氧气充装设计

2007, 17(6) 王翰　　氧气充装系统工程设计　31

氧气充装系统工程设计

王翰　3　浙江省天正设计工程有限公司　杭州　310012

摘要　以有关规范为依据, 介绍氧气充装系统的工艺设计、总图及设备布置、配管设计、安装验收、

电气自控和充装安全等。

关键词　氧气　充装　设计

　　氧气在标准大气压下的液化温度为-183℃,

液氧属于低温液化气体, 为淡蓝色液体, 常温下会急剧蒸发。常见氧气充装钢瓶有两种流程:　　(1) 低温制氧机→高压常温气态氧→汇流排→氧气气瓶。　　(2) 液氧→液氧储罐→液氧泵→气化器→汇流排→氧气气瓶。　　相比之下, 少、1　氧气充装系统流程示意图

(3) 氧气钢瓶规格一般为40L /瓶, 最高充装压力为15MPa 。

1　工艺设计

111　流程简述

2　总图及设备布置

211　火灾危险性类别和耐火等级

　　液氧由槽车输入液氧储罐, 经液氧泵输送到

气化器气化, 气态氧通过管路经汇流排, 进行钢瓶倒排充装。同一组充装排分两支汇流排, 先将一支汇流排的气瓶卡好, 当充装至气瓶内压力达到5～8MPa 时完成对充装气瓶的检查, 对另一支汇流排已完成充装的气瓶拆卸, 并安装待充装气瓶, 前一支汇流排充装至压力达到1315MPa 时关闭阀门, 打开另一侧阀门。逐只关闭实瓶瓶阀, 将管余气排空, 卸下气瓶, 检验合格后即可出产品, 流程示意见图1。

112　设备选型

　　(1) 液氧储罐采用真空绝热, 有粉末真空

　　根据《建筑设计防火规范》G B 50016-2006、《氧气站设计规范》G B 50030-1991、

《氧气及相关气体安全技术规程》G B 16912-1997和《氧气安全规程》(冶金工业部【88】冶安环字第856号) 等规定, 氧气充装站火灾危险性类别为乙类, 耐火等级为二级。212　防火间距

　　氧气充装站与各类建筑之间的最小防火间距:①与甲类厂房间距12m, 与乙类厂房间距10m; ②与民用建筑、明火或散发火花地点间距25m; ③与厂外道路路边间距15m, 与厂内主、次道路路边间距分别为10m 和5m; ④与电力架空线间距115倍电杆高度; ⑤与容积为≤1000m 、1000～50000m 、>50000m 的湿式氧气储罐的间距分别

3

3

3

绝热和珠光砂真空绝热两种。液氧储罐内筒压力

一般为018MPa 和116MPa 两种。

　　(2) 气化器有蒸汽水浴或空气自然气化两种方式, 一般多采用空气自然气化器

。

为10m 、12m 和14m, 其中, 液氧储罐以1m 液氧折合800m 标准状态气氧计算。

3

3

3王翰　:工程师。1999年毕业于浙江科技学院化学工程专业。从事化工工程设计和安全评价技术咨询工作。联系电话:

(0571) 88362903

。

　32

　　　　CHE M I CAL ENG I NEER I NG D ES I GN

3

化工设计2007, 17(6)

　　液氧储罐的总储存量超过10m , 应布置在室外, 并采取防止日晒雨淋的措施。氧气储罐之间的防火间距不应小于相邻较大罐直径的1/2。液氧储罐与其泵房的间距不宜小于3m 。液氧储罐周围5m 范围内不应有可燃物和设置沥青路面。213　建筑

图2　“工”二“一”组合式隔爆防护墙

　　氧气充装站宜为单层建筑物, 层高不小于4m , 外围结构不需采取防爆泄压措施, 必须有不少于两个进出通道。若在同一建筑物中, 与氩气充装房等毗连, 应采用耐火极限不低于115h 的非燃烧体墙隔开。地坪要求平整、耐磨和防滑。门窗均应涂白色, 玻璃宜采用毛玻璃, 以防阳光直射气瓶。214　钢瓶储存

