■　沈園（福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，福州　350004）

?

LPG液體化工碼頭裝卸工藝設(shè)計(jì)研究

■沈園
（福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，福州350004）

摘要LPG液體化工碼頭，危險(xiǎn)等級(jí)高，裝卸工藝流程復(fù)雜，技術(shù)難度大。本文對(duì)裝卸低溫常壓、常溫壓力液化烴的LPG液體化工碼頭裝卸工藝設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，對(duì)主要工藝設(shè)備選型和工藝管道配置進(jìn)行了優(yōu)化，并分析了設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)。研究結(jié)果可供類似LPG液體化工碼頭工程設(shè)計(jì)參考。

關(guān)鍵詞LPG（液化石油氣碼頭）低溫常壓常溫壓力液化烴裝卸工藝設(shè)計(jì)

1　引言

隨著丙烷脫氫（PDH）技術(shù)的發(fā)展，丙烷脫氫（PDH）制丙烯正逐步工業(yè)化，丙烷由以往民用液化氣組成部分，逐步轉(zhuǎn)化成重要的化工原料。福州港江陰港區(qū)5萬噸級(jí)液體化工碼頭（12#泊位）、3千噸級(jí)液體化工碼頭（12-1#、12-2#泊位），是丙烷脫氫（PDH）制丙烯天然氣裂解化工項(xiàng)目配套的專用碼頭工程，裝卸低溫常壓丙烷、丁烷和常溫壓力丙烯液化烴類化工品，滿足上述化工項(xiàng)目的原料進(jìn)口、產(chǎn)品出口，以及化工品中轉(zhuǎn)貿(mào)易。

2　裝卸工藝設(shè)計(jì)

2.1工藝平面布置（圖1）

本工程裝卸的丙烷、丁烷、丙烯視運(yùn)輸距離和運(yùn)輸船型，分別以低溫常壓液態(tài)（丙烷-43℃、丁烷-4℃左右）和常溫壓力（丙烯1.5MPa左右）液態(tài)形式進(jìn)行運(yùn)輸。低溫丙烷、丁烷進(jìn)口主要來自中東，運(yùn)輸船型為50000GT LPG船（全冷式）。常溫壓力丙烯進(jìn)出口主要來自近洋區(qū)域和沿海地區(qū)，運(yùn)輸船型為5000GT以下LPG船（全壓式）。

碼頭平面布置充分利用岸線資源，根據(jù)工藝介質(zhì)、運(yùn)輸船型、貨運(yùn)量特點(diǎn)，碼頭平臺(tái)可同時(shí)多點(diǎn)靠泊全冷式船和全壓式船。依據(jù)船舶靠泊點(diǎn)，裝卸工藝相應(yīng)設(shè)置1#、2#、3#、4#、5#裝卸點(diǎn)，其中2#裝卸點(diǎn)靠泊全冷式船，為低溫常壓液化烴裝卸區(qū)域；1#、3#、4#、5#裝卸點(diǎn)，靠泊全壓式船，為常溫壓力液化烴裝卸區(qū)域，加快了原料進(jìn)口、產(chǎn)品出口的周轉(zhuǎn)，提高碼頭通過能力。碼頭平臺(tái)、引橋布置管線主管廊，工藝主管接至后方罐區(qū)。從主管引支管至各裝卸點(diǎn)，滿足裝卸船需要。作為業(yè)主專用碼頭，設(shè)計(jì)充分考慮后續(xù)產(chǎn)品的發(fā)展，碼頭平臺(tái)、管廊均留有發(fā)展余地。管廊管道補(bǔ)償采用水平∏型補(bǔ)償和自然補(bǔ)償。裝卸臂處和引橋根部均設(shè)置氣動(dòng)緊急切斷閥，便于出現(xiàn)緊急事故時(shí)，碼頭管線系統(tǒng)與船和后方罐區(qū)管線系統(tǒng)切斷聯(lián)系。

圖1　裝卸工藝平面布置圖［1］

2.2工藝流程（圖2）

低溫常壓液化烴和常溫壓力液化烴因?yàn)檫\(yùn)輸船型不同，裝卸工藝流程也不相同，而且與常規(guī)液體化工碼頭裝卸工藝流程差別很大，除設(shè)置液相流程，還需要設(shè)置氣相返回流程、氣體回收流程，其中低溫常壓液化烴還需要設(shè)置冷循環(huán)流程。

