低温乙烯罐压缩机处理能力计算

作者：顾景峰 权静

来源：《科技资讯》 2013年第31期

顾景峰1 权静2

(1.扬子石化巴斯夫有限责任公司 江苏南京 210048；2.南京化工职业技术学院 江苏南京320100)

摘 要：在乙烯低温贮运中泵电机运转以及大气压变化等均会导致液态低温乙烯的蒸发，产生乙烯蒸发气(BOG)。为了维持低温乙烯储罐压力的稳定，必须处理掉过量的BOG。本文以某低温乙烯贮运项目为例，探讨BOG压缩机处理能力的计算方法。

关键词：乙烯 低温 BOG 压缩机 计算

中图分类号：TQ051.21 文献标识码：A文章编号：1672-3791(2013)11(a)-0000-00

常用的乙烯贮存方法是低温常压贮存方法，而在低温乙烯贮运中卸船时液相乙烯进入储罐导致罐内气相与液相体积变化，以及环境温度、大气压变化、罐内泵电机运转等会产生大量乙烯的蒸发气(BOG)。为了维持储罐内压力在设计范围内，必须处理掉过量的BOG。BOG压缩机作为BOG处理的核心设备，在乙烯的低温储运中起到重要作用。本文以某低温乙烯项目为例，探讨BOG压缩机处理能力的计算方法以及BOG压缩机的选型。

1 BOG压缩机处理能力计算

BOG压缩机处理能力计算主要考虑：（1) 低温乙烯储罐漏热引起的BOG增加量,设为W1；（2)低温乙烯管道漏热引起的BOG增加量,分设装置内管道漏热引起的BOG增加量为W2-1 ；装置外管道漏热引起的BOG增加量为W2-2；（3)低温乙烯罐内泵运转引起的BOG,设输送泵打循环时BOG量为W3-1；装车泵打循环时的BOG量为W3-2；（4)低温乙烯装槽车引起的BOG增加量,设为W4；（5)低温乙烯卸船引起的BOG增加量,设为W5；（6)低温乙烯外输引起的BOG减少量,设为W6；（7)大气压变化引起的BOG增加量,设为W7。现以某低温乙烯项目为例，计算BOG压缩机的处理能力。

1.1 低温乙烯储罐漏热引起的BOG增加量

某低温乙烯项目低温乙烯液相组分密度为565[1]kg／m3 ，低温乙烯气化潜热为

482.8[1]kJ／kg。此低温乙烯项目二期一台30,000m3 低温乙烯储罐的储罐漏热导致的BOG量计算如下所示：

W1=低温乙烯储罐最高液位容积×液相乙烯密度×蒸发率

式（1.1）

=30000×565×0.08％× =565（kg／h）

1.2 低温乙烯管道漏热引起的BOG增加量

由于外界气温高于管道内低温乙烯，因此低温乙烯管道的较大尺寸管线内产生的BOG不应忽略。某低温乙烯项目建设地气象条件：环境温度38.8℃，露点35.82℃。最大允许冷损失量，应按下式计算[2]:

当ta- td≤4.5时 ，[Q]=( ta- td) α

式（1.2A）

当ta- td> 4.5时 ，(Q]=4.5α

式（1.2B）

式中ta—环境温度(℃)；td —露点温度(℃ ) ；

[Q]—以每平方米隔热层外表面表示的最大允许冷损失量(W/m2)；

α—隔热层外表面向大气的放热系数(W.m-2.℃一1)，可取8.141。

某低温乙烯项目装置内的低温管道φ114×6.0的管道长度约100m，在保冷层采用内层60mm厚泡沫玻璃和外层100mm厚聚氨酯情况下，产生BOG量计算如下所示：

W2-1=管道保冷层外表面积×最大允许冷损失量/乙烯气化潜热 式（1.2C）

=（3.14×0.434×100）×[(38.8-35.82) ×8.141] ×

×3600=24.65(kg／h)；

装置外卸船管线φ219×8.0的管道长度约800m，在保冷层采用内层70mm厚泡沫玻璃和外层120mm厚聚氨酯情况下，BOG量计算如下所示：

W2-2=管道保冷层外表面积×最大允许冷损失量/乙烯气化潜热

=（3.14×0.599×800）×[(38.8-35.82) ×8.141] ×

×3600=272.19(kg／h)。

1.3 低温乙烯罐内泵运转引起的BOG增加量

某低温乙烯储罐中输送泵与装车泵置于罐内，由于罐内泵的电机浸没在低温乙烯内，因此泵电机轴功率在泵全回流打循环时应视为全部转换为热能。输送泵流量为100m3／h，泵效率为7l％ ，扬程为120m；装车泵流量为50m3／h，泵效率为7l％ ，扬程为120m，则全循环时转化的BOG量计算如下所示：

轴功率：Pa=HQρ/(102η) [3]