敷设时, 其管底至地面高度应不大于212m 。

　　(2) 当氧气管道穿墙等建筑结构时, 应加直径大于氧气管直径10～20mm 的套管, 并用石棉或其它不燃烧的纤维质材料填塞。

　　(3) 主要氧气管道的末端应加放散管, 以利氧气管道的吹扫和置换。汇流排上应有向室外排放的放散管线及阀门。氧气排放管应引至室外安全处, 4m 。32　　空瓶和实瓶区应设置高出室外地坪约1m ,

宽度约为2m 的气瓶装卸平台, 并设置大于平台宽度的雨篷。灌瓶区、度宜为115m 。, 须分开存放, 空瓶区和。215　充装台　　氧气充装站房充装台应设高不低于2m 、厚不小于200mm 的钢筋混凝土防护墙。　　(1) 设置隔爆防护墙目的:①隔离汇流排与阀门控制人员; ②隔离一支正在充装的汇流排和同一组另一支汇流排装卸气瓶的操作人员; ③隔离充装区域和附近人员活动区域。　　(2) 隔爆防护墙结构形式为“工”二“一”组合式。由一个“工”字形汇流排隔爆墙和两条“一”字形外侧隔爆防护墙组成。常用氧气充装站的一面实体外墙代替其中的一条“一”字形隔爆防护墙, 与一个“工”字形汇流排隔爆防护墙和另一条“一”字形隔爆防护墙组合而成。这种构成适用于两支汇流排平行布置, 两条“一”字形隔爆防护墙的外侧都可以设置为存瓶区, 安全防护充分, 结构紧凑, 见图2。

, 配管时应注意:

(1) 适度增大液氧储槽与液氧泵的相对位差, 以确保泵的进口压力高于操作温度对应的饱和蒸气压。一般储罐排液口至泵吸入口间的最小位差为115m 。

　　(2) 液氧泵的吸入管路应由液氧储罐排液口向下坡向泵进口, 并尽可能短、直和减少弯头, 以减小流动阻力造成的压降, 泵的入口应设波纹管和过滤器。

　　(3) 液氧泵至液氧储罐的脱气管路应向上坡向液氧储罐管口, 以确保气体迅速排入储罐。脱气管道的敷设一般分带液体阻止器和不带液体阻止器两种。

　　(4) 液氧泵进出口管路要考虑管路补偿, 以减小温差产生的应力。

　　(5) 加强液氧管路的保冷, 以防液氧因吸热而气化。31113　阀门

　　(1) 液氧泵的吸入管路和脱气管路应分别装设紧急切断阀。

　　(2) 氧气充装台外也应有紧急切断阀。　　(3) 氧气管道阀门的下游侧宜设长度不小于管外径5倍的直管段。312　管道材料31211　管道

3　配管设计

311　管道布置31111　一般要求

　　(1) 氧气管道尽可能架空敷设, 沿墙

、梁

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　　液氧管道采用无缝不锈钢管; 氧气气化充装

管路工作压力≥10MPa, 管材选用黄铜管。具体管道规格根据《流体输送用不锈钢无缝钢管》G B /T14976-2002、《铜及铜合金拉制管》G B /T 1527-1997和《一般用途的加工铜及铜合金无缝圆形管材外形尺寸及允许偏差》G B /T 16866-1997的规定来选取。

3

　　以气化器能力为300Nm /h, 氧气管道的氧气输送压力为1417MPa (氧气工作压力≥10MPa 时, 氧气管道的流速不应大于6m /s ) , 温度为0℃为例, 计算管道内径和壁厚分别为:

　　d =1818δ=　　

=1818Pv

=11mm

×6

及验收规范》G B 50236-1998要求, 不锈钢管

道焊接用钨极氩弧焊; 黄铜管道焊接用氧乙炔焊。

412　管道焊缝检验

　　管道焊缝严格按照《工业金属管道工程施工及验收规范》G B 50235-1997和《石油化工有毒、可燃介质管道工程施工及验收规范》SH 3501-2002规定进行分类检验。设计温度低于-29℃的低温管道和输送设计压力≥10MPa 可燃

