加氫處理裝置冷高分構架配管設計

王　莘

(中國石化工程建設有限公司 配管一室，北京　100101)

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加氫處理裝置冷高分構架配管設計

王莘

(中國石化工程建設有限公司 配管一室，北京100101)

根據加氫裝置工藝流程的要求及工藝設備的特點，結合設計經驗及建造時遇到的問題，對冷高分構架內循環氫脫硫塔及冷高壓分離器配管設計進行詳細論述和分析，總結了冷高分構架設計應注意的問題，并給出優化設計方案。

加氫；冷高壓分離器；循環氫脫硫塔；角閥；液位計

冷高分構架包含冷高壓分離器及循環氫脫硫塔，該組合裝置是加氫裝置的主要設備。冷高壓分離器既承擔著反應流出物氣液分離的任務，又是液相物流高/低壓轉換的界面；更重要的在于冷高壓分離器的壓力是加氫反應系統的壓力基準點，即是反應系統壓力控制的基準點，同時當裝置出現異常時，系統的緊急泄壓操作又源于此。因此，冷高壓分離器控制系統在加氫裝置中有著特殊的重要地位，其配管設計方案是否合理、現場儀表及控制系統可靠性的高低、控制品質的好壞、響應時間的長短等對加氫反應系統的平穩運行和安全生產起著重要的作用[1]。

1　工藝流程

裝置外來的補充氫由新氫壓縮機升壓后與循環氫混和。混和氫先與熱高分氣進行換熱，再和原料油混和。從熱高壓分離器分離出的液體(熱高分油)減壓后進入熱低壓分離器，進一步在低壓下將其溶解的氣體閃蒸出來。氣體(熱高分氣)先后與冷低分油、混合氫換熱，最后由熱高分氣空冷器冷卻至55 ℃左右進入冷高壓分離器，進行氣、油、水三相分離。分離后的氣相介質進入循環氫聚結器后進入循環氫脫硫塔進行脫硫脫胺。脫硫脫胺后的循環氫進入循環氫壓縮機。圖1為冷高壓分離器相關PFD。

1.1設備及構架結構布置設計

冷高分構架內主要包括循環氫脫硫塔、循環氫聚結器及冷高壓分離器。考慮設備附屬管道的布置，該構架布置方式分為兩種：

第一種方式：以中石化某公司1.8 Mt/a催化原料加氫處理裝置為例。針對冷高分構架的設計如圖2(1)所示。共設三層結構平臺，標高分別為EL3 200 mm、EL7 400 mm及以冷高壓分離器罐頂為構架頂平臺EL11 500 mm，再做兩層設備平臺，既循環氫脫硫塔設備平臺EL15 000 mm(該層平臺主要目的為上下平臺過渡，減少直接至頂平臺的高度。另一目的為方便操作附近管道的Y型閥。) 及設備頂平臺EL18 800 mm以設備梯相連。該裝置構架鋼結構頂標高為EL11 500 mm。

第二種方式：以中石化某公司1.8 Mt/a蠟油加氫處理裝置為例。針對冷高分構架的設計如圖2(2)所示。共設5層平臺，標高為EL3 500 mm、EL7 700 mm、EL11 800 mm、EL15 300 mm及頂平臺EL19 000 mm，并未設置循環氫脫硫塔設備平臺。構架可以分成兩個部分：冷高壓分離器部分構架高度至EL11 800 mm，循環氫脫硫塔部分高度至EL19 000 mm。

兩種方式相比較，第一種方式構架較低，相對更經濟。整體結構構架只搭設到11.5 m高，其余部分采用設備平臺結構。但是由于該設備為整體熱處理設備(熱處理設備為出廠一次成型熱處理裝置，現場施工時不允許進行焊接作業)，設備相關管道的支吊架及設備相關平臺梯子需要提前提出墊板條件，以便設備專業預制墊板。正是因為預設埋板原因，所以在設計階段及設備制造時要密切注意相關預制是否完成，以減少遺漏。第二種方式具有構架分層更詳細，操作方便，外觀更整齊等特點。設備相關管道的支吊架可以選擇構架平臺梁進行設置。不需要提前設置墊板，方便設計，值得推廣。

第二種設計方式的產生，是因為在設備鑄造階段設備廠商忽略了該循環氫脫硫塔設備應預留墊板，整體熱處理并發貨至現場后，現場施工單位在管道預制之后整體吊裝時發現與循環氫脫硫塔相連接的富氫管道安裝支吊架無法與設備相連，提出修改通知單返回設計單位。在弄清事情原由之后，配管專業內部進行了討論分析，總結了幾套整改方案并與設備專業及結構專業協商，最后修改為此方案。我們設計人員在設計階段資料修改及完善后對現場發布了修改通知單。將原設計方案改變為第二套方案。

3　配管設計

3.1冷高壓分離器上液位計及相關平臺的配管設計

冷高壓分離器(簡稱冷高分)液位控制系統在加氫裝置中有著十分重要的作用。冷高分主要是在較高壓力下將純度較高的循環氫氣體從冷卻到45 ℃以下的油氣水混合物中分離出來循環利用，避免循環氫帶液，同時還脫除反應產物中的部分水；液位過高使循環氫帶液，損壞壓縮機葉輪，液位過低時發生高壓串低壓，損壞低壓區設備和管道。更重要的是冷高分的壓力是加氫裝置反應系統壓力的基準點，即通過控制冷高分的壓力來控制整個反應系統的壓力。因此，冷高分液位控制對整個裝置平穩操作、安全運行起著最為關鍵的作用。工藝流程見圖3[2]。