丙烷、丁烷、丙烯屬于易燃、易爆、易揮發(fā)，火災(zāi)危險(xiǎn)等級(jí)甲A類高危險(xiǎn)性液化烴，液態(tài)輸送過程中，溫度變化液體會(huì)出現(xiàn)汽化現(xiàn)象，溫度每升高1℃，壓力相應(yīng)升高2～3MPa，同質(zhì)量的液體汽化后體積增加230～300倍［2］，并且在輸送液體同時(shí)，需將送入低溫儲(chǔ)罐后置換出的蒸發(fā)氣通過氣相返回管線，經(jīng)氣相裝卸臂回到船艙，以保持卸船系統(tǒng)的壓力平衡。低溫液化烴卸船結(jié)束后，液相管一般不掃線，由儲(chǔ)罐適度放壓，使液體保持一定的溫度和壓力。下次卸船前，為防止卸船時(shí)過多液體汽化，需要進(jìn)行冷循環(huán)，對(duì)管線預(yù)冷。根據(jù)液化烴特性，不同船型的裝卸特點(diǎn)，主要裝卸工藝流程如下：

2.2.1低溫常壓液化烴工藝流程（2#裝卸點(diǎn)）

液相：全冷式船←→液相裝卸臂←→液相輸送管道←→低溫常壓儲(chǔ)罐

氣相：全冷式船→←氣相裝卸臂→←氣相返回管道→←低溫常壓儲(chǔ)罐

2.2.2低溫冷循環(huán)工藝流程（2#裝卸點(diǎn)）

低溫常壓儲(chǔ)罐→低溫循環(huán)預(yù)冷管→低溫液相管→低溫常壓儲(chǔ)罐

2.2.3低壓氣體回收工藝流程（2#裝卸點(diǎn)）

廢氣→低壓氣體回收管→罐區(qū)低溫低壓火炬總管

2.2.4常溫壓力液化烴工藝流程（1#、3#、4#、5#裝卸點(diǎn)）

液相：全壓式船←→氣、液相裝卸臂←→質(zhì)量流量計(jì)←→液相輸送管道←→常溫壓力球罐

氣相：全壓式船→←氣、液相裝卸臂→←質(zhì)量流量計(jì)→←氣相返回管道→←常溫壓力球罐

2.2.5中壓氣體回收工藝流程（1#、3#、4#、5#裝卸點(diǎn)）

廢氣→中壓氣體回收管→罐區(qū)常溫中壓火炬總管

圖2　裝卸工藝流程圖［1］

2.3工藝設(shè)備選型和管道配置

2.3.1設(shè)備選型

裝卸設(shè)備優(yōu)先選擇安全、高效的液壓驅(qū)動(dòng)裝卸臂，由設(shè)在碼頭平臺(tái)的液壓站控制操作，根據(jù)裝卸點(diǎn)分布及電液控制的合理性，每個(gè)裝卸點(diǎn)均設(shè)置液壓站。裝卸臂配置快速接頭、限位報(bào)警裝置和緊急脫離裝置（ERS），確保碼頭發(fā)生緊急情況時(shí)，船舶能夠安全、快速離岸。裝卸全冷式船，裝卸效率高，裝卸臂尺寸大，設(shè)計(jì)采用液相、氣相裝卸臂分開設(shè)置，分別設(shè)置單管裝卸臂，材質(zhì)為不銹鋼；裝卸壓力船，裝卸臂尺寸較小，設(shè)置氣、液相合一的雙管裝卸臂，材質(zhì)為20#碳鋼。

2.3.2管道配置（表1）

根據(jù)工藝流程，為保證輸送介質(zhì)的品質(zhì)，碼頭工藝系統(tǒng)按介質(zhì)分別設(shè)置。管道設(shè)計(jì)流速控制在介質(zhì)特性允許的靜電安全流速范圍，根據(jù)規(guī)范液化烴設(shè)計(jì)流速≤3m/s；管徑根據(jù)裝卸船效率和設(shè)計(jì)流速確定，并在滿足工藝要求和安全生產(chǎn)的前提下，選擇經(jīng)濟(jì)管徑；工藝管道通過能力滿足安全作業(yè)條件下的最大裝卸量的要求；管道材料低溫常壓丙烷、丁烷選擇低溫鋼，常溫壓力丙烯選擇碳鋼。

低溫管道根據(jù)輸送溫度設(shè)置保冷層，保冷材料選擇具有保冷作用，導(dǎo)熱系數(shù)低的PIR，以及具有阻燃作用，低溫下穩(wěn)定性好的泡沫玻璃。保冷層內(nèi)層和中間層采用PIR，外層采用泡沫玻璃，防潮層采用瑪碲酯，外保護(hù)層為鋁合金薄板。

表1　主要工藝管道技術(shù)規(guī)格表［1］

3　工藝設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

裝卸低溫常壓、常溫壓力液化烴的裝卸工藝，與常規(guī)液體化工碼頭和液化天然氣（LNG）碼頭裝卸工藝相比，既有相似之處，又有不同點(diǎn)。根據(jù)液化烴特性、運(yùn)輸船型和裝卸特點(diǎn)，安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理是設(shè)計(jì)考慮的首要問題，因此工藝設(shè)計(jì)重點(diǎn)考慮以下關(guān)鍵技術(shù)。

