液化石油氣碼頭卸船工藝設計要點論文
液化石油氣碼頭卸船工藝設計要點論文
摘要:對冷凍液化石油氣卸船至水封洞庫時的卸船工藝設計要點進行總結，主要闡述了裝卸裝置選型、管道選型、管道預冷和管道增壓等。
關鍵詞:液化石油氣;裝卸工藝;水封洞庫;泵
引言
地下水封洞庫儲存液化石油氣相較於傳統地上儲罐具有建設經營成本低、儲存能力大、安全可靠、應急能力強、使用壽命高等優點，是目前國際上LPG的主要儲存方式之一。由於地下水封洞庫採用常溫壓力儲存，而冷凍液化石油氣船採用低溫常壓儲存，地下水封洞庫在接卸過程中，排出的氣相LPG的操作壓力遠超過船艙的設計壓力，因而不能採用傳統的設定氣相平衡管線的方式進行卸船冷凍液化石油氣碼頭裝卸工藝［1］。液化石油氣碼頭主要進口丙烷、丁烷。此碼頭原設計為離岸式油品碼頭，水工結構已經建成。本工程在已建的10萬噸級碼頭水工結構的基礎上，增設裝卸工藝設施，設計最大停靠5萬噸級液化石油氣船，進行丙烷、丁烷的卸船作業。庫區地下水封洞庫已經建成。本工程設計範圍為碼頭前沿至水陸分界處，包含管道長度約2.5km。
1裝卸工藝設計方案
1.1主要設計引數
丙烷和丁烷的主要物性引數見表1。冷凍液化石油氣船設計壓力25kPa，設計溫度－50℃，常壓運輸－46℃丙烷和－5℃丁烷。地下水封洞庫設計壓力800kPa，設計溫度20℃。
1.2卸船工藝設計
由於地下水封洞庫與液化石油氣船之間存在巨大的壓差，因而不能在船和洞庫之間設定氣相平衡管線，只能設定1根液相管線來完成卸船。主要卸船工藝流程:船舶→船舶卸料泵→碼頭裝卸臂質量流量計→預冷泵→增壓泵→碼頭物料管→公用管廊物料管(設計分界線)罐區物料管換熱器噴射器地下水封洞庫。因每種物料只有一根液相管道，所以碼頭選用單管裝卸臂即可滿足要求。主要裝卸臂選用規格見表2。所有裝卸臂均設有緊急拉斷閥、超限報警裝置及絕緣法蘭，以保證物料裝卸的安全。丙烷、丁烷入庫前需經換熱器升溫至2℃以上，因而庫區設有換熱器，以將低溫丙烷、丁烷升溫至2℃以上。升溫後的丙烷、丁烷注入洞庫時流經丙烷、丁烷噴射器，以便抽吸丙烷、丁烷洞庫內的氣相，並將其冷凝後回注入洞庫，避免洞庫在接收丙烷、丁烷過程中造成洞庫內壓力升高。換熱流程和噴射器回收氣相流程作為地下水封洞庫不可分割的一部分，隨水封洞庫一併建設。
1.3管道預冷和物料增壓
丙烷溫度較低，輸送時需要對管道預冷，設計管道預冷流程為丙烷卸船時，先以極小的流量對管道及泵激性預冷，此時流量較小，僅船泵即可滿足卸船要求。當泵預冷完畢後，啟動丙烷預冷泵，對管系進行預冷，此時管道流量約為400～500m3/h。管系預冷完成後，啟動增壓泵實現輸送。在正常卸船的時段，管道流量穩定在2000m3/h。在卸船末端，卸船流量減小，關閉一臺增壓泵，或重開預冷泵。管道最小流量可以達到200m3/h，滿足末段卸船要求。為克服丙烷、丁烷的飽和蒸汽壓及摩擦阻力損失，須設定增壓泵。目前主流的低溫丙烷、丁烷船每艙配備2臺泵，額定流量均為1200m3/h，選用的丙烷、丁烷增壓泵額定流量為1200m3/h，與船泵相匹配。增壓泵型別為流量可以在30%～120%範圍內調節的離心泵，雙機械密封，Plan53沖洗方案。增壓泵及船泵關閉點壓力小於管道設計壓力，管道不會超壓。泵出口設有調節閥，並與泵入口壓力連鎖，當泵入口壓力較低時，調節閥會自動關小開度，使泵入口壓力回升。