一、問題的提出
環(huán)氧乙烷常溫常壓下為無色易燃氣體,低溫時是無色易流動液體。環(huán)氧乙烷罐車一般為專用,設(shè)計壓力為 0.8MPa, 物料裝卸采用上裝上卸方式,裝卸過程需接氣相。
目前生產(chǎn)企業(yè)裝車一般有汽車衡過衡和質(zhì)量流量計兩種計量方式。
如以汽車衡過衡計量,因用戶卸車后的罐車內(nèi)帶有一定的壓力氣體,在裝運環(huán)氧乙烷時,車內(nèi)的氣體在充裝過程中會被液相環(huán)氧乙烷置換,造成實發(fā)量大于過衡量(交接量),生產(chǎn)企業(yè)的利益受損。
如以質(zhì)量流量計計量,質(zhì)量流量計的計量數(shù)據(jù)為生產(chǎn)企業(yè)的實發(fā)量,但對部分用戶而言,罐車內(nèi)為環(huán)氧乙烷與氮氣的混合氣體,在裝車過程中如操作方法不合理,易使混合氣體中環(huán)氧乙烷回至生產(chǎn)企業(yè)的廢氣處理,從而造成用戶實收量與交接量差量用戶的利益受損。
二、原因分析
1.用戶卸車采用兩種方式
①使用烴泵卸車:將罐車的氣、液相接口分別與儲罐的氣、液相接口連接,卸車后的罐車內(nèi)為儲罐內(nèi)混合氣體(環(huán)氧乙烷與氮氣)。
②利用氮壓力卸車:將罐車的氣、液相接口分別與接卸臺的氣、液相接口接好利用壓差卸料,卸車后的罐車內(nèi)帶有一定壓力的氮氣。
2.理論計算分析
(1)空罐車內(nèi)氣體質(zhì)量計算
①環(huán)氧乙烷的物理特性:環(huán)氧乙烷易汽化,常溫常壓下為無色易燃氣體,低溫時是無色易流動液體。沸點為10.7℃。不同溫度下環(huán)氧乙烷飽和蒸氣壓見表2-4-1
式中m--質(zhì)量,kg;
V--體積,m3;
p--罐車壓力(g),MPa;
t--溫度,℃;
M--氣體物質(zhì)摩爾質(zhì)量,g/mol。
②混合氣體的體積分數(shù)計算公式:
式中vi--環(huán)氧乙烷氣體占混合氣體的體積分數(shù),%;
ps--混合氣體中環(huán)氧乙烷平衡分壓,即飽和蒸氣壓,MPa;
p--罐車壓力(g),MPa。
以某物流公司罐車體積V=34.68m3,壓力p=0.3MPa,溫度t=(0-30)℃范圍工藝條件下,按照上述公式計算罐車中氣體質(zhì)量,見表2-4-2
說明:當罐車內(nèi)全為氮氣時,氣體質(zhì)量最小;當罐車內(nèi)混合氣體環(huán)氧乙烷達平衡壓力時,氣體質(zhì)量最大。
(2)裝車過程環(huán)氧乙烷回收量計算
通常,環(huán)氧乙烷裝車的介質(zhì)溫度均為-5℃,環(huán)氧乙烷裝車過程罐車氣相接裝車站氣相管線,并控制一定裝車壓力,當批量控制器輸入裝車量后,裝車的液相電動閥打開,開始裝車,罐車內(nèi)壓力升高,當高于控制壓力時,氣相閥打開(圖2-4-1)。
由于環(huán)氧乙烷氣體在低溫、高壓條件下易冷凝,因此在裝車過程中空罐車會有一定量的環(huán)氧乙烷冷凝。在不同操作條件下,冷凝量和回收量可進行如下理論計算:
根據(jù)實際裝車工藝條件,空車溫度為10℃混合氣體,在實際裝車過程中可冷卻至0℃左右,計算裝車過程冷凝量、回收量。
①冷凝量計算:
空車溫度為10.7℃的混合氣體在實際裝車過程中可冷卻至0℃左右條件。
根據(jù)表2-4-2中,10.7℃、0℃兩種狀態(tài)下,混合氣體中環(huán)氧乙烷差量即是冷凝量。
冷凝量=65.34-44.10=21.24(kg)
②裝車后氣體質(zhì)量計算:
某物流公司罐車體積34.68m為例,裝車后車內(nèi)氣體溫度為0℃、壓力為0.55MPa(g),氣體摩爾質(zhì)量見表 2-4-2。
按環(huán)氧乙烷物料罐車安全裝載率為80%,裝車后車內(nèi)氣體體積=罐車體積
x(1-0.8)=6.936(m)。
根據(jù)公式(2-4-1)計算裝車后氣體質(zhì)量,環(huán)氧乙烷和氮氣的混合氣體量約為60.94kg,其中環(huán)氧乙烷量為 14.32kgo
③裝車過程環(huán)氧乙烷氣體回收量計算:
裝車前罐車氣體中環(huán)氧乙烷量指在10.7℃條件下,混合氣體中環(huán)氧乙烷質(zhì)量; 裝車后罐車氣體中環(huán)氧乙烷量在 0℃條件下,混合氣體中環(huán)氧乙烷質(zhì)量。
環(huán)氧乙烷氣體回收量=裝車前罐車氣體中環(huán)氧乙烷量-裝車后罐車后氣體量環(huán)氧乙烷量-冷凝量=65.34-2124-14.32=29.78(kg)
裝車過程環(huán)氧乙烷冷凝量分析見表2-4-3。
(3)質(zhì)量流量計與汽車衡的數(shù)據(jù)理論差量分析
