關(guān)于哈薩克斯坦催化裂化裝置管道設(shè)計(jì)的思考

王志中

(中石化廣州工程有限公司，廣東 廣州 510620)

催化裂化裝置是最復(fù)雜的煉油工藝裝置之一，主要包括：反應(yīng)再生部分、分餾部分、吸收穩(wěn)定部分、主風(fēng)機(jī)部分、余熱鍋爐部分等。裝置的設(shè)備布置及管道布置方案涉及到工藝、能耗、安全、投資等問題。本文通過哈薩克斯坦三期243萬t/a催化裂化裝置在管道設(shè)計(jì)過程中的對比、總結(jié)、思考，為今后國外同類裝置的管道設(shè)計(jì)提供經(jīng)驗(yàn)和參考。

1 哈薩克斯坦管道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)以及與國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的對比

1.1 管道設(shè)計(jì)專業(yè)遵守的主要標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及特點(diǎn)

(1)哈薩克斯坦石油化工企業(yè)防火要求按照標(biāo)準(zhǔn)《石油加工和石油化工行業(yè)的企業(yè)、建筑物和構(gòu)筑物的行業(yè)消防設(shè)計(jì)指南》 ВУПП-88 執(zhí)行。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了石油加工和石油化工企業(yè)設(shè)備、建筑物、構(gòu)筑物的布置設(shè)計(jì)和消防安全等方面的要求。其中對設(shè)備、建構(gòu)筑物布置區(qū)域占地面積、消防等要求比現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn) 《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》 GB50160-2008要求嚴(yán)格。

(2)哈薩克斯坦石油化工企業(yè)管道布置按照標(biāo)準(zhǔn)《工藝管道使用的工業(yè)安全要求》執(zhí)行。該標(biāo)準(zhǔn)適用于石油化工工程中工作壓力范圍為0.001 MPa～ 320 MPa(表壓)，工作溫度范圍為-196 ℃-700 ℃，用于輸送氣體、蒸汽和液體介質(zhì)的金屬管道。內(nèi)容包括管道分類、管道材料選擇、管道布置、管道施工及驗(yàn)收等。其中支架的設(shè)置、焊縫間距等的要求相比國家現(xiàn)行石油化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《石油化工金屬管道布置設(shè)計(jì)規(guī)范》SH3012-2011、《石油化工有毒、可燃介質(zhì)鋼制管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》SH3501-2011要求嚴(yán)格。

1.2 哈薩克斯坦管道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的對比及分析

(1)裝置內(nèi)設(shè)備、建筑物區(qū)占地面積大小的限制對比。哈薩克斯坦標(biāo)準(zhǔn)ВУПП-88第6.49條對于裝置設(shè)備、建筑物區(qū)的占地面積規(guī)定："石油化工企業(yè)中А和Б類室外裝置設(shè)備區(qū)，其高度在30 m以下時(shí)，占地面積不應(yīng)超過5200 m2；其高度在30 m及以上時(shí)，占地面積不應(yīng)超過3000 m2。當(dāng)裝置面積較大時(shí)，可劃分為若干設(shè)備區(qū)，各區(qū)之間的凈距不應(yīng)小于15 m。此規(guī)定對于大型裝置設(shè)備平面布置的限制較大，使得設(shè)備布置的工藝合理性、占地面積影響較大。而現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB50160-2008第5.2.11條對于甲、乙類裝置內(nèi)部的設(shè)備、建筑物區(qū)的設(shè)置規(guī)定："應(yīng)用道路將裝置分割成為占地面積不大于10000 m2的設(shè)備、建筑物區(qū)；當(dāng)大型石油化工裝置的設(shè)備、建筑物區(qū)占地面積大于10000 m2小于20000 m2時(shí)，在設(shè)備、建筑物區(qū)四周應(yīng)設(shè)環(huán)形道路，道路路面寬度不應(yīng)小于6 m，設(shè)備、建筑物區(qū)的寬度不應(yīng)大于120 m，相鄰兩設(shè)備、建筑物區(qū)的防火間距不應(yīng)小于15 m，并應(yīng)加強(qiáng)安全措施。" 與哈薩克斯坦標(biāo)準(zhǔn)ВУПП-88相比，GB50160-2008對于裝置內(nèi)部設(shè)備、建筑物區(qū)占地面積限制較小，適合裝置設(shè)備布置大型化的發(fā)展趨勢。

