摘　要：分析在煤化工企业中甲醇驰放气储气工艺装置及工艺流程选择，探讨了设计依据的规范、实体围墙设置、防火间距的确定等设计问题的解决方案。

关键词：高压储气瓶；  储气；  甲醇弛放气

Design and Application of High-pressure Gas Cylinder in Coal Chemical Industry Enterprise

Abstract：The selection of methanol purge gas storage equipment and process flow in the coal chemieal industry enterprise is analyzed．The solutions of design problems including specification used in design，setting of solid wall，determination of fire separation distance and so on are discussed．

Keywords：high-pressure gas cylinder；gas storage；methanol purge gas

1　概述

山东枣庄矿业(集团)有限责任公司柴里煤矿15×10⁴t／a粗苯加氢精制装置及变压吸附(PSA)制氢工艺装置生产时，粗苯加氢精制装置使用的进口催化剂价格昂贵，整套工艺装置生产需要有计划、有顺序、连续、平稳运行。工艺流程是：来自甲醇生产车间的甲醇弛放气首先进入PSA制氢工艺装置制取氢气，然后再把氢气送入粗苯加氢精制装置生产精苯。PSA制氢工艺装置原料气甲醇弛放气来自2km以外的甲醇生产车间，一旦甲醇弛放气供气中断，即意味着氢气供应中断，粗苯加氢精制工艺装置突然停车，将造成催化剂失效，损失严重。一方面，甲醇生产工艺装置生产不太稳定，甲醇弛放气的压力和流量在一定范围内波动；另一方面，甲醇弛放气由甲醇生产车间输送至PSA制氢工艺装置管输距离较长，存在人为因素和不可抗拒的外部因素造成供气中断的可能性。基于上述两方面的原因，本项目应设置甲醇弛放气储气工艺装置，保证粗苯加氢精制工艺装置及PSA制氢工艺装置正常生产。

2　甲醇弛放气工艺参数

2.1　甲醇弛放气组成

建设单位提供的甲醇弛放气组成见表1。

2.2　甲醇弛

标准状态下气体密度：0.3592kg／m³。

爆炸极限(体积分数)：上限：66.59％，下限：4.89％。

2.3　工程设计工艺条件

管道来气温度：40℃。管道来气压力：正常：3.25MPa，最高：3.5MPa，最低：3.1MPa。

3　储气工艺装置工艺流程的选择

3.1　储气工艺装置选择

甲醇弛放气的主要组分为氢气，其爆炸下限为4.89％，为甲类危险气体。工艺介质设计按氢气考虑较合理，工艺装置按甲类工艺装置设计。

目前氢气储气设施主要有两类：一类是高、中、低压氢气储罐，储罐的储氢压力、储氢能力按制氢设备的压力、氢气用户的用氢压力、用氢量及其负荷变化状况等因素确定。另一类是金属氢化物储氢材料，它是依据金属氢化物在不同压力、不同温度下的吸氢、放氢特性储存氢气。截至目前，一些科研单位正研制储氢性能优良的储氢材料和装置，还不能满足实际应用的要求。

根据GBl50--2011《压力容器》，低压容器设计压力<1.6MPa，中压容器设计压力为1.6～10MPa(含1.6MPa)，高压容器的设计压力为10～100MPa(含10MPa)。在高、中、低压氢气储罐工艺装置中，高压氢气储罐(压力大于15MPa)储气能力大，能满足各类用户的需求。例如，在燃料电池汽车加氢站中，高压氢气储罐压力大于40.0MPa。低压储氢储罐中，有储气压力在1.0～1.3MPa的球形压力储罐和低压(3～4kPa)湿式氢气储罐，储气能力大，能满足各类用户的储气要求。