流体管道的管道焊缝均应进行100%射线照相检验, 其质量不得低于Ⅱ级。设计压力

200[σ]φ200×4×1

式中, d 为管道内径, mm; Q 为气化器能力, 3

Nm /h; v 为管内流速, m /s; δ为管道壁厚,

2

mm; P 为管内介质工作压力, kg/c m ; D 2

外径, mm; [σ], ; 为焊缝系数, , mm 。　　根据G B /T -1997中铜管规格表, 因此选择氧气管道使用Φ24×6黄铜管。31212　阀门　　氧气充装站配备的防止可燃与助燃气体错装的防错装接头应符合《气瓶阀出气口连接型式和尺寸》G B 15383-1994的规定。　　氧气管道阀门应选用专用氧气阀门。氧气阀门工作压力>10MPa, 采用全铜基合金。各种直径规格的阀门有:QJT200-10型、QJT200-15型、QJT200-20型、QJT200-25型和QJG %4型、QJT150%4型、QF %2型。氧气管道中的切断阀宜采用明杆式截止阀和蝶阀(工作压力>011MPa 严禁采用闸阀; 工作压力>3MPa 禁用球阀) 。氧气管道上的安全阀应采用全启式安全阀。31213　连接方式　　除与设备、阀门连接处可采用法兰连接外, 氧气管道的连接应采用焊接。工作压力>10MPa 的氧气管道法兰用垫片应采用退火软化铜片。

1) ≤3MPa, 采用无, 试验压力为设计压力的1115倍。

　　(2) 设计压力>3MPa, 采用无油的洁净水作强度试验介质, 试验压力为设计压力的115倍。

　　(3) 奥氏体不锈钢氧气管道, 水压试验时水质中的氯离子含量不超过25g/m。414　管道气密性试验

3

　　氧气管道气密性试验用无油、干燥空气或氮气作试验介质, 试验压力为设计压力。气密性试验合格后, 用无油、干燥空气或氮气吹扫管道的流速不小于20m /s 。

5　电气自控

　　(1) 按照《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》G B 50058-1992, 氧气充装站为22区火灾危险区。包括液氧的氧气设备、管道上的

Ω。积聚液氧、液法兰间的跨接电阻应小于0103

空的各类设备、氧气管道应有导除静电的接地装Ω。一般设计中考虑防置, 接地电阻不应大于10

Ω。雷防静电接地电阻不大于1

　　(2) 液氧泵应设出口压力、轴承温度过高的声光报警和自动停车装置。

　　(3) 气化器后应设温度监测系统, 气化器出口的氧气温度应不低于0℃

, 并设置温度过低

4　安装验收

411　焊接要求

　　根据《现场设备、工业管道焊接工程施工

　34

　　　　CHE M I CAL ENG I NEER I NG D ES I GN 化工设计2007, 17(6)

报警液氧泵停车安全保护联锁装置, 以防液氧进入钢瓶。

　　(4) 汇流排须设置充装超压报警装置, 并设置温度报警装置, 当温度低于规定温度时发出声光报警。

充装时间不少于30m in 。612　安全设施

　　安全设施主要包括三大类:①安全阀和爆破片等安全泄压装置; ②温度、压力报警安全联锁停车等报警停车联锁装置; ③放散阀、止逆阀、防雷防静电接地、防爆墙等其它防护措施。

6　充装安全

　　氧气充装系统事故应从安全管理和安全设施两方面来预防。611　安全管理

7　结语

　　为保证氧气充装系统的安全性, 必须要在设

计、安装、管理和使用等方面做到规范、科学和合理。

参　考　文　献

　　1　黄建彬等1工业气体手册[M]1北京:化学工业出版

社, 2001

　　2　　春干1医用供氧技术[M]1北京:化学工业出版社,

2004

　　(1) 安全管理必须按照气瓶安全监察规程

(国家质量技术监督局质技监局锅发【2000】250号) 、气瓶安全监察规定(国家质量监督检验检疫总局令【2003】46号) 和《永久气体气瓶充装站安全技术条件》G B 17264-1998的要求, 审查登记考核获准后方可从事氧气充装工作。

　　(2) 度、、安全检, 并制定和定期演练安全应急预案。

3

　　(3) 气瓶的充气速度不得大于8m /h, 且

　G B -[S]

