煉油化工裝置中轉(zhuǎn)油線的設(shè)計與布置

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

煉油化工裝置中轉(zhuǎn)油線的設(shè)計與布置

徐君曄（中國石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計分公司，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)置的幾點注意事項。

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、重整進料換熱器之間輸送工藝物料的管線。能否安全、經(jīng)濟、合理地進行重整轉(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)力分析模型進行管道支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

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，重整進料被切斷，氫循環(huán)繼續(xù)運行，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。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)器溫度達到370℃以后才開始進料（精制石腦油）；停車時是在停重整進料后，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。

2 管道應(yīng)力分析

首先對轉(zhuǎn)油線管道進行應(yīng)力分析。將反應(yīng)器按無重剛性元件，爐管按實際約束進行模擬，本管線應(yīng)考慮設(shè)計、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)計支架時，彈簧生根位置應(yīng)該在冷緊下標(biāo)高設(shè)計，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)點模擬彈簧卡死以及頂死現(xiàn)象。在實際的彈簧已經(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)或者無法知道真實的管嘴受力的情況；

2.3.3 彈簧安裝圖設(shè)計時，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

在進行管道設(shè)計、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地體現(xiàn)實際支架的限制作用以及實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、支架設(shè)置、應(yīng)力分析是一項需協(xié)調(diào)多方過程的工作，應(yīng)切實地做到既要滿足生產(chǎn)要求，又安全、經(jīng)濟、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)計手冊第一篇：設(shè)計與計算［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.壓力管道應(yīng)力分析［M］.北京：中國石化出版社，2009.