孫超然 李旭東（中國(guó)石油工程建設(shè)有限公司華東設(shè)計(jì)分公司，山東 青島 266071）

某大型地下原油儲(chǔ)備庫(kù)氮?dú)夤?yīng)方案比較

孫超然 李旭東（中國(guó)石油工程建設(shè)有限公司華東設(shè)計(jì)分公司，山東 青島 266071）

氮?dú)庠诖笮偷叵略蛢?chǔ)備庫(kù)主要用于首次灌裝原油前置換地下洞庫(kù)內(nèi)的空氣，以及在原油出罐過(guò)程中向地下洞庫(kù)內(nèi)補(bǔ)充氮?dú)?，保證洞庫(kù)內(nèi)的氣體有一定的壓力，防止空氣進(jìn)入洞庫(kù)，保證油儲(chǔ)洞庫(kù)的安全。

依據(jù)某大型地下原油儲(chǔ)備庫(kù)的工藝需求，氮?dú)庾⑷胂到y(tǒng)規(guī)模為4000Nm3/h，氮?dú)饧兌?9.9%，10年左右運(yùn)行一次，每次運(yùn)行時(shí)間約90天。另外距離該大型地下原油儲(chǔ)備庫(kù)20km外有某大型空分裝置，所產(chǎn)氮?dú)飧挥嗔靠梢詽M(mǎn)足該大型地下原油儲(chǔ)備庫(kù)氮?dú)庾⑷胂到y(tǒng)的需求。

根據(jù)上述條件，本項(xiàng)目氮?dú)夤?yīng)方案主要分為自制氮?dú)夂鸵劳懈浇F(xiàn)有空分裝置外購(gòu)兩大類(lèi)，自制和外購(gòu)氮?dú)庖卜謩e各有不同的方案，本文將對(duì)各種方案進(jìn)行比選，選出相對(duì)適合本項(xiàng)目的氮?dú)夤?yīng)方案，提高系統(tǒng)可靠性，減少投資，降低維護(hù)操作成本。

1 自制氮?dú)夥桨?/h2>

目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上氮?dú)獾纳a(chǎn)主要有深冷法、變壓吸附法和膜制氮三種工藝。下面將對(duì)這三種工藝進(jìn)行比較，選出最合適的一種工藝作為自制氮?dú)夥桨福倥c外購(gòu)氮?dú)夥桨高M(jìn)行比選。

1.1 深冷法

深冷空分制氮是一種傳統(tǒng)的制氮方法，它是以空氣為原料，經(jīng)過(guò)壓縮、凈化，利用熱交換使空氣液化，再利用液氧和液氮的沸點(diǎn)不同（在1大氣壓下，前者的沸點(diǎn)為-183℃，后者為-196℃）精餾，使氮氧分離來(lái)獲得氮?dú)狻?/p>

深冷法特點(diǎn)是制氮純度高（一般在99.99%以上），品質(zhì)好，制氮量大，可生產(chǎn)液氮。但是工藝流程長(zhǎng)，設(shè)備復(fù)雜，占地大，工程造價(jià)較高；啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)（＞12h），連續(xù)運(yùn)行時(shí)間適用于1年以上，運(yùn)行成本較高，適用于連續(xù)不斷大量使用高純度氮?dú)獾钠髽I(yè)。由于某大型地下原油儲(chǔ)備庫(kù)氮?dú)庑枨鬄殚g斷量（10年運(yùn)行一次），深冷法工藝顯然不太適合。

1.2 膜制氮法：

膜制氮法利用空氣中的氮?dú)夂脱鯕庠谀ぶ械娜芙舛群蛿U(kuò)散系數(shù)不同，在膜兩側(cè)壓差的作用下，滲透率較快的水蒸氣、氧氣等一些氣體先透過(guò)膜，成為富氧氣體，而滲透率較慢的氮?dú)鈩t滯留富集，成為干燥的富氮?dú)怏w，從而達(dá)到氧氮分離的目的。

膜制氮法的特點(diǎn)是體積小、啟動(dòng)快、流程簡(jiǎn)單、占地少、氮?dú)鈮毫Ψ€(wěn)定。但是純度低、膜易損、工作壓力高、運(yùn)行費(fèi)用較高，一般規(guī)模較小，工業(yè)應(yīng)用不多。本項(xiàng)目氮?dú)庾⑷胂到y(tǒng)規(guī)模為4000Nm3/h，膜制氮法工藝也不太適合。