4-[S]5-1998, 永久气体气瓶充装站安全技术条件

[S]

　　6　张红兵等1化工管路手册[M]1北京:化学工业出版

社, 1988

(收稿日期2007-05-14)

国内最大焦炉煤气制甲醇装置在内蒙古建成投产

　　我国目前最大的焦炉煤气制甲醇项目———内蒙古庆华集团200kt/a甲醇装置, 已于2007年9月28日在内蒙古阿拉善经济开发区庆华循环经济工业园内建成投产, 该项目总投资21459亿元, 利用该集团的1000kt/a焦化装置产生的焦炉煤气, 是庆华集团庆华煤化有限责任公司煤化工循环经济产业链的配套项目, 工艺技术处于国际领先水平。该装置建成后, 每年可新增产值4亿多元。内蒙古庆华集团是一个集采矿、选矿、炼焦、煤化工和钢铁产业为一体的综合大型矿产资源开发企业, 也是一个跨国, 跨地区, 跨行业的民营独资企业, 是内蒙古自治区60户重点扶持企业和20家重点煤炭企业之一, 总部设在阿拉善盟府所在地巴彦浩特。

(汪家铭)

鄂尔多斯建设3000kt /a 煤制二甲醚项目

　　中国中煤能源股份有限公司、中国石油化工股份有限公司、上海申能(集团) 有限公司和内蒙古满世煤炭集团有限责任公司近日共同出资在内蒙古呼和浩特成立了中天合创能源有限责任公司, 兴建鄂尔多斯3000kt/a二甲醚项目。该项目是迄今为止我国规模最大的煤制二甲醚项目, 同时也是目前世界上生产规模最大的煤制醇醚项目。项目总投资

430亿元, 集煤炭、电力、煤化产品生产和管道运输为一体, 主体工程包括25000kt/a煤矿、4200kt/a甲醇、3000kt/a

二甲醚及其配套的热电联供电厂、鄂尔多斯至唐山京唐港产品输送管道和矿区铁路专用线等单项工程。该项目将采用当今世界最先进的工艺技术用甲醇生产清洁能源二甲醚, 现已被列为国家煤化工产业中长期发展规划的示范工程。

(汪家铭)

2007, 17(6) CHE M I C AL E NGI N EER I N G DESI G N

1

ABSTRACTS

Engi n eeri n g Co mpan i es Pl ay as Br i dges to Successfully Reali ze I ndustr i a li zati on of M odern Sc i ence and Technology

Yuan J ingy ong

Probe on P i pi n g Ma ter i a l Selecti on of A t mospheri c and Vacuu m

D istill ati on Un it Processi n g H i gh Ac i d i c Crude O il

L iu Hongling

　(S I NO PEC Luoyang Petroche m ical Engineering Corporation, Luoy 2

ang 471003)

　Analyze features of corr osi on of pi peline for high acidic crude oil of at m os pheric and vacuum distillati on unit, pr obe maj or princi p le for se 2

lecti on of p i p ing material .

　(East China Engineering Science and Technology Co . , LTD.

Shanghai Co m pany, Shanghai 200233)

　I n p r ocess of p racticing industrializati on of science and technol ogy

and technol ogy transit of colleges and universities and scientific research

organizati ons, engineering co mpanies p lay i m portant r ole as bridge, and their achieve ment should be recognized and highlighted by scientific and technol ogy lndustrializati on and technol ogy transit devel opment depart 2ments .

　Key words 　science and technol ogy industrializati on 　technol ogy transit 　engineering co mpany 　p lay r ole as bridge

O pti m i za ti on Tacti cs Based on Effecti ve Energy L oad

D istr i buti on M ethod

Guo Zhibin, et al

　Key words 　at m os pheric and vacuu m distillati on unit 　high acidic crude oil 　selecti on of pi ping material

Ma lfuncti on Analysis and Trea t men t for Jacket Tubes of Benzo i c Anhydr i de

Cao Jun

　(Shandong Q ilu Plasticizers Co . , L td . , Z ibo 255411) 　Jacket tubes are widely used in che m ical industries . Malfuncti on rati 2o is co mparatively high due t o transferring s pecial media . Analyze rea 2

s ons of the malfuncti on and p r opose measures of p reventi on .

