千萬噸煉廠減壓轉油線管道設計要點淺析

梁振波 鄒彥娜（中國石油工程建設公司華東設計分公司，山東 青島 266071）

1 概述

近幾年國內新建煉廠都是千萬噸煉油、百萬噸乙烯規模的大型石化基地，新建煉廠已經實現了原油一次加工處理能力由500萬噸/年到1000萬噸/年的跨越。隨著裝置大型化的發展趨勢，管道設計難度也隨之升高。本文結合工程實踐，從管道選材、管道布置、管道應力分析等方面對大型減壓轉油線的設計進行了簡單剖析，而得出大型裝置中轉油線管道設計的基本理念和設計方法，使其更好的實現先進的工藝方案和路線，服務于生產。

2 管線布置

500 萬噸/年以下規模常減壓裝置減壓轉油線的操作溫度為385℃左右，為得到更多優質的蠟油以供應下游裝置，目前國內千萬噸常減壓裝置都采用減壓深拔技術，轉油線操作溫度為415℃左右；為防止部分介質在爐管內汽化，原來500萬噸/年規模裝置利用加熱爐爐管吸收轉油線熱位移的方案（如圖-1所示）已經不可行。

目前千萬噸煉廠減壓轉油線均采用了過渡段吸收熱位移的技術，典型的方案如如圖-2所示；過渡段的柔性的增加不僅吸收了蒸發段的熱位移，而且由于阻力增加，也不會出現加熱爐爐管內介質過早出現汽化的現象，即使爐管內介質溫度大于原常減壓裝置，也避免了爐管最后一段擴徑的方案；這與原來盡可能降低過渡段的長度、追求最低的壓力降的設計理念是完全不同的。

但為了防止過渡段管道介質流動阻力過大及因小半徑彎頭應力過于集中造成的應力超限問題，過渡段彎頭宜采用R=4DN-6DN的大半徑煨彎彎頭；另外大半徑彎頭也可以有效消除兩相流管線的震動隱患。

圖-1

圖-2

2.1 管道選材

2.1.1 主管段和分支段材料選用

轉油線選材主要的考慮因素是抗環烷酸及高溫硫化物腐蝕，以及高流速和紊流影響。

千萬噸煉廠的減壓轉油線主管道（低速蒸發段）主管段一般在DN4000左右，分支管段DN>800mm，主管段、分支段均應選用鋼板卷制焊接鋼管，不允許選用螺旋縫焊接鋼管；由于主管段已超出一般壓力管道的范疇，應按國家標準GB150-89《鋼制壓力容器》中的各項要求，與計算方法對轉油線的壁厚、加強圈、開口補強和支座等進行必要的強度計算。

根據加工原油屬性不同，轉油線應選用不同材質，以達到裝置長期安全操作的條件下盡量節省材料和和施工成本。

低硫（總硫<0.5%wt）低酸[酸值<0.5mg（KOH）/g]介質，宜選用20R鋼板，應符合GB6654標準要求；高硫（總硫≥0.5%wt）、低酸介質，宜選用20R+1Cr5Mo,20R+Ocr13A（405）或20R+00Cr19Ni11（304L）復合鋼板，應符合JB4733標準要求；低硫、高酸[酸值≥0.5mg（KOH/g）]介質，宜選用20R+OOCr17Ni14Mo2（316L）或20R+OOCr19Ni13Mo3（317L）復合鋼板，應符合JB4733標準要求；高硫、高酸介質，宜選用20R+OOCr17Ni14Mo2（316L）或20R+OOCr19Ni13Mo3（317L）復合鋼板，應符合JB4733標準要求；對加工原料特別惡劣的裝置，如委內瑞拉重油，復合鋼基材應選用1Cr5Mo。

2.2 過渡段材料選用要求

過渡段一般選用無縫鋼管和無縫管件，但與500萬噸/年規模煉廠不同,千萬噸級煉廠過渡段存在逐級擴徑的設計方案，隨著逐漸擴徑,很大比例的管道直徑已經超過DN500，大管徑部分采用碳鋼+3mm復合或堆焊的復合鋼管或者管件也是可以接受的；需要和經濟專業協作，綜合考慮采購和施工成本，再做決定是采用純材，還是采用復合鋼管。

過渡段材質的選擇可以參考低速段材質的選擇，在此就不再詳細論述。

轉油線這樣的選材就不可避免的出現異種鋼焊接的問題，常常需要將奧氏體不銹鋼和Cr-Mo鋼或內襯Cr-Mo鋼焊接起來。從材料工程的觀點看，如有可能，應避免此類焊接，因此在裝置的其它管道優先推薦異種鋼法蘭連接，但轉油線不推薦法蘭連接的處理方案。

異種鋼焊接具有潛在開裂敏感性。此類開裂與下列因素有關：奧氏體焊接材料和鐵素體鋼之間的融合線、局部硬化區域、高度敏化焊縫區域。焊后熱處理（PWHT）不會消除這些區域；甚至可能硬化其組織，因為在焊后熱處理（PWHT）過程中會產生碳轉移。該區域的形狀和延伸范圍取決于焊接參數，很難控制。

常規做法是在大約350℃，用不銹鋼焊條（焊絲）。但轉油線操作溫度遠超過350℃，由于奧氏體材料和鐵素體鋼之間的熱膨脹系數不同，熱疲勞成為需要額外考慮的因素。

這種情況下通常需要用高鎳合金焊條（焊絲）。與鐵素體材料相比，鎳合金材料之間的熱膨脹系數相差不大，而它們抗硫化物腐蝕性能比含鉻合金不銹鋼低得多。需要仔細控制硬度以防止應力腐蝕開裂（SCC）/氫脆破壞。

另外生產和檢驗要特別注意。每次焊接都應在現場進行獨立焊接工藝評定。評定和檢驗應經過焊接試件進行校核。對于Cr-Mo鋼和不銹鋼之間的連接，應在廠房內進行并制訂焊接“安全臨界點”的上限，避免在戶外進行異種鋼焊接。

因此千萬噸級煉廠轉油線推薦分段預制，現場組對。

3 應力分析

管道的應力計算在煉油化工配管設計中占有十分重要的地位，合理的配管設計可以使生產運轉安全，節省投資，節約能源，延長裝置生產周期和使用年限。

整個管系應采用CEASERⅡ進行計算分析，考慮到CEAS?ERⅡ的局限性，應力集中的大管件應采用有限元分析法進行強度校核，如褲裝三通和過渡段和蒸發段斜接處，并將管嘴推力提交設備專業，以便設備專業核算減壓塔強度，并對管嘴做適當不強。

與500萬噸/年常減壓裝置爐管吸收轉油線熱膨脹不同，這種情況下出現了過渡段柔性非常大的配管方案；此方案的缺點是增加了管線投資，而且又加大了動力損耗；并且過渡段由于逐級擴徑，介質已經開始汽化，避免兩相流引起的管道振動是應力分析必須考慮的因素，在保證管系安全的情況下盡量減少管道的彈簧支架，并盡量減少管道長度；千萬噸煉廠爐管不僅不吸收漲量，還給轉油線一額外的推力，因此必須將部分加熱爐爐管加入到CEASERⅡ的模型中。

4 結語

以上是本人千萬噸常減壓裝置減壓轉油線一些意見和見解，希望對初次接觸此類設計的人能有所幫助，起到向導的作用。

[1]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［M］.北京：中國石化出版社，2009.

[2]唐永進.壓力管道應力分析［M］.北京：中國石化出版社，2003.

[3]岳進才.壓力管道技術［M］.北京：中國石化出版社，2006.