针对本粗苯加氢精制项目，甲醇弛放气操作压力波动在3.1～3.5MP范围，PSA制氢工艺装置正常稳定运行或停车操作压力≥3.1MPa。显然采用低压氢气储罐储气工艺装置不合理。原因为：甲醇弛放气由3.1～3.5MPa减压至低压储存，一旦PSA制氢工艺装置甲醇弛放气供气中断，需启动压缩机抽取低压储存设施中的甲醇弛放气加压供气。从得到指令开始启动压缩机至加压后正常稳定供气，大约需要10～20min的时间，不满足外供甲醇弛放气供气中断应立即实现不间断连续供气的要求。经技术、经济比选后，本设计采用高压储气瓶储气工艺装置。本项目共设置6台地上固定式高压储气瓶设备，每1台储气瓶设备由8只高压管束储气瓶组成。

3.2　甲醇弛放气储气工艺流程

储气工艺流程见图1。

投产时和高压储气瓶年检后，来自甲醇生产工艺装置的副产品甲醇弛放气经干燥后首先经旁路直充高压储气瓶，使其储气压力达到3.1～3.5MPa。然后关闭旁路，启动活塞式压缩机(设2台，1用1备，单台流量为500m³／h)，把甲醇弛放气由3.1～3.5MPa加压至20.0MPa，储存于高压储气瓶。高压储气瓶组的总储气量约为20000m³。至此，甲醇弛放气高压储气工艺装置作为应急气源处于待命状态。

正常生产时，来自甲醇生产工艺装置的甲醇弛放气(40℃，3.1～3.5MPa，1000～1300m³／h)直接进入PSA制氢工艺装置生产氢气。甲醇弛放气高压储气工艺装置处于待命状态。

非正常状态或事故状态，如甲醇生产工艺装置处于非稳定状态或输气管道发生故障，PSA制氢工艺装置的进气压力低于设定值(3.1MPa)时，连锁开启橇装式减压装置电磁阀(需1～3s)，甲醇驰放气高压储气工艺装置进入运行状态，实现不间断给PSA制氢装置提供原料气，高压储气瓶储气设备可以连续、稳定供气约13～17h。

高压储气工艺装置完成应急供气后，当PSA制氢工艺装置处于低负荷状态时，启用活塞式压缩机，把富余部分的甲醇弛放气经干燥装置脱水后加压至20.0MPa，储存于高压储气瓶设备。甲醇弛放气高压储气工艺装置恢复待命状态。

4　工程设计中的相关问题

4.1　设计依据的规范

粗苯加氢精制装置及PSA制氢装置设计执行的是当时有效版本国家标准GB 50160—92《石油化工企业设计防火规范》(1999年版)。我院承担的高压储气瓶储气工艺装置设计始于2007年年底，2008年建成投产运行。高压储气瓶储气工艺装置设计理应执行GB 50160--92(1999年版)，但是此规范第5．3．3条中储罐型式中没有高压储气瓶。分析原因是从规范颁布实施到1999年再版修订直至本项目设计阶段，在石油化工企业中采用高压(≥15MPa)储气瓶储存工艺气体介质的设施应用不多，积累的运行数据和经验较少。

因此，本项目设计的甲醇弛放气高压储气瓶储气工艺装置参照执行相应的国家标准GB 50028--2006《城镇燃气设计规范》、GB 50156--2002《汽车加油加气站设计与施工规范》(2006年版)、GB 50016--2006《建筑设计防火规范》、GB 50177--2005《氢气站设计规范》，项目设计阶段参照执行的相关规范均为有效版本。

4.2　设置实体围墙

标准GB 50177--2005第3．0．1条第4款规定，氢气站(采用相关工艺制取氢气所需的工艺设施、灌充设施、压缩和储存设施、辅助设施等)、供氢站(不含氢气发生设备，以瓶装或／和管道供应氢气的建筑物、构筑物、氢气罐或场所的统称)、氢气罐区，宜设置不燃烧体的实体围墙，其高度不应小于2.5m。标准GB 50156--2002(2006年版)第5．0．1条第1款规定，应设置的非燃烧体实体围墙高度不低于2.2m。鉴于本项目厂区总图现状，非燃烧体实体围墙高度为2.8m，且新设计的甲醇弛放气储气工艺装置区两面(北、西)为现状厂区总图围墙。故本设计甲醇弛放气储气工艺装置区设置不燃烧体实体围墙，围墙高度统一为2.8m，满足国家相关规范要求。

