工业技术

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C h i n a s e i e n c e a n d T e c h n o l o g y R e v i e w

氧气缓冲罐的设计 庞学锋 (林德工程(杭州)有限公司浙江杭州 3 1 0 0 1 2 ) [摘要]根据氧气缓冲罐的工艺设计要求、操作特点。本文论述了氧气缓冲罐设计过程中几个关键点的处理方法，涉及设计条件确认、选材、结构优化和表面处理四个方面。并结合林德公司神华宁煤4 0 ( 0吨/年煤炭间接液化项目配套空分装置中的实例 (以下简称“林德装置” ),进行分析说明。 [关键词]氧气；缓冲罐；设计中图分类号： T Q 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 9— 9 1 4 X ( 2 0 1 4 ) 0 8—0 0 3 0— 0 2

前言：随着大化工的发展，对于装置的运行可靠性要求越来越高。空气分离装置中为了保证下游氧气管网的稳定操作，防止空气分离装置故障跳车导致下游停车。在后备区域的汽化系统完全启动之前，需要设置一台氧罐来短时给下游管网供气 1 .氧气缓冲罐工艺流程空气分离装置正常运行时，氧气通过管网输出到下游。而有富余的氧气会以液体的形式存储在低温储槽中，外卖或备用。为实现备用的目的，低温储槽后会接一套汽化系统。由低温液氧泵将储槽中的液氧打到所需压力，再经过一台汽化器 (通常是水浴式汽化器 )后进入管网，而从低温泵启动到汽化器满负荷运行需要一定的时间。 为了确保在这一段时间内下游氧气管网的稳定操作，需要设置一台氧罐。 其在备用状态时，需要另外一套液体汽化系统 (通常是低温泵加空浴式汽化器的组合)给氧罐充气。因为氧罐向下游供气，需要一定的压力差，且提高罐内压力也有利于存储更多氧气。所以这一套汽化系统设计压力会相对高很多，氧槽后备区域的工艺流程如图一所示。 2 .氧气缓冲罐设计 2 . 1氧气缓冲罐的设计条件确认 2 . 1 . 1容积和压力确认根据工艺设计可以确认空分装置正常运行时氧气供气量，再结合水浴式汽化器启动所需要的时间。就可以计算出所需气量的标态值，再换算出不同压力 TX￣应的容积。压力和容积的乘积为定值，容积大小直接和设备成本正相关，压

生产氧气及相关气体安

全技术规程糖{ 9要求执行。氧罐在正常工作时进出口管区域会出现高流速和冲击场合，需要特殊考虑在后文中另作描述。腐蚀余量按照《腐蚀数据和选材手册，取为l mm。 氧罐的选材一般不选不锈钢材料，虽然不锈钢材料在氧气介质中使用有很大优势，但其造价昂贵。同样的容积，若选用s 3 o 4￣ 4和碳钢材料两者的造价相差约5倍。 2 . 2 . 2接管锻件及法兰的选材参照壳体材料选用0 9 Mn N￣,因设计压力为1 3 . 5 MP a G其锻件级别至少为Ⅲ级。 2 . 2 . 3垫片、紧固件的选材考虑到设计压力比较高，法兰密封面选为环连接面，垫片的类型为金属环垫片。按照 G B 1 6 9 1 2 - 2 0 0 8 ( (氧规》表1 1,选用退火软化铜垫片或镍及镍基合金。需要注意的是如果厂区内大气含氨 ( NH3>0 . 1 v p l￣),则不得使用铜垫片。另外， 选择的金属环垫片的硬度需要低于法兰环槽密封面的硬度，以保证密封性能。 紧嗣件按照管法兰标准选择。 2 . 2 . 4裙座的选材由于壳体的设计温度为一 7 0℃,按照 HG 2 0 6 5 2 -1 9 9 8 ({塔器的设计规定》 第3 . 2 . 3 - 4￣ .,裙座的上端应设置与筒体材料相同的过渡段，故裙座的上端也选用0 9 Mn Ni D R。裙座宜采用同种材料，建议通过调整裙座的高度来控制成本。 2 . 3氧气缓冲罐的结构设计封头宜采用整板成型。氧罐上的接管开孔应尽量少，宜只保留一个进出口