3.1氣相返回工藝

氣相返回管線適用于低溫常壓液化烴運(yùn)輸?shù)娜涫酱偷蜏貎?chǔ)罐之間，也適用于常溫壓力液化烴運(yùn)輸?shù)娜珘菏酱统貕毫η蚬拗g［3］，在液化烴管線系統(tǒng)中作用是非常重要的，裝卸船過程，管道會(huì)不斷吸收周圍環(huán)境的熱量，發(fā)生汽化現(xiàn)象，壓力升高，體積膨脹，因此產(chǎn)生的蒸發(fā)氣體需要排放，如果沒有氣相返回管道，排放的氣態(tài)液化烴無法返回船艙或儲(chǔ)罐，而排入火炬系統(tǒng)會(huì)造成很大浪費(fèi)。而且伴隨著卸船過程，船上儲(chǔ)罐內(nèi)氣相壓力逐漸下降，為維持船和罐之間系統(tǒng)的壓力平衡，罐區(qū)儲(chǔ)罐需經(jīng)氣相返回管線向船上儲(chǔ)罐補(bǔ)充加壓的蒸發(fā)氣。從安全、經(jīng)濟(jì)的角度考慮，丙烷、丙烯設(shè)置液相管道同時(shí)，還需要設(shè)置氣相返回管道，氣體流向與液體流向相反。而低溫常壓丁烷輸送溫度通常為-4℃左右，極少量氣態(tài)丁烷排入低壓氣體回收管，可以不設(shè)置氣相返回管道。

3.2冷循環(huán)工藝

低溫常壓丙烷、丁烷裝卸完成后，只吹掃裝卸設(shè)備，輸送管道一般不吹掃，下次裝卸船前，液相輸送管線為防止卸船時(shí)過多液體汽化及溫度差過大對(duì)管線的損傷，同時(shí)也為減少壓縮機(jī)的工作負(fù)荷，縮短卸船時(shí)間，必須進(jìn)行管道預(yù)冷，設(shè)置冷循環(huán)流程，冷循環(huán)管由儲(chǔ)罐引至碼頭裝卸臂處，以60m3/h左右的小流量冷循環(huán)，逐步降低管內(nèi)液體溫度，使低溫常壓丙烷、丁烷溫度分別達(dá)到-35℃和3℃，為下次卸船做預(yù)冷準(zhǔn)備。

3.3氣體回收工藝

液化烴危險(xiǎn)品嚴(yán)格要求密閉裝卸，杜絕無組織廢氣排放。管線系統(tǒng)為確保安全，相應(yīng)設(shè)置安全閥、排氣閥等，管線系統(tǒng)在事故或非正常操作時(shí)等需要排放的可燃?xì)怏w不能直接排放至大氣，必須排放至氣體回收管后匯入罐區(qū)火炬系統(tǒng)。根據(jù)液化烴不同壓力，設(shè)計(jì)中分別設(shè)置低壓氣體回收管和中壓氣體回收管。

3.4保冷層

低溫管道設(shè)置保冷層，是為了保持低溫管道較低的輸送溫度，減少散熱損失，因?yàn)槁愎苌釗p失是保冷管的幾倍和幾十倍；管道保冷能降低能耗，一般冷價(jià)是熱價(jià)的6倍；保冷可以減少管道輸送過程中介質(zhì)溫度、壓力升高，有利于工藝系統(tǒng)安全、良好的運(yùn)行；改善勞動(dòng)條件，防止操作人員凍傷；防止管道及其組成件表面結(jié)露。

4　結(jié)語

目前，國內(nèi)類似同時(shí)多點(diǎn)裝卸低溫常壓液化烴和常溫壓力液化烴的LPG液體化工碼頭工程較少，尚沒有相關(guān)的碼頭設(shè)計(jì)規(guī)范，設(shè)計(jì)依據(jù)常規(guī)液體化工品碼頭工程設(shè)計(jì)方法，參考液化天然氣（LNG）碼頭工程設(shè)計(jì)，對(duì)碼頭液化烴裝卸工藝設(shè)計(jì)進(jìn)行多方面研究，提出了可行的設(shè)計(jì)方案，并重點(diǎn)分析了氣相返回工藝、冷循環(huán)工藝、氣體回收工藝以及保冷層等設(shè)計(jì)中關(guān)鍵技術(shù)，為類似LPG液體化工碼頭裝卸工藝設(shè)計(jì)提供參考。

參考文獻(xiàn)

［1］福州港江陰港區(qū)12#泊位工程施工圖設(shè)計(jì)文件［R］；福州港江陰港區(qū)12-1#、12-2#泊位工程施工圖設(shè)計(jì)文件［R］.福州：福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，2015.

［2］徐宏斌.冷凍液化石油氣碼頭裝卸工藝［J］.油氣儲(chǔ)運(yùn)，1999，18（9）：7-10.

［3］張東焱，劉婧，毛晶.低溫丙烷卸船至水封洞庫管道規(guī)格選用方法［J］.石化技術(shù)，2015（5）：11-12.