高压加氢装置的设计

第 29卷第 3期 2003年 9月 化 工 设 计 通 讯 Chemical Engineering Design Communications V01．29 No．3 Sept．2003 刘建 平 ：工程师，管道设备 室主任 ，主要从事 化工工艺 的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 和技术管理 工作 。联 系电话：0519-6683765-300 刘建平 (常州化工设计院有限公司，江苏 常州 213003) 摘 要：全面评估了高压加氢装置可能出现的安全问题，在设计中 作了相应的对策 ． 关键词：安全；加氢；高压；防爆 中圈分类号 ：TE966 文献标识码 ：A 文章编号 ：1 003—6490(2003)03—0036—03 0 引 言 安全是企业的生命， 安全生产 安全生产管理档案一煤矿调度员先进事迹安全生产副经理安全生产责任最近电力安全生产事故安全生产费用投入台账 是重中之 重的任务。设计是安全生产的关键，完善的设 计，满足了安全生产的第一步。 随着我国加入WTO，许多精细化工产品 进入了国际市场，需加氢生产工艺的化工产品 愈来愈多。 在最近的江苏亚邦集团公司加氢装 置设计中，共设计了5台间歇式加氢反应釜， 最高工作压力为 17MPa，设计压力达 21MPa， 压力之高，创同类设计之先河 ，该装置的安全 设计值得借鉴。 设计条件：公司考虑生产的安全性，将加 氢反应釜集中设计，加氢装置共设计了5台加 氢反应釜，其中容量为 l 000L，设计压力为 5MPa的加氢反应釜3台；容量为500L，操作 压力为 l7MPa，设计压力为2lMPa的加氢反 应釜 2台。加热和冷却采用热媒 (导热油)和 收稿 日期：2003-04-25 冷媒 (导热油)系统。催化剂为雷尼镍，反应溶 剂为甲醇。 为满足工艺要求，配备的配套设施有真空泵、 氢气瓶库及汇流排、料桶、热媒及冷媒循环系统、 氮气系统。 1 高压加氢主要工艺过程 启动真空泵，将反应釜抽真空，当真空度低 干 5．33kPa，打开抽料阀，利用真空将物料及催化 剂 (放在甲醇中)吸入反应釜中，分级打开氢气进 气阀，通入氢气，反应釜内压力接近 12．OMPa，关 闭进气阀。打开热媒阀加热升温，反应釜内压力 慢慢上升至 l 7MPa，保温，随着反应进行压力不 断下降，当釜内压力接近 l 3．OMPa时，切换冷热 媒，冷却物料至40℃左右，重复上述过程，通入 氢气，加热升压，待加热压力升高后基本稳定不 变，则反应结束，冷却物料，气体放空、利用余 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 3期 刘 建 平 ：高 压 加 氢 装 置 的 设 计 37 压出料。 由于反应压力很高：反应介质均为易燃易爆 物品，一旦出事故 ，后果不堪设想。因此周全的 装置安全设计极为重要。 2 可能出现的事故原因 a．反应的爆聚而引起的爆炸。 b ．压力表 、温度计失灵或热媒阀失控而引起 的超温超压。 c．反应釜中，催化剂暴露与氧气中引起的燃 烧爆炸。 d．电气设计施工不 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 而引起的事故。 e．氢气气体流动产生的静电而引起的事故。 f．安全阀失灵或排放反冲力而引起的事故。 3 安全设计对策 a．了解反应的机理，研究反应的动力学及热 力学。但 目前的精细化工的研究仅局限于产品的 研制，又涉及技术的保密性，很难得到满足。由 于每台反应釜用途不 同，物料可能由共用的氢气 管相互窜料引起爆聚，因此设计时进每台反应釜 空气管均设有止回阀，以防止窜料。 b．反应釜设有2套压力表、温度计，其中 1 套设在现场，另 1套设在安全操作区，定期调校。 热媒采用双阀控制，防止升温过快或阀门失灵而 引起 的超温超压 。 c 。 ． 为避免催化剂与氧气接触而引起的事故， 采用抽真空或氮气置换，确保釜内氧气含量≤3％。 由于真空加料需要，投料前将反应釜抽真空，经理 论计算，当反应釜真空度低于5．33kPa时，能确保 反应釜含氧浓度低于 3％。 d．加氢装置电气按一区设计，防爆等级不低 于d II CT1。