力则间接影响成本。具体的取值需要合理组合决定。林德装置中确定的容积为 5 0 m3,工作压力为 1 2 MP a G/设计压力为 1 3 . 5 MP a G。 2 . 1 . 2设计温度确认设计温度下限需要考虑三个因素： l>.现场历年来月平均最低气温的最低值，令为t l; 2>.空浴式汽化器工作所需和大气温度的差值，令为一 t 2。; 3>.氧气高压泄放节流效应产生的温降，令为_ t 3, 林德装置现场的t 1= -1 6 . 8 C。 t 2通常为 1 5℃,林德装置中给氧罐充气采用的是空浴式汽化器，若为其他类型的换热器则可不考虑此温差。氧罐的工作压 力为 1 2 MP a G,下游管网压力为6 . 7

MP a G,泄放节流效应产生的温降约为 3 7 . 9 ℃,故_[ 3=一 3 7 . 9℃。氧罐设计温度需考虑这三个数值相加：一 1 6 . 8" C+ (一1 5℃)+ (一 3 7 . 9℃)=一 6 9 . 7 C,设计温度下限取为一 7 0℃。 氧罐的设计温度上限通常取6 0 C。 2 . 2氧气缓冲罐选材 2 . 2 . 1壳体的选材

管、一个人孔、—个排气口、一个排液口、一个温度计口和一个压力表口。安全泄放装置移到外围的管线上。 2 . 3 . 1进出口管其中进出口管共用一个接口，如图一所示。如2 . 2 . 1, t节中的描述，氧罐工作时进出口管会出现氧气高流速和冲击场合。氧气的流速通过进出口管的口径

来调节，其流速不得超过4 . 5 m/ s !并为了防止冲击带来的风险，从进出口法兰密封面环槽到容器内部两倍管径处且不小于直径 6 1 0 am的范围内， r堆焊3 mm蒙乃尔材料。堆焊的蒙乃尔焊材可选用E Ni C u - 7,且堆焊完成后需用化学成分 分析仪器测量堆焊层化学成分，确认合格后打磨光滑。其配对法兰一般按照外围管线管道等级选用。 2 . 3 . 2其它接管

按照 G B 1 5 0 . 2 - 2 0 1 1《压力容器第 2部分：材料》表4内容，基于一7 0℃的设计温度，壳体材料选用0 9 Mn N i DR。氧气作为一种强力的氧化剂和助燃剂，碳钢材料在氧气环境中的使用受到严格限制，按照G B 1 6 9 1 2 - 2 0 0 8 ( (深度冷冻法

低温储槽

氧气缓冲罐

人孔尺寸选D N 4 5 0。排气口和排液口宜采用盲板盲死，裙座上的排液口引出管对应取消。温度计接口宜采用套管结构，其在设备内部是承受外压需要强度校核。压力表接口需采用根部阀接虹吸管再接压力表结构，采用焊接连接。选着压力表及温度计时注意满足设计温度和压力，并禁油脂。 2 . 4氧气缓冲罐表面处理 2 . 4 . 1内表面处理按照G B 1 6 9 1 2—2 0 0 8 ( (氧规第5 . 1 8条，“氧气储罐投入使用前，应进行压力试验、气密 l生试验、除锈、舢，吹扫，并在内壁涂不锈防腐涂料。”考虑到设备实际运行寿命约为 2 0 4 z,若在内部涂漆经过一段时间后涂料可能破损脱落，万这些碎片进入到

下游管网对下游装置有着不可预见的风险。综合考虑后，最后一步的涂漆工作改为钝化。 内表面处理需要体系化的控制，林德装置中的具体操作步骤如下： l>.板材下料之前扫砂除锈，在加工过程中尽量保护表面不被污染。例如 一

下

游管网

卷板机滚轴上套一层干净的聚四氟乙烯板等； 2>.设备整体焊后热处理 (若有 )后，及时清理设备内部的氧化皮； 3>.设备水压试验及气密性试验后，及时吹扫并清理浮锈 4>.之后进行全面的人工除锈直到金属表面光亮 5>.之后进行脱脂、钝化处理； 表 1

油和油脂 ≤1 2 5 mg/ m￣ 图一氧槽后备区域的工艺流程图示 3 0 l科技博览

颗粒堆积

液体

铁锈和油漆 不可见

颗粒或者纤维的最大直径≤0 . 5 m m,且其重不可见量≤5 O mg/ I n 2}