液氨储存方案的比较和选取

氨为无色、有刺激性辛辣味的恶臭气体，分子量17．03，比重0．597，沸点－ 33． 33 ℃ ，爆炸极限为 15.7% ～ 27.4% ( 容积) 。氨在常温下加压易液化，是生产改性硝酸铵、磷酸铵、硝酸磷肥等含氮肥料及尿素的基本原料， 一般以液态的形式从合成氨装置送到尿素装置。这就需要设置液氨储存设施， 以确保原料供应，为化工装置的连续生产创造必要条件。

1 氨库工艺流程简介
本次设计的库区的流程图如下:本次氨库设计中主要设备有液氨储罐、冷凝压缩机组、液氨泵等。
2 设计方案比较和选取
2．1 液氨储存方案
液氨的储存一般采用压缩、低温或两者结合的方法， 因此有三种储存工艺，即加压常温、加压低温和常压低温。国内通常将氨的这三种储存工艺称为全压力储存、降温储存和常压低温储存。

2．1．1 液氨的全压力储存
液氨全压力储存工艺就是液氨在储存时的温度与环境相同或相近，按照 TSG R0004 － 2009《固定式压力容器安全技术监察规程》中对常温储存液化气压力容器的设计压力的规定，取液氨储罐的设计温度为 50 ℃ ，对应的设计压力为 2.07 MPaG 。

2． 1． 2 液氨的降温储存
液氨降温储存工艺是利用制冷系统将液氨适当冷冻储存，相应降低了储存设备的设计压力以减薄其壁， 从而降低储罐的投资。例如: 将液氨的储存温度降到 20℃ 时，液氨储罐的设计压
力降至 0． 95 MPaG。
2． 1． 3 液氨的常压低温储存
常压低温工艺，则是将液氨冷冻至不高于它的沸点，使得液氨对应的气相压力与大气压力相同或相近， 从而可以采用常压容器装盛储存，以最大限度降低储罐投资。

2． 1． 4 液氨三种储存工艺的经济、技术比较
在液氨的三种储存工艺中: 全压力储存的工艺流程最简单，操作及运行费用最节省，公用工程依赖程度最低，但工程投资最高; 常压低温工艺虽其工艺流程最复杂， 对公用工程的依赖程度也最高，但其工程投资最少; 降温低压储存工艺的各项指标介于全压力储存与常压低温储存工艺之间［1］ 。三种液氨储存工艺对制造液氨储罐的钢材用量有很大影响，随着储罐的工作温度降低，储罐单位钢材用量可储存的液氨量显著增大。常温储罐每吨钢材用量可储存液氨2.75 t; 若温度降到 0 ℃ ，则每吨钢材用量可储存液氨10 t，储罐容量可达 250 ～4000 t; 若储存温度为 － 33 ℃ ，则每吨钢材用量可储存 40 t 液氨，储罐容量可达 20000 t 以上。按照工艺计算，本次设计的液氨储罐容积为10000 m3 ， 采用常压低温液氨储存方案，液氨储罐操作温度为 － 33℃。
2． 2 低温氨罐类型
常压低温液氨储罐可分为单壳壁罐， 复壳壁罐及复壁整体罐( 即内杯胆壳罐) 3 种基本类型。
从安全观点论， 上述前两种即单 /复壳壁罐是相同的， 复壳壁罐的外壁仅起支撑及保温层的作用; 若其内壁一旦破损即无法保证氨不发生外泄。复壳壁罐和复壁整体罐( 即内杯胆壳罐)
又都被称为双层常压低温液氨储罐。

2 .2.1 单层常压低温液氨储罐
单层常压低温液氨储罐由低温钢内壁、外保冷层和保护层构成。该罐与普通立式拱顶罐结构相似， 施工方法也相似。其结构简单，施工容易，投资费用小， 但保冷效果不好，罐内温度一般为 － 5 ～ － 45 ℃。
单层常压低温液氨储罐会出现雨水渗到壁板外面的保冷层，或者会结露而腐蚀壁板，使保冷效果下降。因此这种罐还比较少见。
2. 双层常压低温液氨储罐( 复壳壁罐储罐)
双壁式低温储罐其内壁储存低温介质物料， 必须选用低温钢。外壁保护保冷层，一般选用普通碳钢， 设计压力一般不超过17． 5kPa( 表压) 。双壁式常压低温液氨储罐的两层壁间采用珍
珠岩颗粒保冷层，保冷效果良好。

