈环氧乙烷储罐工艺设计

张彩霞

（河北华飞科技咨询有限责任公司，河北石家庄 050000）

浅谈环氧乙烷储罐工艺设计

张彩霞

（河北华飞科技咨询有限责任公司，河北石家庄 050000）

结合实际项目，主要介绍环氧乙烷储罐的工艺设计和在设计过程中应该注意的主要问题。

环氧乙烷；储罐；工艺设计

1 简介

环氧乙烷的爆炸极限的体积分数是3%～100%，自燃点429℃，沸点10.7℃，沸点10.7℃，并且环氧乙烷是易燃、易爆的有毒性液体，属于危险化工品。特别是温度高于40℃时环氧乙烷就会发生聚合反应。环氧乙烷与化工催化剂如碱、氯化铝、酸、铁的氧化物、氧化铝、金属钾等接触时能产生分解或产生聚合反应，反应过程中会释放出大量热量，热量聚集会导致爆炸的产生。根据《石油化工设计防火规范》（GB50160-2008）标准的规定，环氧乙烷的危险程度为甲A类。同时环氧乙烷是强麻醉剂，能引起急性中毒或慢性中毒，液态环氧乙烷如果接触皮肤会引起皮肤冻伤。

2 储罐压力参数的设计选取

2.1压力参数的设计与选取

环氧乙烷的压力临界值为7.1941MPa，温度临界值为196℃，储存设备设计有外保冷层，按《固定式压力容器安全技术监察规程》表3-4中，温度临界值≥50℃有保冷层但无试验实测的温度可查的，工作压力应按照能达到的最高温度下的饱和蒸汽压力确定，得出环氧乙烷50℃的饱和蒸汽压力为0.3874 MPa；按GB/T13098-2006《工业用环氧乙烷》6.3章节和质技监锅字[2000]95号文件的要求，环氧乙烷储罐设计压力参照条文应按0.8MPa选取。

考虑到空罐在首次使用前必须先抽真空再用氮气进行置换的极限条件，按质技监锅字[2000]95号文件的要求还需校核-0.1MPa时罐体的刚度及稳定性。

2.2设计温度的选取

环氧乙烷温度高于40℃时开始聚合，按照质技监锅字[2000]95号文件的要求，参照环氧乙烷罐车的设计温度为-10℃～20℃，所以将储罐的设计温度确定为20℃，考虑到夏季环境温度有可能达到35℃以上，所以要求设备外部应采取保冷措施。

2.3储罐壳体材料的选取

由于环氧乙烷与化工催化剂如碱、氯化铝、酸、铁的氧化物、氧化铝、金属钾等接触时能产生分解或产生聚合反应，反应过程中会释放出大量热量，热量聚集会导致爆炸的产生，因此储罐的材料选取应排除上述材料，应该选用奥氏体不锈钢S30408（06Cr19Ni10），这种材料应符合《承压设备用不锈钢钢板及钢带》GB24511-2009标准中的规定。

3 工艺控制设计

3.1温度控制

由于环氧乙烷温度高于40℃时开始聚合，为保证储罐安全，贮存温度控制在不高于10℃，为确保环氧乙烷的低温储存，采用罐内设换热管的制冷方式，并且考虑到冷却介质对换热管的腐蚀，换热管材料选用了超低碳S31603（022Cr17Ni12Mo2）奥氏体不锈钢。根据储罐温度控制冷却介质的流量，同时通过外部装卸泵对罐内介质进行循环，保证储罐正常的操作温度。

罐体外保冷材料采用发泡玻璃，厚度根据保冷要求确定，保温外皮采用不锈钢片作为隔热层上的保护层。

3.2储存压力的控制

因为环氧乙烷沸点较低，常温下饱和蒸汽压力较高（在20℃，环氧乙烷饱和蒸汽压为145.91kPa），所以采用低温加氮封储存的方法。目的是减少环氧乙烷蒸汽挥发和排放对周边环境的污染，环氧乙烷储存罐有氮气的加压保护装置，当储罐内环氧乙烷外送，储罐内压力下降时，氮气调节阀自动打开向罐内补充氮气；当向储罐内进料时，应先打开泄放阀再进料，此时少部分含有环氧乙烷的氮气通过泄放管道送至吸收罐进行处理。