(2)裝置內(nèi)設(shè)備、建筑物區(qū)寬度的限制對比。哈薩克標(biāo)準(zhǔn)ВУПП-88第6.50條對于裝置設(shè)備、建筑物區(qū)的寬度規(guī)定：“單獨(dú)的室外裝置或者其一部分，在構(gòu)架或設(shè)備高度小于18 m時(shí)，寬度不應(yīng)超過42 m；在構(gòu)架或設(shè)備高度大于或者等于18 m時(shí)，寬度不應(yīng)超過36 m”。現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB50160-2008第5.2.11條規(guī)定：“裝置內(nèi)設(shè)備、建筑物區(qū)的寬度不應(yīng)大于120 m”。此規(guī)定對大型裝置設(shè)備平面布置的限制較多，使得設(shè)備布置的工藝合理性難以保證、占地面積較大。與哈薩克標(biāo)準(zhǔn)ВУПП-88相比，GB50160-2008對于裝置內(nèi)部設(shè)備、建筑物區(qū)寬度要求更適合裝置大型化的要求。

(3)可燃介質(zhì)管道與建筑物、構(gòu)筑物的防火間距的對比。哈薩克斯坦標(biāo)準(zhǔn)ВУПП-88第5.7條規(guī)定；“輸送不同壓力的可燃?xì)怏w、液化烴、易燃和可燃液體管道與任何火災(zāi)危險(xiǎn)級別的生產(chǎn)廠房、倉庫、輔助房間及其它建筑物或構(gòu)筑物之間的最小距離要求為：壓力為6 Kg/cm2以下的管道不應(yīng)小于5 m，壓力為6 Kg/cm2及以上的管道不應(yīng)小于10 m”。

現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB50160-2008第5.2.1條中表5.2.1規(guī)定了不同火災(zāi)危險(xiǎn)類別的設(shè)備與建筑物(控制室、機(jī)柜間、變配電所、化驗(yàn)室、辦公室、倉庫、廠房)之間的防火間距。

與哈薩克斯坦標(biāo)準(zhǔn)ВУПП-88相比，GB50160-2008對可燃介質(zhì)管道與建筑物或構(gòu)筑物之間的防火間距則沒有具體的規(guī)定。該差異性對管道設(shè)計(jì)影響較小，對提高設(shè)計(jì)安全性的影響較低。

(4)裝置內(nèi)水噴淋或水噴霧系統(tǒng)的設(shè)置對比。哈薩克標(biāo)準(zhǔn)ВУПП-88第8.26條對于設(shè)備消防設(shè)施的設(shè)置規(guī)定；“可燃介質(zhì)立式設(shè)備在高度30 m以下的部分，應(yīng)采用固定式消防水炮和移動(dòng)式消防設(shè)施保護(hù)；在高度30 m以上的部分，應(yīng)采用固定式噴水設(shè)施保護(hù)”。現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB50160-2008第8.6.3條規(guī)定：“工藝裝置內(nèi)固定水炮不能有效保護(hù)的特殊危險(xiǎn)設(shè)備及場所宜設(shè)水噴淋或水噴霧系統(tǒng)”。與哈薩克標(biāo)準(zhǔn)ВУПП-88相比，GB50160-2008只對固定水炮不能有效保護(hù)的特殊危險(xiǎn)設(shè)備及場所提出了宜設(shè)水噴淋或水噴霧系統(tǒng)的要求，但因不具體，不易執(zhí)行。塔的高處未要求設(shè)固定式噴水設(shè)施保護(hù)。

(5)管道上管托設(shè)置的要求對比。哈薩克標(biāo)準(zhǔn)《工藝管道使用的工業(yè)安全要求》第217條規(guī)定：“所有管道都要設(shè)置管托”。現(xiàn)行石油化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SH3012-2011第13.1.2條規(guī)定：“有隔熱層的管道，在管墩或管架處應(yīng)設(shè)管托。無隔熱層的管道，如無要求，可不設(shè)管托”。與哈薩克標(biāo)準(zhǔn)《工藝管道使用的工業(yè)安全要求》相比，SH3012-2011只對有隔熱層的管道提出了設(shè)置管托的要求，而對無隔熱層的管道沒有強(qiáng)制要求。

(6)管道支吊架邊緣與管道焊縫間距的要求對比。哈薩克標(biāo)準(zhǔn)《工藝管道使用的工業(yè)安全要求》第79條規(guī)定：“管道支吊架邊緣與管道焊縫的間距當(dāng)DN≤50時(shí)不應(yīng)小于50 mm，當(dāng)DN>50時(shí)不應(yīng)小于200 mm”。現(xiàn)行石油化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SH3012-2011第13.1.16條規(guī)定：“支吊架邊緣與管道焊縫的間距不應(yīng)小于50 mm，需要熱處理的管道焊縫與支吊架的距離應(yīng)不小于焊縫寬度的5倍，且不得小于100 mm”。與哈薩克標(biāo)準(zhǔn)《工藝管道使用的工業(yè)安全要求》相比，SH3012-2011對于支吊架邊緣與管道焊縫間距的要求較為寬泛。