質(zhì)量流量計與地磅量理論差量=裝車前罐車內(nèi)氣體質(zhì)量-冷凝量-裝車后氣體質(zhì)量①裝車前空罐車全為氮氣條件下,則兩種計量方式理論差量最大。
根據(jù)表2-4-2,在10.7℃、0.3MPa(g)時,裝車前空罐車內(nèi)氮氣質(zhì)量為165.22kg。裝車后氣體體積6.936m3、溫度0℃、壓力0.55MPa(g),根據(jù)式(2-4-1)計算裝車后氣體質(zhì)量55.73kgo
最大理論差量=裝車前罐車內(nèi)氮氣質(zhì)量-裝車后罐車內(nèi)氮氣質(zhì)量=165.22-55.73=109.49(kg)
②如裝車前空罐車為環(huán)氧乙烷和氮氣的混合氣體,因裝車過程有環(huán)氧乙烷冷凝,則理論差量最小。
根據(jù)表2-4-2,在10.7℃、0.3MPa(g)時,裝車前空罐車內(nèi)混合質(zhì)量為188.98kg。裝車后氣體體積為6.936m3、溫度為0℃、壓力為0.55MPa(g),根據(jù)式(2-4-1)計算裝車后混合氣體質(zhì)量為60.94kg
最小理論差量=裝車前罐車內(nèi)氣體質(zhì)量-冷凝量-裝車后氣體質(zhì)量=188.98-2124-6094=106.8(kg)
理論差量分析見表2-4-4。
以上差量分析,僅對氣體壓力為0.3MPa(g)空罐車的裝車進行理論分析,不同壓力、不同車型、不同氣溫狀態(tài)差量也有所不同。
三、解決措施
①以質(zhì)量流量計的計量數(shù)據(jù)為生產(chǎn)企業(yè)實際發(fā)貨量,計量方式合理。但由于在裝車過程氣相需放至廢氣處理裝置,所以裝車時必須控制盡可能高的壓力,建議控制裝車壓力在0.4MPa(g)以上,采用低溫、高壓方法,將混合氣體的環(huán)氧乙烷冷凝,盡可能降低廢氣處理裝置氣體中環(huán)氧乙烷含量。
②因環(huán)保需要,裝車過程罐車內(nèi)氣體回至生產(chǎn)企業(yè)廢氣處理裝置,生產(chǎn)企業(yè)約有(29.78~44.13)kg環(huán)氧乙烷回收,雖然這些環(huán)氧乙烷回收價值遠不夠廢氣處理運行成本,但計量角度扣除這部分量應(yīng)是合理的。
③由于環(huán)氧乙烷裝車溫度為-5℃介質(zhì),停用時管線內(nèi)介質(zhì)溫度隨氣溫升高而升高,管線內(nèi)環(huán)氧乙烷易汽化,從而使質(zhì)量流量計產(chǎn)生較大計量誤差;質(zhì)量流量計內(nèi)的測量管溫度頻繁變化,易產(chǎn)生應(yīng)力,導(dǎo)致流量計零位漂移,所以建議裝車管線增加循環(huán)線,保證經(jīng)過質(zhì)量流量計介質(zhì)溫度穩(wěn)定,始終保持管線滿管,計量數(shù)據(jù)準確、可靠。
④因公路裝車有大批次、小批量、非連續(xù)性的工況特點,如有操作不當或工藝條件變化,易產(chǎn)生計量誤差,引起計量糾紛,因此對環(huán)氧乙烷裝車應(yīng)以質(zhì)量計量計數(shù)據(jù)交接、汽車衡數(shù)據(jù)比對,根據(jù)實際工藝操作條件,設(shè)置合理的差量范圍。如超出此差量范圍,應(yīng)及時查找原因,及時糾錯,保證每批次的計量數(shù)據(jù)準確、可靠。
⑤個別用戶原用氮氣卸車,氮氣卸車會造成該公司環(huán)氧乙烷儲罐內(nèi)壓力升高,當升至一定壓力時儲罐內(nèi)氣體需放空。因為環(huán)保上不允許,故改用儲罐內(nèi)混合氣體卸車。但儲罐無保冷及制冷設(shè)施,卸車后的空車內(nèi)為環(huán)氧乙烷和氮氣的混合氣體,這部分環(huán)氧乙烷在下個車次裝車過程中冷凝,而目前用戶的卸車方式不同、同一車又給不同用戶運輸,這部分環(huán)氧乙烷冷凝量可能間接留給其他用戶。所以用環(huán)氧乙烷儲罐混合氣體卸車的用戶,相對氮氣卸車的用戶而言,卸車時環(huán)氧乙烷損耗相對較大,環(huán)氧乙烷實收量與提單量(交接量)差量大,建議這部分用戶適當增加保冷及制冷設(shè)施投資,或者實行專車專運。
⑥因環(huán)氧乙烷罐車采用上裝上卸方的操作方法,選用性能好的泵尤其重要,以保證卸車干凈。
四、應(yīng)用效果
某公司環(huán)氧乙烷裝車以質(zhì)量流量計計量,扣除企業(yè)回收量后,質(zhì)量流量計與汽車衡差量約90kg。對生產(chǎn)企業(yè)10x10t環(huán)氧乙烷裝置而言,每年可避免 360t環(huán)氧乙烷損失。同時,客戶改變卸車方式、專車專用后,實收量與提單量基本一致,保證計量公平、公正。