式（1.3A）式中H-泵的额定扬程，m；Q-泵的额定流量，m3/s；ρ-介质密度，kg/m3；

η-泵额定工况下的效率；Pa-泵的轴功率，kW。

输送泵轴功率:Pa1=(100×120×565)/(3600×102×0.71)=26.0（kW）；

装车泵轴功率:Pa 2=(50×120×565)/(3600×102×0.71)=13.0（kW）；

输送泵打循环时的BOG量： W3-1=转化的热能/乙烯气化潜热 式（1.3B）

= Pa 1×3600/482.8=193.87（kg／h）；

装车泵打循环时的BOG量：W3-2= Pa 2×3600/482.8=96.93（kg／h）；

1.4 低温乙烯装槽车引起的BOG增加量

低温乙烯槽车在装车时，由于槽车和低温乙烯储罐的压力差，会引起部分BOG从槽车回到低温乙烯储罐，而由于装车，引起储罐液位下降，会减少BOG量。低温乙烯装车速率50m3／h，槽车内压力为0．3MPag，温度-76.2℃，槽车体积按50m3计，槽车的充装系数取值0.8。下面求解乙烯气相的密度，推导计算如下所示：

∵V=m/ρ=n.M/ρ，且在标准状态下V摩尔 = M/ρ标况=22.4（L）

∴ρ标况 =M/22.4(kg/m3)=28/22.4(kg /m3)=1.25(kg /m3)

∵PV=nRT，V= m/ρ

∴P.m/ρ= nRT,

又∵对一定量的理想气体质量m、气体常数R、以及摩尔数n不变

∴ρ∝P/T

∴其他状况的乙烯气相密度可由标准状况的密度按下式求出，

ρ=（P/P标况）.（T标况/T）.ρ标况

式（1.4A）∴低温罐内乙烯气相在20kPag， 一102℃下密度为：

ρ1=[（101325+20000）/101325]×[273.15/（273.15-102）]×1.25

=2.39(kg/m3)

∴准备装车槽车内乙烯气相在0．3MPag，一76.2℃下密度为：

ρ2=[（101325+300000）/101325]×[273.15/（273.15-76.2）]×1.25

=6.87(kg/m3)

∴W4=单位时间由槽车进入罐BOG-装车速率×罐内气相密度 式（1.4B）

=（6.87×50×0.8）/[（50×0.8）/50]-50×2.39=224（kg／h）。

1.5 低温乙烯卸船引起的BOG增加量

低温乙烯运输船靠岸卸船时，由于卸料导致空间的置换会引起低温乙烯罐内BOG发生变化。低温乙烯船卸料速率为350m3／h，在低温乙烯储罐由于空间的置换产生的BOG增加量计算如下所示：

W5=卸料速率×低温乙烯储罐内BOG气体密度

式（1.5）

=350×2.39=836.5（kg／h）

1.6 低温乙烯外输引起的BOG减少量

某低温乙烯外输量为40t／h，因此，

W6= 外输速率/液相乙烯密度×BOG气体密度

式（1.6）

=[(40×103)/565] ×2.39=169.2（kg／h）

1.7 大气压变化引起的BOG增加量

在此不考虑台风的情况，因为一旦由于台风引起大气压剧烈变化而导致罐内BOG大量增加，此时产生的BOG若不能处理，应直接放火炬。在通常情况下，本项目建设所在地的大气压变化为410Pa／h(根据当地气象数据)，在考虑气体的膨胀量不考虑液体瞬时气化的条件下BOG的量为：

W7=大气压变化前后BOG的密度差×低温乙烯储罐容积

式（1.7）

=﹛[（101325+20000）/101325]×[273.15/（273.15-102）]×1.25-[（101325+20000-410）/101325]×[273.15/（273.15-102）]×1.25﹜×30000=242.17（kg／h）

1.8 压缩机处理量的确定

基本操作单元有乙烯卸船、乙烯贮存、乙烯气化输送、乙烯装汽车槽车等，上述操作单元可结合作业 。主要工况的BOG及设计压缩机运行台数见表1。

由表1可知，BOG压缩机最大的处理能力应为工况5。从表1可看出含有卸船的工况的BOG处理量在1698.34kg/h~2455.31 kg/h之间，其余主要工况在886.51 kg/h~1152.65 kg/h之间，圆整后再考虑到一定的富裕量，取BOG压缩机能力为2500 kg／h，选择压缩机数量为2台，每台1250 kg／h。正常操作时运行1台压缩机，处理量大时2台同时运行。

2 结语

BOG压缩机处理能力的计算应综合考虑低温乙烯储罐漏热、管道漏热、罐内泵运转、装槽车、卸船及大气压变化等多个因素。对某个低温乙烯项目，经计算最大处理量2455.31kg／h。圆整且考虑到一定的富裕量后取2500 kg／h，选用2台处理量为1250 kg／h的压缩机。正常操作时运行1台压缩机，处理量大时2台同时运行。

参考文献

[1] 卢焕章等,石油化工基础数据手册,化学工业出版社,1994年1月：202,203.

[2] 谷培韬,曹世雍,李素文.石油化工设备和管道隔热技术规范SH 3010-2000,中国石化出版社,2000年6月,9.

[3] 吴德荣等,化工工艺设计手册,化学工业出版社,2009年8月,908.