淺談苯酐輕組分塔配管設(shè)計(jì)

韋道宗

上海建安化工設(shè)計(jì)有限公司（上海　200437）

化工設(shè)備

淺談苯酐輕組分塔配管設(shè)計(jì)

韋道宗

上海建安化工設(shè)計(jì)有限公司（上海200437）

塔器單元是一個(gè)復(fù)雜的操作系統(tǒng)，管道是其中重要組成部分。針對苯酐項(xiàng)目物料的特性，依據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范并結(jié)合塔配管設(shè)計(jì)的一般原則，通過分析及闡述在工程設(shè)計(jì)中苯酐輕組分塔的配管設(shè)計(jì)，討論實(shí)際工作與理論的結(jié)合。

苯酐塔管道配管設(shè)計(jì)

0　前言

本文介紹了某萘法固定床制苯酐項(xiàng)目中的苯酐輕組分塔的主要配管設(shè)計(jì)。該項(xiàng)目的精制單元采用三塔連續(xù)精餾工藝，大致工序?yàn)椋悍磻?yīng)單元生產(chǎn)的粗苯酐由泵送至精制單元的預(yù)處理罐進(jìn)行預(yù)處理；預(yù)處理過的粗苯酐進(jìn)入輕組分塔從塔頂脫出輕組分；塔底重組分進(jìn)入純苯酐產(chǎn)品塔；純苯酐產(chǎn)品塔頂餾出產(chǎn)品純苯酐；塔底液進(jìn)入殘?jiān)M(jìn)行回收。

塔器是氣相與液相之間的傳質(zhì)設(shè)備，可分為精餾塔、吸收塔及解析功能塔等，按結(jié)構(gòu)又可以分為板式塔和填料塔。依據(jù)苯酐物理性質(zhì)及工藝經(jīng)驗(yàn)，苯酐輕組分塔宜采用板式精餾塔。作為塔操作單元系統(tǒng)中的重要組成部分，配管設(shè)計(jì)的合理性對項(xiàng)目的施工和生產(chǎn)的安全性非常關(guān)鍵。

1　設(shè)備布置

精制單元塔器布置于鋼結(jié)構(gòu)裝置中，三個(gè)塔器中心對齊，布置于裝置的南側(cè)，泵組等輔助設(shè)備布置于北側(cè)。將塔器面對輔助設(shè)備的區(qū)域規(guī)劃為操作區(qū)，原則上是作為操作面、維修及逃生通道設(shè)置的，塔器的有關(guān)閥門、儀表等主要設(shè)置在該區(qū)域；塔器另一側(cè)規(guī)劃為配管區(qū)。具體見圖1。

2　塔器管口方位的確定

圖1　精制區(qū)設(shè)備布置

塔器管口方位是由工藝要求、塔及塔內(nèi)件的詳細(xì)結(jié)構(gòu)決定的，配管專業(yè)在進(jìn)行配管研究后與設(shè)備專業(yè)進(jìn)行溝通得出合理的管口方位圖，使管線布置簡化、操作方便、檢修容易。按照確定管口方位的原則，首先確定人孔方位，輕組分塔布置在裝置的南側(cè)，人孔設(shè)置在塔體的南側(cè)并面對裝置外較為合理，這樣便于檢修和從框架南側(cè)吊裝塔內(nèi)件。然后確定比較大的應(yīng)力管道（如再沸器回餾口、塔釜底液出口、塔頂冷凝器進(jìn)出口）的方位，根據(jù)塔板的結(jié)構(gòu)形式和再沸器的布置，決定將再沸器連接的進(jìn)出管口方位布置在塔的東側(cè)并朝向再沸器；塔底出料管口引出塔裙外，其應(yīng)力計(jì)算如果滿足管道柔性要求，則布置在塔南側(cè)比較合理；塔頂冷凝器進(jìn)出口則分別布置在塔頂冷凝器的南、北向。其余小直徑管口根據(jù)工藝要求、塔及塔內(nèi)件的結(jié)構(gòu)，按照塔周操作區(qū)與配管區(qū)的分區(qū)合理布置。