1.3 變壓吸附法：

變壓吸附制氮的原理：在一定的壓力下，由于空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)，氧和氮在碳分子篩表面上的擴(kuò)散速率不同，氧的擴(kuò)散速率遠(yuǎn)大于氮。在吸附未達(dá)到平衡時(shí)，氧被碳分子篩大量吸附，氮在氣相中得到濃縮富集，形成產(chǎn)品氮?dú)?。由于碳分子篩對(duì)氧的吸附容量隨著壓力的不同而有明顯差異，降低壓力，即可解吸碳分子篩吸附的氧分子，使碳分子篩再生，并循環(huán)使用。

變壓吸附法的特點(diǎn)是氮?dú)饧兌瓤梢栽?5～99.99%調(diào)節(jié)，假如需要更高純度氮?dú)庑柙黾拥獨(dú)饧兓O(shè)備。投資低，流程短，運(yùn)行成本低，操作簡(jiǎn)單，占地小，啟動(dòng)時(shí)間較短。

相對(duì)于前兩種自制氮?dú)夥桨福绻枰灾频獨(dú)夥桨?，變壓吸附制氮工藝最適合本項(xiàng)目。

1.4 變壓吸附制氮方案描述

空氣經(jīng)壓縮機(jī)壓縮至0.85MPa（G）并被壓縮機(jī)后冷卻器冷卻至約40℃后，進(jìn)入空氣凈化單元除去壓縮空氣中的塵、水及油霧，然后進(jìn)入PSA變壓吸附單元。該單元設(shè)置2個(gè)吸附塔，1個(gè)塔吸附產(chǎn)氮，1個(gè)塔脫附再生，通過(guò)PLC控制切換閥的開(kāi)關(guān)，使2個(gè)塔循環(huán)交替。PSA變壓吸附單元出來(lái)的氮?dú)膺M(jìn)入氮?dú)饩彌_罐，然后進(jìn)入氮?dú)夤芫W(wǎng)。流程示意如下：

主要設(shè)備及有關(guān)參數(shù)詳見(jiàn)表1。

主要消耗見(jiàn)表2。

對(duì)于某大型地下原油洞庫(kù)，變壓吸附制氮方案有以下優(yōu)缺點(diǎn)：

a主要優(yōu)點(diǎn)：氮?dú)夤?yīng)穩(wěn)定；對(duì)外依賴(lài)程度低，供應(yīng)有保障。

b主要缺點(diǎn)：一次投資較高；常年不運(yùn)行，設(shè)備需要維護(hù)；占地面積相對(duì)較大。

2 外購(gòu)氮?dú)夥桨?/h2>

本項(xiàng)目可依托20km外的某大型空分裝置（其中中壓氮?dú)庾畲螽a(chǎn)量35000Nm3/h，液氮產(chǎn)量10500Nm3/h，完全可以滿(mǎn)足本項(xiàng)目用氣需求），通過(guò)管道敷設(shè)或者購(gòu)買(mǎi)液氮汽化，滿(mǎn)足某大型地下原油儲(chǔ)備庫(kù)氮?dú)庾⑷胂到y(tǒng)需求。

2.1 管道敷設(shè)方案

敷設(shè)1條從某大型地下原油儲(chǔ)備庫(kù)至某大型空分裝置的DN150中壓氮?dú)夤芫€(xiàn)，壓力4.0MPa，常溫，管線(xiàn)長(zhǎng)度約26km，與庫(kù)外原油管道伴行埋地敷設(shè)。

對(duì)于某大型地下原油洞庫(kù)，管道敷設(shè)供氮方案有以下優(yōu)缺點(diǎn)：

a主要優(yōu)點(diǎn)：設(shè)施簡(jiǎn)單，易于維護(hù)。

b主要缺點(diǎn)：距離遠(yuǎn)，征地困難，一次投資高；依賴(lài)某大型空分裝置，操作時(shí)需協(xié)調(diào)某大型空分裝置配合；管道平時(shí)需要充氮保護(hù)。

2.2 購(gòu)買(mǎi)液氮汽化方案

本項(xiàng)目可以從某大型空分裝置購(gòu)買(mǎi)液氮儲(chǔ)存，使用時(shí)通過(guò)汽化器進(jìn)行汽化。

主要工藝流程為：槽車(chē)→液氮儲(chǔ)罐→汽化器→氮?dú)夤芫W(wǎng)。

主要設(shè)備及規(guī)格見(jiàn)表3。

流程說(shuō)明：項(xiàng)目所用4000Nm3/h氮?dú)猓枰s6.2m3/h的液氮進(jìn)行汽化，一臺(tái)100m3的液氮儲(chǔ)罐儲(chǔ)藏液氮量可持續(xù)使用16小時(shí)，3臺(tái)液氮罐儲(chǔ)量可用兩天，3座液氮儲(chǔ)槽可交替進(jìn)行灌裝及供氮，液氮儲(chǔ)存壓力0.8MPa。