4.3　高压储气瓶防火间距的确定

总储气量≤30000m³的高压储气瓶设施与站外建、构筑物的防火间距，GB 50028--2006第7．2．4条规定：与明火地点、室外变配电站、甲类物品库房或厂房、铁路、城市快速路分别为30、30、30、40、20m。GB 50156--2002(2006年版)第4．0．7条规定分别为：30、25、25、30、12m。

总储气量≤30000m³的高压储气瓶设施与站内建、构筑物的防火间距，GB 50028--2006第7．2．5条规定：与明火地点、压缩机室、调压室、变配电室、道路、围墙分别为：30、12、12、20、10、10m。GB 50156--2002(2006年版)第5．0．8条规定：与燃煤锅炉房和燃煤厨房、压缩机室、调压室、变配电室、道路、围墙的防火间距分别为25、3、3、6、4、3m。

对与站外明火地点的防火间距，GB 50028--2006与GB 50156--2002(2006年版)的要求相同。GB 50028--2006规定的与站内明火地点的防火距离(30 m)，高于GB 50156--2002(2006年版)规定的与站内燃煤锅炉房、燃煤厨房(视作明火地点)的防火距离(25m)。对与站外其他地点、站内其他地点的防火距离，GB 50028--2006的要求均高于GB 50156--2002(2006年版)。

GB 50016--2006第4．3．1条、4．3．6条规定，固定容积的可燃气体储罐(10000m³≤储气量<50000m³)与明火地点、室外变配电站、甲类库房、厂外铁路、厂外道路的防火间距分别为30、30、30、25、15m。GB 50016--2006与GB 50028--2006相比较，两规范防火间距除前三项一致外，与铁路、道路的防火间距均小于GB 50028--2006的规定。

GB 50177--2005第3．0．2条、3．0．3条规定，总储气量为10001～50000m³的氢气储罐与明火地点、室外变配电站(35～500kV且每台变压器为10000kV·A以上)、民用建筑、厂外铁路、厂外道路的防火间距分别为35、35、35、25、15m。

根据上述参照执行的4个国家标准比较，本设计按照执行最大防火间距的设计原则，确定甲醇弛放气储气工艺装置区地上固定式高压储气瓶与站外建、构筑物的防火间距按照GB 50028--2006第7．2．4条和GB 50177--2005第3．0．2条、第3．0．3条的规定执行。最终确定地上固定式高压储气瓶与明火地点、室外变配电站、民用建筑、甲类库房、厂外铁路、厂外道路的防火间距分别为35、35、35、30、40、20m。与站内建、构筑物的防火间距按照GB 50028--2006第7．2．5条的规定执行，即与站内明火地点、压缩机室、调压室、变配电室、道路、围墙的防火间距分别为30、12、12、20、10、10m。

高压储气瓶储存甲醇弛放气工艺装置项目建成后，顺利通过规划、消防、质监等相关部门的竣工验收。一次成功开车投产运行，至今运行良好。

5　结语

①项目建设阶段参照执行相关的国家标准GB 50028--2006《城镇燃气设计规范》、GB 50016--2006《建筑设计防火规范》、GB 50177--2005《氢气站设计规范》、GB 50156--2002《汽,车加油加气站设计与施工规范》(2006年版)，按照取最大防火间距的原则执行。

②采用高压储气瓶实施甲醇弛放气储气工艺装置的合理创新设计实践，可以丰富石油化工企业和煤化工企业相应工艺气体介质的储气型式。

③建议现行国家标准GB 50160--2008《石油化工企业设计防火规范》修订时，补充完善高压储气瓶(井)型式。

本文作者：胡筱瑗  张元荣  林萍  马鸿敬

作者单位：中国市政工程华北设计研究总院有限公司第四设计研究院

 中国市政工程华北设计研究总院有限公司第三设计研究院