2． 2． 3 双层常压低温液氨储罐( 复壁整体储罐)复壁整体储罐亦称内杯胆壳罐， 这种罐体外壳具有较高的强度，足以保证在其内杯胆壁一旦破裂的情况下氨无泄漏而逸入大气。此外，此复壁整体罐设计上留有较大的蒸气空间以利于安全运行，即为操作人员在发生断电、事故及( 或) 大气压力波动等情况下提供足够的应变处理时间， 为抢修、点燃火炬等留下回旋的缓冲余地，避免或极大缓减严重灾难性的事故。
综合考虑投资成本和施工难度， 本次设计选取的液氨储罐为双层常压低温液氨储罐( 复壳壁罐储罐) ，外层为普通碳钢， 内层为低温钢，两层壁间采用珍珠岩颗粒保冷。本次设计储罐为
10000 m3 双层低温常压液氨储罐。参考国外同类项目， 设计储罐直径为 25000 mm， 高度23000 mm， 拱顶高 1200 mm。该储罐体积为 11290． 10 m3 ，总面积 2837． 25 m2 ，有效容积 10161 m3。

2． 3 冷凝压缩机的选择
冷凝压缩机主要有活塞式压缩机和螺杆式压缩机两大类。活塞式压缩机由运动机构、工作机构与机身三大部分组成。此外还有三个辅助系统，即润滑系统、冷却系统及调节系统。活塞式压缩机具有各类制冷压缩机难以取代的一些突出优
点: ①压力范围广，不随排气量而变， 能适应比较宽的冷量要求;
②热效率高，单位电耗相对较少; ③无需耗用特殊钢材， 加工比较容易，造价也较低廉［2］ 。
活塞式压缩机采用曲柄连杆结构， 活塞做往复运动， 存在着惯性力，因而机器转速受到一定限制。容量大式活塞直径大， 机器体积和重量都较大。并且由于存在易损零件较多，维修工作量大，运转时震动较大等缺点，所以在大容量范围内逐渐被螺杆式压缩机所取代。螺杆式压缩机一般即指双螺杆压缩机， 主要用于中低流量、
中的压力的场合， 适用于含尘、湿、脏的气体。螺杆式压缩机属于容积式压缩机，其流量基本不随压力的变化而变化。螺杆式压缩机按运行方式可分为无油螺杆压缩机、喷油螺杆压缩机和喷水螺杆压缩机。螺杆式压缩机具有结构简单，几乎没有易损零件，体积小，制冷量大等特点。可实现能量控制的无级调节，工作性能可靠，一般运转4 万小时才大修一次，运转时输气均匀，气流没有脉动［2］ 。计算机技术的发展，为螺杆制冷机的转子型线不断更新，新结构型式螺杆制冷机的出现， 是螺杆制冷机的效率得到提高的基础，在相同的使用条件下， 其功耗已低于活塞式制冷机。因此，螺杆制冷机的应用范围日益扩大。根据工程实际应用，本次设计使用的是单机双级螺杆压缩机组。

2． 4 低温液氨泵的选择
由于液氨操作温度为 － 33 ℃ ，因此，在设计时就必须考虑低温工况的特殊性。输送这种介质的泵就要求易于保冷，不能产生较大的温度波动，并且要具有有效措施提高有效汽蚀余量， 以
保证不会产生汽蚀。同时总体结构应力要求对称， 以便在冷态下能均匀变形，泵体也应具有较高的强度。现在使用的低温液氨泵主要有容积泵、卧式离心泵和立式筒袋泵。

选择低温常压储存工艺;
储罐形式选择双层常压低温液氨储罐( 复壳壁罐储罐) ，外层为普通碳钢，内层为低温钢，两层壁间采用珍珠岩颗粒保冷。氨压缩冷凝机组选择单机双级螺杆压缩机组。液氨输送泵选择立式多级筒袋泵。