3　塔器主要附屬管道的配管設(shè)計(jì)

塔器的附屬管道一般分為塔頂管道、塔體側(cè)面管道和塔底管道。塔頂管道包括塔頂氣相管線、安全閥進(jìn)出口管道、放空管道等；塔體側(cè)面管道包括回流管道、進(jìn)料管道、側(cè)線抽出管道、汽提蒸汽管道、再沸器入口和返回管線等；塔底管道包括塔底抽出管道和塔底排液管道等。

塔器配管設(shè)計(jì)的原則依據(jù)工藝管道及儀表流程圖進(jìn)行，滿足可操作性、安全性及防火規(guī)范要求。總體規(guī)劃按照管道在塔體的位置，自塔頂至塔底進(jìn)行。根據(jù)塔器管道的重要性，一般按塔頂管道、大管徑管道、自流管道、壓力管道、一般管道、塔底管道、小管徑管道的順序進(jìn)行管道走向的規(guī)劃。管道應(yīng)盡量短且滿足柔性要求，盡可能沿塔體集中在配管區(qū)，使配管美觀并便于設(shè)立支架。

3.1輕組分塔塔頂配管設(shè)計(jì)

輕組分塔的塔頂冷凝器與塔本體頂部法蘭相連，因此冷凝器管道可以認(rèn)為是塔管道系統(tǒng)的一部分。塔頂餾出的輕組分冷凝回流至最上層塔板后抽出。冷凝器的冷凝水回流采用自吸式進(jìn)入低壓汽包，工藝上要求管道盡量短且彎頭盡量少以減少管道阻力降。冷凝水管設(shè)計(jì)溫度為185℃，管徑為DN250。考慮到管道的熱膨脹，將冷凝水出口設(shè)置在冷凝器南側(cè)、管口對接法蘭直接焊接彎頭向上500 mm處，同時(shí)再設(shè)置1個(gè)彎頭朝南走管，由此形成一個(gè)垂直面的“Z”型管道。設(shè)置彈簧支架吊在直管段框架梁下，以消除冷凝器管口應(yīng)力。冷凝器與低壓汽包之間管道呈“U”型設(shè)置以增加管道柔性。利用框架柱子制作懸臂，使進(jìn)低壓汽包的直管段支撐于懸臂的彈簧支座上，彈簧支座經(jīng)計(jì)算選取具有合適承重能力及彈性模量的型號。通過改變管道走向以及設(shè)置合適的支架及彈簧支架解決了冷凝水管道的熱補(bǔ)償問題，對其進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算，結(jié)果滿足管道的柔性要求，具體見圖2。

3.2塔體側(cè)面的配管設(shè)計(jì)

3.2.1進(jìn)料管

進(jìn)料管內(nèi)的介質(zhì)是粗苯酐，其熔點(diǎn)為131～134℃，常溫下為固態(tài)，所以管道需要采用蒸汽夾套管伴熱，如果伴熱結(jié)構(gòu)不合理或伴熱效果差，會(huì)出現(xiàn)管道堵塞的情況，尤其是管道轉(zhuǎn)向處，一旦堵塞，清理工作非常困難，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐砷L時(shí)間停工，進(jìn)行檢修。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，粗苯酐管道采用夾套管伴熱時(shí)，管道轉(zhuǎn)向處不使用彎頭，而是采用管材焊接成的三通形式，其中一端用盲法蘭封住，當(dāng)發(fā)生物料堵塞時(shí)打開盲法蘭端對管道進(jìn)行清理。在配管設(shè)計(jì)成“■”型補(bǔ)償時(shí)，將需要使用四個(gè)三通，管系布置會(huì)占用很大空間。項(xiàng)目進(jìn)料管管徑為DN50，設(shè)計(jì)溫度為295℃，蒸汽夾套管管徑選用DN80，使用6.6 MPa(G)蒸汽伴熱。設(shè)計(jì)中對進(jìn)料夾套管重點(diǎn)優(yōu)先設(shè)計(jì)好走向，再考慮其他輔助管道；盡量減少管道轉(zhuǎn)向以減少三通的設(shè)置，柔性設(shè)計(jì)宜采用自然補(bǔ)償，同時(shí)注意留出轉(zhuǎn)向處三通的檢修空間。

