甲醇精馏三塔安全泄放工艺技术的分析.pdf
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1、总第2 15 期2023年第10 期安全生产摘要:为解决利用单台塔独立分析法导致甲醇精馏火炬系统设计能力超标严重、投资大的不足,提出利用AspenHYSYS仿真分析的方法对甲醇精馏三塔反应过程及泄放量进行联动分析,科学、合理地确定了不同工况下系统的最大泄放量。根据应用情况表明,仿真分析的方法能够精确模拟甲醇精馏三塔系统的泄放情况,为优化甲醇精馏火炬系统设计、降低成本奠定了基础。关键词:甲醇;精馏三塔;火炬系统;AspenHYSYS仿真分析中图分类号:X937文献标识码:A甲醇精馏系统的超压泄放量直接关系到甲醇精醇精馏工艺流程如图1所示 1。馏的安全性,其泄放量主要取决于甲醇精馏系统中精不微气稳
2、定塔塔顶冷凝器H馏塔的数量。为了保证甲醇精馏过程的安全性,在甲醇精馏系统中设置有火炬系统用于甲醇精馏塔的超压泄放,火炬系统的泄放能力目前主要是通过单台塔独立分析,然后把各塔的最大量叠加来确定的。但在实际使用过程中发现,甲醇精馏系统相互连通,在工作过程中不会出现各个精馏塔同时达到最大泄放量的情况,因此导致甲醇精馏火炬系统的理论设计能力远大于实际需求,极大地增加了设备的成本。本文提出了一种新的基于Aspen HYSYS仿真的甲醇精馏系统超压模拟分析法,对甲醇系统在回流失效、过度热量输入、停电等特殊工况下系统的流量一时间变化曲线进行研究,确定了各工况下的最大泄放量。根据分析表明,当在停电情况下系统的
3、泄放量最大,达到了410 t/h,约为传统单台塔独立分析时泄放量的40.5%,为优化火炬系统设计,降低甲醇精馏设备成本奠定了基础。1甲醇精馏工艺流程从甲醇合成单元出来的粗甲醇首先经过限流后进入到系统的稳定塔中,这些甲醇在稳定塔中冷却,液体进入到稳定塔,不凝气则进入到燃料气管网中。稳定塔再沸器以前端工艺气作为热源,塔釜液经过增压泵的加压后进入到低压精馏塔中。在塔内的甲醇气体经过冷凝以后回流部分被作为甲醇成品分离出来。低压塔再沸器中压塔内的顶气为热源,塔釜液再经过泵的加压以后传输到中压精馏塔中。中压塔塔顶的甲醇气体在低压塔再沸器中完成冷凝后一部分回流到系统中,一部分则作为成品抽出。中压塔再沸器以低
4、压蒸汽为热源,塔釜液含有微量甲醇的水,再经过泵的加压后输送到前端,最后再把分离出来的杂醇油去除,确保塔顶产品的纯度。甲收稿日期:2 0 2 2-12-3 0作者简介:杨文君,女,19 8 3 年出生,毕业于湖南科技大学,本科,工程师(化工安全)/注册安全工程师,研究方向为安全技术在危险化学品企业的应用。山西化工Shanxi Chemical Industry甲醇精馏三塔安全泄放工艺技术的分析杨文君,于泽民(山西兴新安全生产技术服务有限公司,山西太原0 3 0 0 0 0)文章编号:10 0 4-7 0 5 0(2 0 2 3)10-0 17 6-0 2低压塔塔顶冷凝器低压塔回流罐稳定塔回流罐稳
5、定塔回流菜租甲醇由图1可知,在3 个精馏塔的顶气相管线上都安装有安全阀,用于系统超压时的泄放和保护,这些安全阀的排气口全都接人了火炬系统。按传统的单塔独立分析法计算,在极限情况下系统总共的最大泄放量达到了10 12.5 t/h,因此整个甲醇精馏火炬系统需按此排放量进行设计。2AspenHYSYS仿真建模根据甲醇精馏工艺流程,利用Aspen HYSYS仿真软件2 建立甲醇精馏模拟系统。在进行模拟分析时利用固定步长的隐式欧拉算法进行模拟分析,精馏塔的进料模拟采用和实际控制模式一样的流量控制。回流采用回流罐液位-流量综合控制模式。甲醇精馏系统在工作中的突发工况主要包括回流失效、过度热量输人及停电等,
6、在这些突发的情况下会导致精馏塔内的压力升高,需要火炬系统进行大量的泄放,保证安全性。因此在仿真分析时,重点对以上3 种特殊工况进行仿真分析。甲醇精馏过程仿真分析参数如表1所示。表1甲醇精馏过程参数汇总表内容稳定塔塔顶的压力/MPa0.06塔顶的温度/79塔釜的温度/86回流比全回流Total 215No.10,2023D0I:10.16525/14-1109/tq.2023.10.073一甲醇产品中压谐回流雅中压塔回流低压塔固流泵稳定塔低压塔进料泵图1甲醇精馏工艺流程图中压塔0.0368862.18+杂酵油热源四塔一凌水中压塔进料泵废水泵低压塔-0.301021504.16恩低压蒸汽一蒸汽凝液
