催化裂化裝置中外取熱器上升管與下降管的管道設計

【摘 要】催化裂化裝置中外取熱器上升管與下降管的設計是催化裂化裝置設計中的難點。本文從管道選材，設備布置，管道規劃，應力分析，支架設置等方面詳細論述了外取熱上升管與下降管的管道設計。

【關鍵詞】催化裂化；外取熱器；升管與下降管；管道設計

由于催化裂化裝置為放熱反應，在催化劑的再生，燒焦過程中釋放出的熱量遠大于系統所需要的熱量，為了維持系統的熱平衡，過剩的熱量需通過外取熱器轉移出去（亦可使用內取熱，此處不詳述）。再生催化劑從密相段引出，進入外取熱器，加熱給水，使水汽化后將熱量帶出，催化劑冷卻后再回到再生器。給水汽化后汽水混合物經上升管進入中壓汽水分離器，汽水分離后，中壓飽和蒸汽進入系統，給水經返回管返回外取熱器重新加熱進入下一循環。

1.外取熱器與中壓汽水分離器的平面布置

按照要想取得理想的換熱效果，外取熱器應盡量靠近兩器（沉降器和再生器）布置。以揚子石化有限公司200萬噸/年催化裂化裝置為例，兩器中心線到外取熱器中心線距離為9.6米，而中壓汽水分離器布置在外取熱器外側，兩者中心線距離大約為11.5米。（見附圖一）。

附圖一

另一種典型布置方式為三角形布置。如高橋石化分公司上海煉油廠3#催化（140萬噸/年）改造項目，兩器中心線外取熱器中心線距離為9.5米，器壁間凈距為3.3米。中壓汽水分離器布置在外取熱器左側，設備間距離為12.2米。（見附圖二）。

附圖二

外取熱器與中壓汽水分離器間距以12米左右為最佳，不宜太遠或太近。太遠浪費占地與材料，且給管道支撐帶來困難；太近則不利于管道熱補償。中壓汽水分離器應優先考慮與外取熱器對中布置（即外取熱器中心線到中壓汽水分離器左右鞍座等距），以利于汽水管線的布置。但在具體設計中受客觀條件限制，有時不宜做到。揚子與高橋項目均是如此。

受推動力的影響外取熱器管嘴與中壓汽水分離器高度差應大于10米，一般在14-15米。外取熱器與中壓汽水分離器的水平距離與垂直距離之比也充分考慮到了管線的熱補償。

2.管道的壁厚與材料選用

外取熱器上升管與下降管的操作條件為255℃，4.22MPa。

管子表號=P/[σ]X10

管子表號=422X10.2/8.5X10=50.64，因此管子表號取sch60。

P——管內介質操作壓力，公斤/平方厘米。

[σ]——管子材料在操作溫度下的許用應力。

以目前典型的上升管為DN200，下降管為DN150為例，管道壁厚分別為10mm和9.5mm。

根據《壓力管道監察規程》當壓力超過4.0MPa時，管道材質選用20G。

3.上升管與下降管的管道設計與熱補償

外取熱器上升管與下降管的布置特點是管道數量大且密集。以揚子石化200萬噸/年催化裂化裝置為例，外取熱器為立式設備，直徑3.3米。34根上升管（管徑DN200）和34根下降管（管徑DN150）均從頂部封頭上抽出。中壓汽水分離器的上升管和下降管管嘴均為14，管徑分別為DN250和DN200。管道從外取熱器抽出后按不同標高分為4排，每排之間高差為3米。最下面一排和第三排為上升管，第二排和最上面一排為下降管；每排均為17根管線。四排管道分別在外取熱構架梁和中壓汽水分離器構架梁進入支撐后進入中壓汽水分離器構架。管道向上至中壓汽水分離器下層平臺（距放置中壓汽水分離器的平臺約5米）后安裝切斷閥，在此平臺支撐后“兩兩合一”接入中壓汽水分離器。參見附圖三，附圖四。

附圖三

附圖四

各上升管與下降管在外取熱器與中壓汽水分離器之間管道長度應盡量做到相等，以期獲得良好的汽水分離效果。但在實際應用中很難做到，可以通過調整個別管道以保證大多數管道長度相等或相近。同時為減輕中壓汽水分離器的壓力，上升管的水平管道應有不小于4度的坡度，坡向外取熱器，以使上升管中的水能夠自然流向外取熱器。

4.管道熱補償和支吊架設計

附圖五

由于外取熱器上升管與下降管的溫度與壓力較高（250℃，4.5MPa左右）。在進行管道設計時應充分考慮管道的熱補償。以高橋石化分公司上海煉油廠3#催化（140萬噸/年）改造項目外取熱器下層下降管為例（見附圖五），兩器基礎標高為8.5米，兩器及外取熱器均有襯里，壁溫大約為175℃，熱脹量為2毫米/米；下降管和中壓汽水分離器溫度250℃，熱脹量為3毫米/米。管系中A點的熱脹量為向上32毫米。E點的熱脹量為向下58毫米。管系垂直長度為18米而水平長度為12.5米，足以滿足管系的自然補償。計算機應力分析的結果也證明了這一點。設計中在B，C，D，F，G點設置了支架。由于這五個點均有熱位移（其中）所以都選擇了彈簧支架。上升管與下降管眾多的數量（個34根）造成了彈簧數量的眾多。高橋石化分公司上海煉油廠3#催化（140萬噸/年）改造項目共使用了384個彈簧。因此在設計中可將熱位移量和荷載相近的選用同一型號彈簧，以盡量減少彈簧規格，給采購和施工帶來方便。同時在設計中應將彈簧集中布置，即將彈簧成排布置在同一根梁上以便于施工和檢修。 [科]