图1　工艺流程简图

4 安全设计

4.1安全泄放系统

（1）根据SH/T 3007-2007《石油化工储运系统罐区设计规范》采用安全阀与爆破片串联使用的安全泄放装置，且应在安全阀与爆破片之间安装可供在线校验使用的四通组件接口。为确保储罐在任何时候都能满足泄放要求，可安装两套上述装置。

（2）在环氧乙烷储罐与卸车鹤管、装卸泵之间的管道有可能形成封闭管路的管道上设置了安全阀，防止管道超压造成事故。

（3）在卸车鹤管、装卸泵与储罐相关的管道的终端设置氮气吹扫，防止聚合物堵塞管道。

（4）安全泄放装置排放的气体统一汇集送至吸收装置吸收处理。

4.2联锁控制系统

（1）采用低温储存，降低了环氧乙烷的分压并防止环氧乙烷发生聚合，储罐上设置温度指示、记录和高温报警，确保罐内温度稳定在储存低温范围内。

（2）储罐上设置液位指示、记录和高、低液位报警，当储罐通过卸车鹤管与泵向储罐送料时，储罐液位设置高高液位联锁切断进料阀并停泵；当储罐通过泵向车间送料时，储罐液位设置低低液位联锁切断罐底阀并停泵。

（3）储罐温度与储罐内换热管进口调节阀联锁，保证储罐温度稳定在储存低温范围内。

4.3其他安全措施

（1）储罐的充装系数不大于0.79kg/l，在综合考虑生产要求、供应能力以及满足最大储量与防火安全距离的要求来确定储罐的容积，并且考虑发生事故时，事故罐内的物料能够导入其他储罐内，以便减少事故危险和物料损失，因此在满足生产需要的前提下，设置了物料罐与备用罐两个储罐，且两个储罐采用相同的安全措施。

（2）卸车使用带有气体平衡装置的卸车鹤管，并且鹤管与罐车连接管道采用不锈钢金属波纹软管。

（3）接管法兰选用HG/T20592-2009中的WN带颈对焊法兰，并采用标准中II级锻件标准，法兰密封面选用凹凸面形式，密封垫片采用HG/T20610-2009中0Cr18Ni9和填充材料为聚四氟乙烯的缠绕垫片。

5 操作注意事项

（1）环氧乙烷储罐首次进料前，储罐必须用氮气置换，置换用的氮气纯度应不低于99.9%，分析合格后方可进料。并且储罐配套的卸车鹤管和装卸泵与储罐相关联的管道也要一起进行置换。

（2）环氧乙烷储罐氮封用氮气管道不应与其他压力储罐氮封氮气管道共用一条主管，需共用时必须采取防止其他储罐气体倒入环氧乙烷储罐内的措施。

（3）如环氧乙烷储罐发生泄漏，用足够水进行稀释，并将污水单独排到环氧乙烷事故收集池中。

（4）环氧乙烷储罐装卸完毕后，相关管道内的物料要用氮气吹扫干净，避免管道内的物料长时间停滞发生聚合。

（5）环氧乙烷储罐送车间管道配置冷冻水伴管，防止长距离输送管道温度升高造成管道内环氧乙烷聚合。

6 结论

总之，针对环氧乙烷的易燃、易爆、易发生聚合反应和高度危害的特殊性，环氧乙烷储罐的设计在工艺控制和安全设计上要安全可靠，防止事故发生。

[1] GB/T 13098-2006，工业用环氧乙烷[S].

[2] SH/T 3007-2007，石油化工储运系统罐区设计规范[S].

[3] HG/T 21608-2012，液体装卸臂工程技术要求[S]

Ethylene Oxide Tank Process Design

Zhang Cai-xia

This paper mainly introduces the process design of epoxy ethane storage tank and the main problems in the design process，which is based on the actual project.

ethylene oxide；storage tank；process design

TQ223.26

A

1003-6490（2016）01-0120-02

2015-01-20

张彩霞（1980—），女，河北石家庄人，化工工程师，主要从事工艺设计工作。