經過調節閥的調節，泵的進出口壓力將達到一個平衡值，泵將平穩連續執行。泵的入口壓力與泵連鎖，一旦出現泵的入口壓力過低，會連鎖停泵，以防止發生氣蝕，保證泵與管道的安全。根據庫區設計單位提供的資料資料，在設計分界處，丙烷管道接受壓力為1.12MPa，丁烷管道接受壓力為0.68MPa，丙烷管道預冷時接受壓力為0.74MPa。丙烷船泵輸出壓力為0.5MPa，沿程摩阻和高差總損失為0.39MPa，所以增壓泵須增壓1.01MPa，增壓泵揚程選擇為180m。丁烷船泵輸出壓力為0.5MPa，沿程摩阻和高差總損失為0.41MPa，所以增壓泵須增壓0.59MPa，增壓泵揚程選擇為120m。丙烷管道在預冷時，船泵輸出壓力0.5MPa，沿程摩阻和高差總損失為0.24MPa，所以預冷泵須增壓0.48MPa，預冷泵揚程選擇為100m。各臺泵的規格引數見表3。本工程預冷泵和增壓泵設定在碼頭前沿地帶，距離碼頭前沿線距離15m。
1.4管道設計
工藝管道設計壓力及設計溫度見表4。丁烷的操作溫度為－4℃，普通碳鋼使用溫度的下限為－29℃，因此可用普通碳鋼鋼管作為輸送管道。丙烷的操作溫度為－42℃，因此作為丙烷輸送管道的金屬材料既要具備足夠的`低溫延展性，又要具備一定的強度。奧氏體不鏽鋼和低溫碳鋼都是很好的低溫材料，可用作輸送丙烷的管材。奧氏體不鏽鋼由於價格昂貴而較少適用。目前，普遍使用進口的低溫碳鋼作為輸送丙烷的管材。本工程丙烷輸送管道採用低溫碳鋼螺旋縫焊接鋼管(GB/T9711－2011)，丁烷輸送管道採用20號鋼螺旋縫焊接鋼管(GB/T9711－2011)，其餘產品管材採用20號鋼無縫鋼管(GB/T8163－2008)。
1.5管道保冷設計
丙烷、丁烷在地下水封洞庫內為常溫壓力儲存，在進入洞庫前會進行換熱，因此不對管道進行全線保冷，只進行區域性防凍，對跨路管道和涵洞內管道進行保冷。保冷材料選用阻燃性聚氨酯。
2安全保障措施
液化石油氣為甲A類物料，易燃易爆，因此工藝設計時必須同時做好安全保障措施的設計。(1)裝卸臂和管道內液體流速，設計控制在規範規定的安全流速範圍以內。(2)輸油設施、裝置、管線設定防雷、防靜電接地保護設施。(3)管線在距離水陸分界線引堤50m處裝設緊急切斷閥，以備事故情況下切斷碼頭與罐區的聯絡。緊急切斷閥門採用電液聯動、手動兩種操作方式，既可以遠端開關，也可以現場人工開關。(4)裝卸臂工作範圍設定限位控制，終端設定緊急脫離裝置，同時安裝絕緣法蘭。(5)為消除管道產生的彈性變形，管道採用自然補償和Π補償器補償。(6)為防止管道及裝置超壓，在丙烷、丁烷工藝幹管上安裝安全閥。其中丙烷管道安全閥入口連線丙烷工藝幹管，安全閥出口連線放空管;丁烷管道安全閥入口連線丁烷工藝幹管，安全閥出口連線放空管。(7)工藝管道、工藝裝置及金屬構件進行電氣連線並設定防靜電、防雷接地裝置。工藝管道的始末端、分支處及直線段每隔80m左右設防靜電、防雷接地裝置。設定為船舶跨接的防靜電接地裝置，並與碼頭接地網連線。(8)在易燃、易爆介質的機泵、管道連線端及閥門周圍等易洩漏處的附近，設定固定式可燃氣體檢測報警器，並在站控制室指示報警。(9)作業區域屬於爆炸危險環境2區。碼頭區域的電氣裝置採用隔爆型，防爆等級為ExdⅡBT4，防護等級不低於IP54。
3結語
本工程已於2015年建成投產，工藝系統各個部分執行平穩，實際使用效果良好。