表1 變壓吸附制氮方案主要設(shè)備表

表2 變壓吸附制氮方案消耗指標(biāo)

表3 購(gòu)買(mǎi)液氮汽化方案主要設(shè)備規(guī)格表

表4 方案對(duì)比表

對(duì)于某大型地下原油洞庫(kù)，液氮儲(chǔ)藏汽化方案有以下優(yōu)缺點(diǎn)：

a主要優(yōu)點(diǎn)：一次投資較少；設(shè)備維護(hù)量??；操作簡(jiǎn)單；周邊地區(qū)液氮供應(yīng)有保證。

b主要缺點(diǎn)：由于洞庫(kù)置換操作時(shí)氮?dú)庀牧枯^大，一天需要液氮150m3，按液氮槽車(chē)容積30m3計(jì)算，一天需要消耗5車(chē)液氮。調(diào)度工作繁重，液氮調(diào)運(yùn)不及時(shí)將會(huì)影響洞庫(kù)的運(yùn)行。

3 方案比較

自制氮?dú)猓ㄗ儔何街频┓桨概c依托某大型空分裝置外購(gòu)氮?dú)夥桨福ü艿婪笤O(shè)輸送和購(gòu)買(mǎi)液氮汽化）對(duì)比見(jiàn)表4。

結(jié)合表4與前面章節(jié)論述，從投資、占地、可操作性等方面綜合比較，依托某大型空分裝置購(gòu)買(mǎi)液氮汽化方案對(duì)于本項(xiàng)目而言比較適合。

4 結(jié)語(yǔ)

大型地下原油儲(chǔ)備庫(kù)在選用氮?dú)夤?yīng)方案時(shí)需要結(jié)合工程項(xiàng)目的實(shí)際情況全面考慮決定。

（1）當(dāng)附近沒(méi)有能可靠依托的大型空分裝置時(shí)，選用變壓吸附制氮方案較為合理。

（2）當(dāng)附近有能可靠依托的大型空分裝置，且距離較近，管道敷設(shè)線(xiàn)路合理，征地相對(duì)容易時(shí)，購(gòu)買(mǎi)氮?dú)馔ㄟ^(guò)管道敷設(shè)輸送方案較為合理。

（3）當(dāng)附近有能可靠依托的大型空分裝置，但距離較遠(yuǎn)，管道敷設(shè)困難，征地困難，購(gòu)買(mǎi)液氮汽化案較為合理。

（4）對(duì)于本項(xiàng)目而言依托某大型空分裝置購(gòu)買(mǎi)液氮汽化方案是最合理方案。

[1]余化，馮天照.制氮工藝技術(shù)的比較與選擇[J].化肥設(shè)計(jì), 2012,50(1):13～19.

[2]顧飛龍,張力鈞,陳棟.變壓吸附制氮技術(shù)及其應(yīng)用[J].化工進(jìn)展,2007,26(9):1356～1358.

[3]吳衛(wèi),石紹軍.變壓吸附制氮技術(shù)及其設(shè)備選型[J].化工技術(shù)與開(kāi)發(fā),2010,39(12):56～58.

[4]陳順杭.PSA變壓吸附制氮技術(shù)與低溫法制氮技術(shù)比較[J].現(xiàn)代化工,2013,33(2):76～78.

[5]李化治.制氧技術(shù)[M].冶金工業(yè)出版社,2009.

[6]孟繁強(qiáng),胡縝磊,唐彬,孫濤,高媛.高純氮?dú)夤艿拦こ痰氖┕ぜ夹g(shù)[J].管道技術(shù)與設(shè)備,2013,(3):18～19.

Comparison of nitrogen supply schemes for a large underground oil depot

SUN Chaoran，LI Xudong(CNPC Eastchina Design Institute Limited Company，Qingdao Shandong，266071)

介紹了大型地下原油儲(chǔ)備庫(kù)的幾種氮?dú)夤?yīng)方案；針對(duì)某大型地下原油儲(chǔ)備庫(kù)幾種氮?dú)夤?yīng)方案的工藝性能、主要設(shè)備和相對(duì)投資進(jìn)行比較；提出了相對(duì)適合的氮?dú)夤?yīng)方案。

變壓吸附；管道輸送；液氮汽化

Thispaperintroducesseveralnitrogen supply scheme for a large underground oil depot;compares process performance,major equipment,and relative investment;put forward the relatively suitable scheme.

pressure shift adsorption,pipeline transportation, liquid nitrogen vaporization