　Key words 　jacket tubes 　on 　benzoic anhydride 　treat 2

ment method

O P i n e on O il Product Tank Yard

D ingyu

　(Che m ical College, Dalian University of Technology, Dalian

116012)

　Effective energy means useful porti on in the energy, of

the effective energy can reveal innate used pr ocess . The effective l oad effi 2ciency of effective energy m syste m s, but not related t o constructi syste m. The effective energy effi 2ciency -l oading diagra m gives nor mal method f or treating any p r ocess . The said method is used t o carry out pr ocess co mprehensi on f or syste m of manufacturing ethylene fr o m ethanol, and it make the efficiency of the effective energy of the syste m had been raised by 28. 8%s o as t o reduce needed effective energy by 21. 6%.

　Key words 　effective energy l oad distributi on method 　efficiency of effective energy 　pr ocess co mp rehensi on 　ethylene

Cr iti cal Process Technology Analysis for Syn theti c Aceti c Ac i d Based on Cel anese ’sM ethanol L ow Pressure Carbonyl Process

Tang Xiaoliang, et al

Design Institute, Q ingdao 266071)

oduce i m pact on energy consu mp ti on and invest m ent for pi peline connecti on ways of the oil p r oduct tank yard . Pr opose op ti m ized p i pe 2

line arrange ment separately after analysis and co mparis on .

　Key words 　oil p r oduct tank yard 　syste m pi peline 　invest m ent 　

energy consu mp ti on

D eter m i n a ti on of Fuzzy St a ti c Strength of the Fl a t

R i bbon -wound Pressure Vessels

L iu Xiaoning

　(W uhan Polytechnic College of Soft w are and Engineering, W uhan

430205)

　Analyze fuzzy static strength of the flat ribbon -wound pressure ves 2sels thr ough mathe matic statistics . It is verified thr ough calculati on of actual case . The accuracy of f or mula given in this article is quite high, and it can be referenced in the engineering design by relevant engi 2neers .

　Key words 　flat ribbon -wound p ressure vessel 　fuzzy static strength 　calculati on for mula

Eng i n eer i n g D esi gn for O xygen -f illi n g Syste m

W ang Hanyi

　(J iangsu Sopo Corporation (Group ) L td . , Zhenjiang 212006)

　Su mmarize devel opment hist ory of synthetic acetic acid pr ocess tech 2nol ogy based on methanol l ow p ressure carbonyl p r ocess, analyze Celan 2

ese’s relevant patents app licati on for synthetic acetic acid in recent 20years, intr oduce in detail pr ocess fl o w sheet and technol ogy features of AO Plus of Celanese, and pr opose do mestic acetic acid technol ogy de 2vel opment .

Key words 　acetic acid 　carbonyl p r ocess 　p r ocess fl o w sheet 　tech 2nol ogy features

Process O pti m i za ti on of N -Butyl Isocyana te

J iang Yutian, et al

　(Zhejiang Tianzheng Design &Engineering Co . , L td . , Hangzhou

310012)

　I ntr oduce p r ocess design, pl ot plan and equi pment arrange ment, p i p 2ing design, installati on and accep tance, as well as electrical and aut o 2

matic contr ol etc . for oxygen -filling syste m. 　Key words 　oxygen 　filling 　design

Co mpar ison and Selecti on of D esi gn Sche mes for N itrogen

Supply Syste m of L NG Rece i v i n g Ter m i n a l

Lv Zhir ong, et al

　(J iangsu Anpon Electroche m ical Co . , L td . , Huaian 223002)

　Study i m pact fact ors of l o w and high te mperature phosgenati on reac 2

ti on thr ough orthog onal test, decide best conditi ons thr ough stable test, opti m ize phosgenati on and distillati on p r ocesses s o as t o reach p r oduct purity of above 99. 9%.

　(A ir Che m ical Product (Fujian ) Co . , L td . , COONC, Putian

351100)

　I ntr oduce t w o kinds of existing design sche mes for nitr ogen supp ly

　Key words 　is ocyanate 　phosgene 　phosgenati on 　op ti m izati on