煉油化工裝置中轉(zhuǎn)油線的設(shè)計(jì)與布置

徐君曄（中國石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計(jì)分公司，北京 100101）

煉油化工裝置中轉(zhuǎn)油線的設(shè)計(jì)與布置

徐君曄（中國石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計(jì)分公司，北京 100101）

本文結(jié)合某石化公司60萬噸/年連續(xù)催化重整工藝技術(shù)及開車方案，分析了60萬噸/年連續(xù)催化重整裝置轉(zhuǎn)油線管道布置以及支吊架設(shè)置方案的可行性；并詳細(xì)介紹了轉(zhuǎn)油線應(yīng)力分析中可能出現(xiàn)的正常運(yùn)行、開車、停車、緊急停車等工況，在此基礎(chǔ)上提出彈簧選型、支架設(shè)置的幾點(diǎn)注意事項(xiàng)。

UOP；催化重整；轉(zhuǎn)油線；管道應(yīng)力分析

某石化公司60萬噸/年催化重整裝置采用的是美國UOP公司的連續(xù)催化重整技術(shù)。本工藝具有低氫油比、低壓、高溫等操作特性。重整轉(zhuǎn)油線是指重整反應(yīng)加熱爐與重裝反應(yīng)器、重整進(jìn)料換熱器之間輸送工藝物料的管線。能否安全、經(jīng)濟(jì)、合理地進(jìn)行重整轉(zhuǎn)油線的布置、支架設(shè)置，主要取決于是否有效地考慮了各主要影響因素，如：管道壓力降、高溫、爐嘴受力及位移、反應(yīng)器與轉(zhuǎn)油線在正常運(yùn)行、開車、停車、緊急停車等工況對管道布置、支架設(shè)置的影響；是否按照管道應(yīng)力分析模型進(jìn)行管道支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

1 管道布置、支架設(shè)置的影響因素分析

1.1 壓力降對管道布置影響

由于本工藝要求四個重整反應(yīng)器串聯(lián)運(yùn)行并在低壓下操作，因此要求有較低的催化劑床層阻力降、管道壓力降及加熱爐爐管壓力降。在管道設(shè)計(jì)方面，為了滿足較小壓力降的要求，應(yīng)盡可能地采用的短而直的布管方式，在豎直管道上并沒有設(shè)置用于吸收管道熱漲的膨脹彎。

1.2 工藝過程對管道布置及支架設(shè)置的影響

在管道布置及支架設(shè)置時，應(yīng)至少考慮以下四種工況對管道布置及其支架設(shè)置的影響：

1.2.1 正常操作工況：在正常操作工況時，反應(yīng)器殼體、轉(zhuǎn)油線、爐管的溫度見設(shè)備數(shù)據(jù)表、管道數(shù)據(jù)表；

1.2.2 開車工況：在開車過程中，由于反應(yīng)器的催化劑具有一定的比熱容，在溫度升高的過程中需要吸收一定的熱量，使得反應(yīng)器殼體的溫度比反應(yīng)器入口轉(zhuǎn)油線溫度要低，每個反應(yīng)器入口轉(zhuǎn)油線比該反應(yīng)器殼體溫度大約高115℃。

1.2.3 冷卻工況：在冷卻過程中，重整進(jìn)料被切斷，氫循環(huán)繼續(xù)運(yùn)行，逐步降溫，此時反應(yīng)器內(nèi)重整反應(yīng)基本停止，每個反應(yīng)器入口溫度可認(rèn)為與該反應(yīng)器殼體溫度相近或者略低；

1.2.4 緊急停車：在緊急停車過程中，整個物流包括氫循環(huán)都被緊急切斷，反應(yīng)器與轉(zhuǎn)油線處于自然空氣冷卻狀態(tài)，反應(yīng)器由于大量催化劑儲蓄了大量熱量，所以每個反應(yīng)器出口轉(zhuǎn)油線比該反應(yīng)器殼體溫度大約低250℃，每個反應(yīng)器進(jìn)口轉(zhuǎn)油線比該反應(yīng)器殼體溫度大約低220℃。

1.3 轉(zhuǎn)油線進(jìn)料介質(zhì)狀態(tài)對管道布置、支架設(shè)置的影響

根據(jù)工藝參數(shù)，在正常操作工況時，管內(nèi)介質(zhì)是氣態(tài)，密度幾乎可以忽略不計(jì)。在彈簧選型時，一般是根據(jù)正常工況的管道自重+保溫重+管內(nèi)介質(zhì)重通過熱態(tài)吊零的原則進(jìn)行荷載選型的。根據(jù)UOP工藝操作手冊，我們可以知道重整開車時是在氫氣建立穩(wěn)定循環(huán)，反應(yīng)器溫度達(dá)到370℃以后才開始進(jìn)料（精制石腦油）；停車時是在停重整進(jìn)料后，繼續(xù)氫氣循環(huán)，慢慢降低爐子溫度，關(guān)閉爐子，關(guān)閉循環(huán)氫；緊急停車時是直接切斷進(jìn)出口。