圖2　低壓汽包回水管走勢

3.2.2再沸器的配管

塔釜回流液通過塔底循環(huán)泵送到用蒸汽加熱的立式再沸器加熱后，經(jīng)返塔線回塔本體中，管道具有溫度較高、管徑大、流速高的特點(diǎn)。配管時(shí)既要考慮管道柔性問題，還要滿足減少管道阻力降的要求。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，將再沸器靠近塔器本體布置，塔本體的返塔線管口方位朝西布置，正對再沸器；再沸器向上的出口與返塔線管口只用一個(gè)彎頭及兩根短管連接，呈“L”型，以使再沸器的返塔管線最短。再沸器以四個(gè)彈簧支座支撐在框架梁上，解決了返塔管道的熱補(bǔ)償問題。

3.3塔底的配管設(shè)計(jì)

塔底抽出液經(jīng)管道進(jìn)入輕組分塔塔底循環(huán)泵，管道設(shè)計(jì)溫度為260℃，管徑為DN300。出料管走勢圖見圖3。由于管道的設(shè)計(jì)溫度較高，配管設(shè)計(jì)要求管道進(jìn)行柔性設(shè)計(jì)以滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范的要求。另外塔底液抽出管道和泵相連，管道走向應(yīng)盡量短且少拐彎，以減少阻力降，同時(shí)還需有足夠的柔性以減少泵管嘴的應(yīng)力。設(shè)計(jì)中將抽出液管口設(shè)置在塔本體南側(cè)，管口對接法蘭直接焊接彎頭向西布置管道，管道利用框架梁設(shè)置支架，管道體系呈“U”型走向，消除抽出液管口應(yīng)力。抽出液管道在兩臺(tái)循環(huán)泵前自上向下翻，一分為二進(jìn)入兩臺(tái)循環(huán)泵，而且與泵前入口管道形成“L”型，泵前直管段采用彈簧支架支撐，以消除泵管口應(yīng)力。設(shè)計(jì)中通過與應(yīng)力專業(yè)的配合，改變管道走向并設(shè)置合適的支架及彈簧支架，以滿足管道柔性要求。

圖3　輕組分塔塔底出料管走勢

4　結(jié)語

塔附屬管道是塔器操作單元中的重要組成部分，合理的配管設(shè)計(jì)是塔器安全生產(chǎn)的保障。萘法制苯酐項(xiàng)目中苯酐為有毒介質(zhì)，且常溫下為固體，工藝管道需要夾套管蒸汽伴熱，這對管道專業(yè)提出了更高的配管設(shè)計(jì)要求。通過對苯酐輕組分塔的配管設(shè)計(jì)實(shí)例，總結(jié)出管道專業(yè)進(jìn)行配管設(shè)計(jì)時(shí)首先應(yīng)滿足工藝要求，同時(shí)遵循管道設(shè)計(jì)的一般原則，面對設(shè)計(jì)中的難題，與設(shè)備、管道材料及應(yīng)力等專業(yè)通力配合解決，使配管設(shè)計(jì)更合理。

[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)[M].3版.北京：中國石化出版社,2004：142-161.

[2]宋岢岢.壓力管道設(shè)計(jì)及工程實(shí)例[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007：297-314.

Brief Discussion on Piping Design of Light Components Tower for Phthalic Anhydride Production

Wei Daozong

Tower unit is a complicated operating system and pipelines is an important part in the system.According to the characteristics of materials for phthalic anhydride production,the design specifications,and the general principles of tower piping design,the combination of practical work and theory is discussed through the analysis and elaboration of the piping for the light components tower in engineering design.

Phthalic anhydride;Tower;Pipeline;Piping;Design

TQ205

韋道宗男1972年生本科工程師主要從事壓力管道設(shè)計(jì)規(guī)劃和現(xiàn)場施工配合工作

2015年7月