乙炔管道输送的本质安全设计.pdf

CHEMICAL ENGINEERING DESIGN
化工设计2014,24(4
安全
乙炔管道输送的本质安全设计
环保
、の、ク、ク、参
任怀文“上海华谊工程有限公司上海200235
摘要乙炔作为原料气的长距离输送具有很大的危险性,输送系统的本质安全设计,确保乙炔气体在发
生爆燃甚至爆炸时,限制对周围环境的破坏格外重要。本文参照了国内外相关规范,闻述了DN900、输送距离
3.5公里的乙炔输送管道的安全设计,对类似设计有较好的参考作用。
关键词乙炔输送管道本质安全
乙炔是易燃易爆的甲类危险气体,爆炸范围
极大,为2.19%~82%(V),与空气混合易形成1乙炔的爆炸性能
爆炸性混合物,遇明火、高热能引起燃烧爆炸。
乙炔采用管道输送的危险性必须考虑两个重
能与铜、银、汞等金属及其合金生成爆炸性的炔要的因素,爆燃( deflagration)和爆轰( detona
化物。因此储存和输送乙炔需要格外小心,乙炔tion)o
的储存通常溶解在溶剂并储藏在钢瓶中。目前乙
爆燃是指火焰在非燃烧乙炔气体中以低于音
炔的流速通常参考“乙炔站设计规范”,取小于速传播的状态。由于传播速率不断变化、増大,
8m/s,但该规范仅适用于乙炔站内的少量乙炔气有时会导致爆炸。初始压力在1~5ber时,固定体
输送,对于乙炔作为原料气采用大直径管道的长量的乙炔在爆燃形成的压力通常是初始压力的
距离输送缺少指导意义。
11.5~11.9倍。一般情况下输送乙炔应选用较小
乙炔原料气的长距离输送设计案例不多,德的管径和较低的输送压力,较为安全。
国从 Burghausen的 Marathon炼油厂到 Gendorf的赫
爆轰是指火焰在非燃烧气体中以超过音速传
播的状态,通常传播速率达到几倍音速甚至每秒
斯特工厂的8km长的乙炔管线,管子直径300m。数千英尺。与爆燃不同的是,爆燃发生时非燃烧
操作压力分别为:进口2bar,出口1.5bar,但是管
道的设计压力为100bar;重庆MDI项日中乙炔原
气体和燃烧气体的压力是同时升高的;而爆轰发
生时,燃烧气体和非燃烧气体之间产生急剧的压
料气的输送限制管径DN450,低压输送,采用
力变化。
BASF公司的实践经验( Reasonable Practices)。上
有时很难区分输送管道内发生了爆燃还是爆
海华谊工程公司也设计过DM60的乙炔气输送管轰,这与管道的直径、操作压力、输送管道的长
道,输送距离小于1km,操作条件类似,目前安全度等都有关系,有时爆燃会发展成爆轰,有时爆
运行。尽管如此,乙娂气的大量输送并未形成统燃和爆轰同时存在。
一的标准。本文在参考国内外相关规范的基础上
对青海某项目的乙炔输送管道的本质安全设计港2乙炔输送的工作范围划分
行阐述和说明。
本输送管道的设计需考虑满足项目二期的输
该项目乙炔发生装置和VCM装置分别位于东送要求。根据ICC规范,乙炔气体的输送压力越
西两区,清洁后的乙炔原料气需要从东区输送到低、管径越小,管道输送的安全性越高;乙炔中
西区,管线穿越山地,地形复杂,且山体易滑坡,压输送的压力范围定位为0.2~1.5bar(G)。根据
输送距离约3.5km,在线路设计上要避开居民区。《乙炔站设计规范》,乙炔气体的管道流速控制<
如此长距离的输送在国内尚属首次,系统的安全8m/s。输送压力取决于接收端(VCM装置)的压
设计尤其重要
力和管线的压降,接收端的最低压力要求0.68bar
*任怀文:工程师。1996年毕业于天津大学化学工程专业获硕土学位。联系电话:(021)6470588-8461
E-mail:renew@hye.como
泉兔vw. xliotntil. c
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任怀文乙炔管道输送的本质安全设计
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(G),通过建立模型和迭代,东区乙炔的供应压力
安全位置广界外
应为1.24bar(C),管径为DN900。管径放大虽然
能降低流速,同时也增大了爆炸的威力和危险性。
针对乙炔分解产生的危险性,ICC规范可将工
位置
作范围划分为三部分,见图1。
注1:东区表液设置「两民笑
图2乙炔管道输送流程
高压くaすはなーす
本项目中乙炔的最大操作压力<1.5bar(G),
二
属于中压乙炔输送,通过提高乙炔管线和设备的
设计压力,防止乙炔发生爆燃、爆轰所造成的
中压(2.5b4)
危害。
4.2填料塔型湿式阻火器系统
管道直径(mm)
图1 Sargent定义的工作范围
在长输管线两端设置湿式阻火器可阻止乙炔在
管线内爆炸产生的能量向装置传递。在管线入口
工作范围I:乙炔分解危害较轻。
(增压机出口)和出口(进VCM装置处),采用填
工作范围正:在点火状态下,可能发生乙炔料型湿式阻火器。喷淋水循环的设计应避免空气经
分解形成爆燃。
泵轴封进入系统;补充水系统要避免空气的带入;
工作范围Ⅲ:在点火状态下,乙炔分解形成入口端湿式阻火器多余的排放水排至气柜密封水;
爆燃,如果管线足够长可能演变成爆轰。
出口端的排放水与VCM凝水一起排放处理。
本项目乙炔管线属于“工作范围Ⅲ”。
整个系统釆用电伴热,温度不超过45℃。
3设计中的标准规范
CCA规范建议填料塔阻火器的设计压力采用
75psig,本系统的设计中采用17.71bar(G),做到
系统设计主要参考了如下规范:
与乙炔装置一致。由于乙炔装置是按照爆燃确定
Code of Practice for Acetylene〉 IGC Doc123设备的设计压力,取值偏低,建议新的设计按照
04/E(简称ICC规范)
管线设计压力统一考虑。
《输气管道工程设计规范》GB50251
按照CCA规范,阻火器的顶部安装爆破片尺寸
《乙炔站设计规范》CB50031-91
不应小于人口管径,一期的入口管径为DN70O,因
《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规定》GB此爆破片管径取DNV70。爆破片的设定压力取
50058-92
2.0bar(G)(CGA建议最大爆破压力为30psig)
《石油化工企业可燃气体和有毒气体检测报警在设计中应使爆破片的泄放方向远离装置,以免爆
设计规范》CB50493-2009
炸和碎片对装置造成影响。典型的湿式阻火器见
CCA-1.2-2006《 ACETYLENE METERING图3。
AND PIPING》 Third Edition(简称CCA规范)
姆破片
4工艺系统设计
除沫段
乙炔出?
拉环
水入「
喷嘴
4.1工艺流程
填料段
拉西环
乙炔输送管道采用埋地方案,埋深在冻土层
以下,东区、西区进出装置处分别设湿式阻火器,
乙炔入口
处低点分别设置凝液罐收集凝液。凝液返回工
工艺水出口
艺装置或采用措施处理,不能直接排人下水道。
具体流程见图2
图3典型的湿式阻火器结构