1.4 爐子規(guī)范（API560）對管道布置、支架設(shè)置的影響

需要將超出規(guī)范的數(shù)值以及要求提交給具有專業(yè)分析能力的爐子制造商，在獲得他們許可的情況下，可以按雙方約定的數(shù)值設(shè)計(jì)。

2 管道應(yīng)力分析

首先對轉(zhuǎn)油線管道進(jìn)行應(yīng)力分析。將反應(yīng)器按無重剛性元件，爐管按實(shí)際約束進(jìn)行模擬，本管線應(yīng)考慮設(shè)計(jì)、正常、開車（2）、冷切（2）、緊急停車（2）共8個溫度工況。

2.1 風(fēng)荷載

豎直管道比較長，為了抵抗偶然荷載，需要設(shè)置導(dǎo)向支架，但是應(yīng)該注意的是導(dǎo)向支架不能太靠近反應(yīng)器進(jìn)出口管嘴，也不能太靠近豎直管道底部，否則將阻礙水平管道的熱漲，一般給予一定的導(dǎo)向間隙15-20mm。

2.2 冷緊

2.2.1 如果在豎直管線上做冷緊且豎直管道上設(shè)有彈簧的情況，在設(shè)計(jì)支架時，彈簧生根位置應(yīng)該在冷緊下標(biāo)高設(shè)計(jì)，現(xiàn)場安裝時，彈簧應(yīng)該在冷緊完成之后在冷緊后的標(biāo)高安裝；

2.2.2 如果在水平管道上做冷緊，冷緊不會對彈簧的豎直位移及安裝方式造成太大影響；

2.2.3 由于冷緊施工質(zhì)量及誤差，冷緊具有一個0.67的有效系數(shù)，所以需要增設(shè)L5-L6以便查看冷緊下受力和位移；

2.2.4 冷緊原則上并不能改變二次應(yīng)力的范圍，所以應(yīng)該按L28-L30的方式來校核管線二次應(yīng)力。

2.3 彈簧

2.3.1 在彈簧熱態(tài)吊零選擇荷載時，只需要對彈簧節(jié)點(diǎn)的參數(shù)設(shè)置，工作荷載38000N處可以不填任何數(shù)值，等程序選型完畢并根據(jù)實(shí)際廠家的彈簧表選出一個合適的工作荷載及剛度填入?yún)?shù)表中；

2.3.2 當(dāng)選擇完彈簧以及彈簧為位移后，應(yīng)考慮在彈簧節(jié)點(diǎn)模擬彈簧卡死以及頂死現(xiàn)象。在實(shí)際的彈簧已經(jīng)不能向下位移時，Caesar還認(rèn)為可以繼續(xù)按彈簧剛度往下位移，這必將造成熱漲被限制時無法發(fā)現(xiàn)或者無法知道真實(shí)的管嘴受力的情況；

2.3.3 彈簧安裝圖設(shè)計(jì)時，生根方式應(yīng)該使彈簧能過沿著水平位移的方向偏轉(zhuǎn)，原則上偏轉(zhuǎn)角度不能超過4度；

3 結(jié)語

在進(jìn)行管道設(shè)計(jì)、支架設(shè)置、應(yīng)力分析時應(yīng)充分考慮管道工藝過程以及特殊設(shè)備的各種特性、限制、要求；在進(jìn)行管道應(yīng)力分析模型模擬時應(yīng)充分考慮該限制能否真實(shí)地體現(xiàn)實(shí)際支架的限制作用以及實(shí)際的支架是不是與模型中的支架功能相同，會不會有其他方向的限制，而造成其他預(yù)想不到事故。重整轉(zhuǎn)油線的管道設(shè)計(jì)、支架設(shè)置、應(yīng)力分析是一項(xiàng)需協(xié)調(diào)多方過程的工作，應(yīng)切實(shí)地做到既要滿足生產(chǎn)要求，又安全、經(jīng)濟(jì)、可靠。

［1］張德姜，王懷義，劉紹葉.石油化工裝置工藝管道安裝設(shè)計(jì)手冊第一篇：設(shè)計(jì)與計(jì)算［M］.北京：中國石化出版社，2004. 17-51.

［2］GB/T 20801-2006，壓力管道規(guī)范工業(yè)管道［S］.

［3］唐永進(jìn).壓力管道應(yīng)力分析［M］.北京：中國石化出版社，2009.