2 管道設(shè)計(jì)的思考

哈薩克斯坦催化裂化裝置原設(shè)備平面布置圖由國外設(shè)計(jì)方完成，并且通過了哈薩克斯坦國家建設(shè)委員會(huì)的審批及業(yè)主的認(rèn)可。原平面布置示意圖見下圖1所示。在詳細(xì)設(shè)計(jì)過程中，結(jié)合哈薩克斯坦石油化工企業(yè)防火規(guī)范及工藝包要求，我們對平面布置圖中的部分設(shè)備布置、防爆區(qū)域劃分，操作、檢修等進(jìn)行了改進(jìn)優(yōu)化，優(yōu)化的平面布置示意圖見下圖2所示。

圖2 優(yōu)化后的平面布置示意圖

2.1 本質(zhì)安全方面的一些思考及問題的解決方法

原設(shè)備平面布置圖中將富氣壓縮機(jī)組與主風(fēng)機(jī)組布置在了同一個(gè)廠房內(nèi)。由于富氣壓縮機(jī)組屬于可燃?xì)怏w壓縮機(jī)，而主風(fēng)機(jī)組操作介質(zhì)為空氣，機(jī)組防爆等級不同，若布置在同一房間內(nèi)，主風(fēng)機(jī)電機(jī)須采用防爆電機(jī)，同時(shí)也不利于防爆和非防爆區(qū)的劃分，本質(zhì)安全得不到保證，這樣的布置是不合理的且電機(jī)成本將大大增加。詳細(xì)設(shè)計(jì)設(shè)備平面布置圖中，將富氣壓縮機(jī)單獨(dú)布置在了一個(gè)廠房內(nèi)，位于防爆區(qū)，同時(shí)將主風(fēng)機(jī)和煙機(jī)布置在同一個(gè)廠房內(nèi)，位于非防爆區(qū)。經(jīng)過優(yōu)化，主風(fēng)機(jī)、氣壓機(jī)分別布置在不同的防爆區(qū)，主風(fēng)機(jī)電機(jī)設(shè)置為非防爆電機(jī)，這樣即提高了裝置安全性又節(jié)省了投資。

2.2 管廊設(shè)置不合理的分析及改進(jìn)

原設(shè)備平面布置圖1中僅有分餾部分和反應(yīng)部分之間的管廊-1能夠和系統(tǒng)管橋銜接。這樣的平面布置設(shè)計(jì)造成吸收穩(wěn)定部分的產(chǎn)品管道出裝置經(jīng)管廊-2、管廊-1需要繞行300米左右的距離，不僅造成管道的浪費(fèi)，原管廊設(shè)計(jì)寬度也不能滿足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)對整個(gè)裝置的能耗及投資均會(huì)增加很多。詳細(xì)設(shè)計(jì)過程中為方便物料和產(chǎn)品進(jìn)出裝置，將吸收穩(wěn)定區(qū)管廊-2西側(cè)的變配電間與主風(fēng)機(jī)區(qū)變配電間合并，管廊-2向西延伸與系統(tǒng)管橋銜接，這樣不僅解決了吸收穩(wěn)定部分產(chǎn)品需要繞行出裝置的問題，還解決了1#管廊管線布置過于密集的問題。優(yōu)化后的設(shè)備平面布置圖見上圖2所示。

2.3 變配電、機(jī)柜間布置不合理的分析及改進(jìn)

原設(shè)備平面布置圖中將裝置中的變配電、機(jī)柜間分別布置在了平面中的兩個(gè)不同區(qū)域。原變配電、機(jī)柜間平面布置圖見圖1所示。這樣的布置不利于工廠的智能化、一體化管理，并且由于變配電、機(jī)柜間要與周圍設(shè)備保持15m以上的間距，這樣的布置會(huì)增大裝置的占地面積。詳細(xì)設(shè)計(jì)過程中將整個(gè)裝置的變配電、機(jī)柜間房間布置在一起，靠近用電負(fù)荷中心布置，方便了工廠的智能化、一體化管理，節(jié)約了工廠占地。由于哈薩克斯坦建筑規(guī)范要求密閉房間內(nèi)需設(shè)通風(fēng)設(shè)施，兩個(gè)房間合并在一起節(jié)省了投資。優(yōu)化后的變配電、機(jī)柜間平面布置見圖2所示。

2.4 油漿蒸汽發(fā)生器及油漿泵布置調(diào)整分析及改進(jìn)