1.8 Mt/a催化原料加氫處理裝置中冷高壓分離器上液位計及相關平臺的配管布置，如圖4所示。該套裝置所采用的冷高壓分離器上的儀表裝置共5組9套，其中磁浮子液位計1組共3套，均連接在設備同一連通管上。由于在同一連通管，所以設計時考慮將此套磁浮子液位計作為一個整體考慮，這樣的話在設計要求上，該液位計不可以穿平臺，所以我們可在整體平臺靠近冷高壓分離器液位計位置開孔，設計一個1 300 mm×1 700 mm的鏤空平臺，以方便觀測，并可以做到觀測的無縫連接。并且從EL3 200 mm 到EL10 000 mm平臺之間設計一組設備直梯用來觀測液位計數據及維修拆卸管件使用。

1.8 Mt/a蠟油加氫處理裝置中冷高壓分離器上液位計及相關平臺的配管布置見圖5。從圖5中可以看出，該套裝置所采用的冷高壓分離器上的儀表裝置共4組8套，其中磁浮子液位計1組共2套，連接在設備不同連通管上。該選擇不同于上一套裝置的布置方式，故該構架平臺在設計時考慮到不需要穿平臺布置，所以分上下兩層布置。這樣的布置方式減少了平臺中央開洞，增加起步梯和直梯，便于操作人員現場操作。

其他液位計配管布置：相對于磁浮子液位計，其他液位計如浮筒液位變送器、差壓液位變送器，在上述的兩套裝置冷高壓分離器上也都有不少的使用。液位測量采用雙法蘭液位變送器，測量范圍較大，溫度不是特別高，采用雙法蘭液位變送器測量準確、較為經濟、且維護量小，界位測量采用浮筒液位變送器，界位測量范圍較小，差壓值相應較小，浮筒液位變送器比雙法蘭精度高。但是相對來講這兩種變送器在配管設計上影響并不大，相對設計方式比較統一，以方便操作、便于觀測為主。

3.2角閥的配管布置

方式一：豎直安裝。本文中做比較的兩套裝置在冷高分構架內角閥的布置方式上采用同一方式。其中冷高壓分離器罐底分工藝管道及酸性含硫污水管道兩項分別引入冷低壓分離器做進一步反應。方式一解閥的配管布置見圖6。工藝管道P-11601，操作壓力為9.4 MPaG(G表示表壓)，操作溫度50 ℃，管道等級15CP13R，公稱直徑DN50 mm；含硫污水管道AW-11601，操作壓力為9.4 MPaG，操作溫度50℃，管道等級15CP13R，公稱直徑DN100 mm。經過角閥之后操作壓力降為2.6 MPaG。這兩根管道為冷高壓分離器罐底出口管道，其角閥安裝方式選擇豎直安置并且在角閥進出口處設置管墩，管道上設置防震管托。

方式二：水平安裝。另一種設計方式為水平式設計，出現在循環氫脫硫塔塔底出口管道MDEA-030101，管道等級為15CP13R，設計壓力10.5 MPaG，設計溫度250 ℃，操作溫度為60 ℃，操作壓力為9.4 MPaG，公稱直徑為DN200 mm。在經過角閥后壓力降為1.2 MPaG。角閥安裝為水平方式安裝，并在角閥膜頭處設置軟性支架支撐，角閥前后設置管墩及防震管托，如圖7。水平安裝節省空間，減少構架內部高度對其影響。但是由于角閥的性質，在角閥閉合時閉合不完全的可能性增加，由于壓降的影響會造成管道震動，熱膨脹效應也會影響到角閥法蘭處受力而使焊接處產生開裂。所以在角閥膜頭處的軟性支架是一定要設置的，并且要定期進行維護。如果空間夠的情況下盡量不使用水平安裝。

4　結束語

本文通過兩個石化項目的工程設計對比，從設備和結構布置設計方案、儀表液位計及相關平臺管道的設計，設備底角閥的設計三個方面，主要闡述了相關冷高分構架中的主要配管設計內容，對比得出在考慮經濟性及美觀性的情況下兩種構架設計方案的優劣勢。提出了針對不同儀表液位計的配管設計方案，并對角閥的管道設計進行了對比分析，認為在空間準許并滿足PID要求的情況下，角閥的安裝應盡量采用垂直安裝方式，以減少振動及受力對角閥的影響。由于冷高分裝置在整套加氫工藝裝置中有著特殊的重要地位，其設計方案是否合理影響著加氫反應系統的平穩運行和安全生產。希望本文能對以后的加氫裝置中冷高分構架的設計起到一定的指導和借鑒作用。

[1]寧學典. 加氫裂化裝置冷高壓分離器控制系統的設置及其安全性[J].煉油技術與工程，2005，35(7)：51-54.

[2]陶武軍. 淺析加氫裝置冷高壓分離器液位控制系統的設置[J].科技創新導報，2010(34)：50-50.

[3]張德姜，王懷義，劉紹葉.石油化工裝置工藝管道安裝設計手冊/第二篇:管道與器材(第四版)[M].北京：中國石化出版社，2009.

Piping Design of High Pressure Cold Separator Equipment Frame for Hydrogenation Unit

WANG Shen

(Piping Room One, China Petrochemical Engineering Construction Co.LTD., Beijing 100101, China)

According to the characteristics of the process of hydrogenation device request and the equipment process, this paper discusses and analyzes the detailed piping design and the frame design for recycle hydrogen desulfurization tower and high pressure cold separator. With experience in design and construction problems, the paper puts forward what should be paid attention to the problem of cold high architecture design，and gives the solution.

hydrogenation; high pressure cold separator; recycle hydrogen desulfurization tower angle valve；level gauge

2016-04-20

王莘(1987-)，男，河北承德人，中國石化工程建設有限公司配管一室工程師，主要從事煉化工程配管設計工作。

TE96

A

1008-9446(2016)04-0037-05