设备及管道均有可靠的静电接地，接 地 电阻小于 30Q。 e．待反应结束气体放空或安全阀起跳，气相 中有高浓度的氢气，气体高速排放遇管道中毛刺 会产生静电积聚燃烧而爆炸⋯。设计中氢气管采用 了不锈钢管，杜绝了由于雨水而引起的管道内壁 生锈；管件采用了 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 三通和弯头，并采用氩弧 焊，确保管道内部的光滑；所有放空管均装有阻 火器，防止雷击回火；放空管道接有氮气或蒸气 系统，先打开安全系统后放空，确保了安全放散。 安全阀采用 1用 1备，并定期检测。安全阀放 散，会产生较大的反冲力。反冲力的计算如下 ： ×√ F——安全阀出13管中心线反力，kg — — 气体或蒸气的排放量，kg／h k——气体的绝热指数 T——入 13的绝对温度 ，K 由于反应釜安全阀排放量均大于气体泄放量， 按安全阀的排放量来计算气体临界条件 ‘ 音≤( ) 7．6×10 ckPdA√ k安全阀排放系数，采用全启式安全阀，k--0．6～ 0．7取0．6。 pd—— 全阀 嗷 压力，pd 1．1 加．1；pC18．8MPa ps——安全阀整定压力，MPa；／9--17．85MPa A 一一 安全 阀最小排气截面积 ，DN 50安全 阀 A=804mm2 C——绝热指数，k=1．4时，C=356 T——排放温度，经计算 T=459K 经计算 旨≤(南) W=37 7931~g／h F=I 600kg 由于反冲力较大，安全阀需做特殊的支撑。 除 了对可能 出现的事故作安全 设计对 策外 ， 在设备布置及管道布置中，立足人身安全，作了 相应的防护设计。 5台反应釜集中布置，1台出事故，会产生连 锁反应。布置中反应釜之间采用防爆墙隔开，确保 反应釜的独立性和安全性。反应釜布置在地坑中， 维普资讯 http://www.cqvip.com 38 化 工 设 计 通 讯 第29卷 一 ／ 一 一 ／ 一 T 一 ●作 一 ． " I． 董 _l_ 一 ． 煦 一 - - - -_J ’ H¨ ／ ’ ．J 堕 — ＼ ／ ＼＼ ·痼 一 ． 。[ [ 一 I ＼前■■ Nil／ ＼前●墙 图 2 设备布置图 用沙填实，大大缓冲了爆炸力，同时由于操作人员 在地面巡视，便利了人员逃离。反应釜四周设高度 为2．5m的防爆墙，上部为半敞开，顶为轻质屋顶， 操作室为防爆反挑梁平顶，一方面能防止危险气体 积聚，另一方面防止爆炸物回落。 管道布置中，操作室设置了1套压力、温度指 示，冷热媒阀、放空阀设在操作室，确保操作时的 人生安全。 设备布置见附图 2 4 结 论 策； a．设计满足了生产工艺要求 ； b ．评估了可能出现的问题 ，并作了相应的对 C．以人为本，确保人生安全。 【参 考 文 献】 【1】GB501 77—1993 氢氧站设计规范【S】． 【2】蔡尔辅 ．石油化工管线设计【M 】，北 京：化学工业出版 社，1995． 【3】压力容 器安全技术监 察规程 ， 化工装备技术 征订启事 《化工装备技术》(双月刊)，1 980年创刊，系报道有关化工装备技术的科技刊物 。 上海市化工装备研究所主办。 主要报道领域：化工机器，化学工程及设备、化工材料及防腐蚀 、 泵阎管道等通用设备，计算机应用等领域的学 术论文、应用研究、发展动态，国内外新技术、综述等。 具体报道范围：传热，蒸发、干燥、造粒、粉碎、过滤与分离 ， 混合，精馏、吸附、压力容器，化工机泵，化工 材料及防腐蚀、化工仪器及自动化，化工计算机应用等。 ‘ 读者对象：化工、石化、制药、轻工、食品，冶金和机械等行业包括高等院校 ， 科研设计院所和工厂等单位的教 学，科研，工程技术人员和管理人员。 《化工装备技术》2004年订价，每期7元，全年42元，各地邮局均可订阅 (邮发代号 ： 4—5o7)。若误了邮局订期， 可直接向本编辑部订阅 国内刊号：CN31-587／T 《化工装备技术》编辑部 电 话：021—3272505 国际刊号{ISSN1 007--251 地 址；上海新闸路 1 26号 传 真：021—3276564 邮发代号{4—507 邮 编 {200003 E-mail：hgzbjs@sina，COrn．cn 维普资讯 http://www.cqvip.com