分餾塔底循環(huán)油漿泵工藝包要求靠近分餾塔布置，原設(shè)備平面布置圖中布置在距離分餾塔較遠(yuǎn)的檢修路對面分餾一區(qū)構(gòu)架底層，油漿蒸汽發(fā)生器布置在靠近分餾塔的地面，這樣的布置造成管線過長、壓降增大，增大了循環(huán)油漿泵的能耗。由于油漿管線中含有固體顆粒，管線過長易結(jié)焦，影響裝置的工藝操作穩(wěn)定性。詳細(xì)設(shè)計(jì)過程中為解決分餾塔底循環(huán)油漿泵距離分餾塔過遠(yuǎn)問題，將4臺(tái)循環(huán)油漿泵從分餾一區(qū)移位到分餾二區(qū)布置。這樣的改進(jìn)縮短了油漿線合金鋼管道的長度，節(jié)省了投資的同時(shí)也滿足了專利商工藝包的要求，并且給分餾一區(qū)熱油泵房節(jié)省出了空間，為其它熱油泵的布置提供了便利條件。

2.5 泵布置要求

哈薩克斯坦催化裂化裝置泵的布置與國內(nèi)催化裂化裝置不同，國內(nèi)泵一般布置在管橋下，泵頭需要布置在管橋外，檢修的時(shí)候考慮叉車檢修。哈薩克斯坦催化裂化裝置由于管橋下方不允許布置設(shè)備，泵一般布置在構(gòu)架底層，檢修的時(shí)候設(shè)置檢修吊車。對于泵布置構(gòu)架底層并設(shè)置檢修吊車的要求，增加了構(gòu)架的高度，消防不方便且增加了管道的繞行，不利于裝置大型化布置。

2.6 消防管道設(shè)計(jì)

哈薩克斯坦催化裂化裝置可燃介質(zhì)立式設(shè)備在高度30 m以下的部分，應(yīng)采用固定式消防水炮和移動(dòng)式消防設(shè)施保護(hù)；在高度30 m以上的部分，應(yīng)采用固定式噴水設(shè)施保護(hù)，設(shè)置了水噴淋系統(tǒng)。而國內(nèi)裝置除特殊要求外一般只沿塔設(shè)置消防蒸汽總管、各層設(shè)置軟管接頭。另外在可燃介質(zhì)的泵房、廠房內(nèi)要求設(shè)置消泡劑系統(tǒng)。這些與國內(nèi)裝置相比，塔、容器的消防比國內(nèi)更嚴(yán)格一點(diǎn)。另外哈薩克斯坦催化裂化裝置在構(gòu)架平臺(tái)、空冷平臺(tái)，以及生跟在地面高度7 m左右的平臺(tái)上設(shè)置消防炮，這樣的設(shè)計(jì)使得消防炮覆蓋的范圍更大，值得國內(nèi)裝置借鑒。

3 結(jié)論

裝置的設(shè)備平面布置首先滿足當(dāng)?shù)胤阑稹⒎辣?guī)范的要求，還需要滿足工藝設(shè)計(jì)條件，滿足業(yè)主操作、檢修和施工要求，滿足全廠總體規(guī)劃，適應(yīng)所在地區(qū)的自然條件，還應(yīng)力求經(jīng)濟(jì)合理，滿足用戶要求，最后還應(yīng)注意外觀美[1]。管道的布置國外規(guī)范要求合理的地方，我們在國內(nèi)裝置設(shè)計(jì)過程中也可以借鑒。從以上可以看出，裝置的設(shè)備平面布置、管道布置的合理性對整個(gè)裝置的安全運(yùn)行以及運(yùn)行成本等起著至關(guān)重要的作用。對于界面比較復(fù)雜的國外項(xiàng)目，在項(xiàng)目開始階段，要對設(shè)備平面布置不合理、管道布置不滿足工藝包要求的地方提出自己的意見，盡早進(jìn)行優(yōu)化，并報(bào)經(jīng)專利商和業(yè)主確認(rèn)。以哈薩克斯坦三期催化裂化裝置為例，項(xiàng)目開始階段我們盡量不調(diào)整FEED設(shè)計(jì)的設(shè)備布置、管道布置等，但在設(shè)計(jì)過程中，我們發(fā)現(xiàn)設(shè)備布置、變配電間設(shè)置、管橋布置等存在不符合工藝要求地方，經(jīng)過對設(shè)備布置、管道布置進(jìn)行了優(yōu)化，最終都得到了專利商及業(yè)主的認(rèn)可，為我們后面的詳細(xì)設(shè)計(jì)掃清了障礙且節(jié)省了投資。