7、2023年第10 期杨文君,等:甲醇精馏三塔安全泄放工艺技术的分析 177.3回流失效情况分析甲醇精馏过程中的回流失效,主要是指回流泵或者回流阀故障而导致的精馏塔回流失效,此时除了回流阀处于关闭状态外,假设其他阀门均维持正常工作时的开度 3 。利用仿真分析的方法对稳定塔回流失效、中压塔回流失效及低压塔回流失效的情况进行分别研究。根据分析,稳定塔回流失效会导致在稳定塔塔顶的压力快速上升到安全阀的设定压力,安全阀开启进行泄放,此时低压塔和中压塔内的工作压力维持稳定。中压塔回流失效时,其最高的压力为6 7 3 kPa,高于系统安全阀设定的45 0 kPa的压力,安全阀打开,系统进行压力泄放。低压塔回
8、流失效时,其最高的压力为415 kPa,低于系统安全阀设定的45 0 kPa的压力,安全阀不打开,系统不进行压力泄放。在稳定塔回流失效时泄放量变化曲线如图2-1所示;中压塔回流失效时,泄放量变化曲线如图2-2 所示。(4/)/喜X一稳定塔低压塔-中压塔总量0510152025.3035.4045505560时间/min2-1稳定塔回流失效时压力泄放情况图2 不同回流失效情况下压力泄放情况由实际仿真分析结果可知,在中压塔回流失效的情况下系统的泄放压力最大,约为3 3 0 t/h。而且在实际运行过程中并不会出现稳定塔、中压塔、低压塔同时失效的情况。因此在系统回流失效的情况下,系统最大的泄放量为3
9、3 0 t/h,约为按传统单塔独立分析法计算所获取结果的3 2.6%。4过度热量输入失效分析甲醇精馏系统中,中压塔的再沸器利用低压蒸汽作为热源的,如果调节阀出现故障并处于全开状态 ,则会导致热量的大量涌入,因此传统情况下会出现过度的热量输入,使系统压力超过设计压力,导致出现超压泄放的情况。但通过对调节阀选型的分析,其开度最大的情况下,其蒸汽的通过量为正常情况下的2 倍,而且即使通过过量的蒸汽,其还会受到换热器热负荷转换的限制,并不会全部转换为热源。根据仿真分析,发现在调节阀全开的情况下,中压塔中的最大热负荷为正常情况下的1.3 倍,因此其过度热量的输人实际较少。此工况下的压力变化曲线如图3 所
10、示。由图3 可知,当有过度热量输入时,系统中仅中压塔的压力出现轻微波动,但并没有超过系统45 0 kPa的安全压力,因此安全阀并未启动卸压。因此此工况450400350300250520出15010050010203040,50607080时间/min图3过度热量输入时系统压力变化曲线下不会导致系统出现超压泄放的情况。5停电工况失效分析当甲醇精馏系统出现停电问题时,系统内的塔釜泵、回流泵 5 会停止运行,系统中各类风机也会随之停止工作。当停电突然发生时,假设各塔的状态均保持运行时的开度不变而且塔釜热源也没有切断。利用AspenHYSYS仿真软件对此工况下的系统压力变化情况进行分析,结果如图4所
11、示。450400稳定墙(4/)/350低压塔300350二二年乐塔300100100稳定塔一-低压塔50-中压塔总量0510152025303540时间/min2-2中压塔回流失效时压力泄放情况二稳定摸-中压塔2502001501005002468101214161820时间/min4-1不同塔内泄放量变化情况根据仿真情况,当系统停电后各类泵均停止工作,塔顶不再有液体回流,塔釜内的热量会一直对系统加热,使液体气化,导致塔顶的压力持续上升。其中中压塔的顶气相是由低压塔的塔釜供应的,因此在约1h内会被冷凝。但是由于回流泵停止运行,导致系统中的液体无法回来,回流罐中的回流液在约5 min就会充满整个
12、罐体,导致再沸器的冷却能力下降,因此此阶段会导致中压塔内的压力快速上升。系统在第8min时打开安全阀,但此时系统内的压力继续增加,表明此情况下安全阀的泄放能力较弱,不满足停电工况下的压力泄放需求。因此建议在控制逻辑上进行优化,在断电后首先联锁切断塔釜再沸器热源和稳定塔的进料 6 ,确保系统的安全性。在此工况下,系统的最大泄放量为410 t/h,约为按传统单塔独立分析法计算所获取结果的40.5%。通过对回流失效、过度热量输人及停电等特殊工况下甲醇精馏系统中泄放量的分析,系统在停电工况下的总泄放量最大,约为410 t/h,仅为传统计算方法计算结果的40.5%。由此可知该仿真分析的方案能够有效地模拟
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