加氫進料泵的管道設計

關麗麗

(中石化廣州工程有限公司配管工程室,廣東 廣州 510000)

催化加氫作為作為石油加工的一個重要過程，對于提高原油加工深度，合理利用石油資源，改善產(chǎn)品質(zhì)量，提供輕質(zhì)油收率以及減少大氣污染都具有重要意義。催化加氫主要分為兩大類：加氫精制及加氫裂化。加氫精制主要用于油品精制，其目的是除掉油品中的硫、氮、氧雜原子及金屬雜質(zhì)，使烯烴飽和，有時還對部分芳烴進行加氫，改善油品的使用性能。加氫進料泵用于將原料油升壓后送至加熱爐，在加氫精制裝置起到了關鍵性作用。合理的出入口管道設計，才能滿足加氫進料泵管嘴受力及力矩小于泵所能承受的力和力矩，是加氫進料泵以及整個裝置運行平穩(wěn)、安全的必要條件。下面以某項目130萬噸/年煤油加氫精制裝置為例，詳細介紹加氫進料泵的出入口管道設計。

1 加氫進料泵的平面布置

加氫進料泵一般采用露天布置，與原料油緩沖罐就近布置，以減小泵入口管道壓降。加氫進料泵及原料油緩沖罐均布置在管橋的同一側(cè)，統(tǒng)一美觀、便于檢修，并留有設備檢修及閥門操作空間。加氫進料泵與管橋之間留有一定的空間，滿足泵出入口管道的柔性布置及閥門的布置，設置泵入口管道上切斷閥的操作平臺，加氫進料泵平面布置圖見圖1。

圖1 加氫進料泵平面布置圖

2 加氫進料泵的出入口管道布置

2.1 泵的管道設計一般要求

(1)管道布置設計必須符合工藝管道及儀表流程圖(PID)的設計要求，并應做到安全可靠、經(jīng)濟合理，滿足施工，操作維修等方面的要求。

(2)盡量減少泵入口管道壓降，避免泵發(fā)生汽蝕。

(3)管道的柔性分析應滿足泵制造廠關于管嘴受力的要求。

(4)管道布置在泵的上方時，應有一定的高度，不能影響電機或泵體的吊裝。

2.2 泵入口管道的設計

入口管道采用步步低的設計原則，通過自然補償?shù)姆绞皆黾尤嵝裕M量減少管道長度及彎頭數(shù)量。泵入口采用頂進方式，入口切斷閥布置在高處，應考慮設置操作平臺。支吊架以滑動管托為主，跨距小于管道的允許跨距。入口管道的過濾器采用T型過濾器，必須安裝在90°拐彎處，并預留抽出金屬濾網(wǎng)空間。入口管道最后一個彎頭后有一段豎直段，此處支撐采用彈簧支吊架，避免因管道有豎直位移時導致管道脫空或頂死，從而造成相鄰支吊架或設備管口的受力增加。泵入口管道布置圖見圖2。

圖2 泵入口管道布置圖

2.3 泵出口管道的設計

泵出口管道分為兩路，一路將原料油升壓后送至加熱爐，另一路通過最小流量線返回至原料油緩沖罐。泵出口采用頂出方式，出口管道從泵嘴引至操作平臺設π型自然補償，并設置彈簧支吊架，從而可以吸收泵嘴初始熱位移和管線在垂直方向的熱位移，之后出口管道引至地面布置出口止回閥、切斷閥及最小流量線上相關閥門。出口管道壓力屬于設計壓力6MPa(g)的GC1管道，出口止回閥、切斷閥以及排空、放空閥均采用雙閥。最小流量線上調(diào)節(jié)閥前后壓差過大，流體流動的波動性較大，容易造成管道震動，因此要求調(diào)節(jié)閥后直管段長度不小于5倍管徑，同時閥后第一個支架為防振管卡。出口管道上支吊架除以上特殊使用的支架外，在管橋上主要采用滑動、導向、止推管托，在地面上采用彎管及水平管道用支架。泵出口管道布置圖見圖3。

圖3 泵出口管道布置圖

3 加氫進料泵的出入口管道柔性設計

加氫進料泵作為加氫精制裝置的敏感設備，應對其出入口管道進行詳細的應力分析。本次分析借助應力分析專業(yè)軟件——CAESAR II，通過持續(xù)荷載工況、純熱態(tài)荷載工況及操作狀態(tài)荷載工況下的應力分析，完成對管道一次應力、二次應力和管嘴受力校核。

3.1 柔性設計的一般要求

(1)管道上各點的二次應力值應小于許用應力范圍。

(2)管道對泵嘴的推力及力矩應在允許的范圍內(nèi)。

(3)管道的最大位移量應能滿足不使管道支吊架從支撐梁上滑落。

3.2 應力校核

輸入的主要參數(shù)如下：泵入口管道設計溫度150℃，設計壓力0.8MPa(g)，材質(zhì)為20#-GB9948，外徑273mm，壁厚7.8mm；泵出口管道設計溫度150℃，設計壓力7.1MPa(g), 材質(zhì)為20#-GB9948，去加熱爐管道外徑219.1mm、壁厚18.26mm，最小流量線管道外徑168.3mm、壁厚14.27mm。應力計算模型見圖4和圖5。應力結(jié)果見表1和表2。

圖4 泵入口管道應力模型

圖5 泵出口管道應力模型

各節(jié)點中出現(xiàn)的最大一次應力值/kPa許用應力/kPa比值/%泵入口管道36713.112580029.2泵出口管道33690.312300027.4

表2 二次應力分析結(jié)果

3.3 管嘴受力校核

根據(jù)API-610標準要求，應對離心泵管嘴進行受力分析，受力不應超過制造廠提供的允許值，具體數(shù)值按API-610中規(guī)定值的2倍進行校核。加氫進料泵管嘴受力見表3，從表中可以看出，泵所受的力和力矩小于允許值，受力合格。

表3 加氫進料泵管嘴受力

4 法蘭泄露校核

加氫進料泵出口管道屬于GC1管道，應該進行法蘭泄露校核。校核采用當量壓力法，在這種方法中，法蘭上的軸向力(F)和彎矩(G)用以下公式轉(zhuǎn)換為當量壓力(Pe)。

Pe=4F/πG2+ 16M/πG3

(1)

式中: Pe——由軸向力、彎矩共同作用下的當量壓力Pa；

F——法蘭所受的軸向力，N.m；

M——法蘭所受的彎矩，N；

G——墊片的有效直徑，m。

當量壓力與管道設計壓力之和應滿足下式要求:

Pe+ Pd≤Pr

(2)

式中：Pr——法蘭最大允許工作壓力，MPa；

Pd——管道設計壓力，MPa。

加氫進料泵出口管道設計溫度150℃，法蘭材質(zhì)為A105,查SH/T3406-2013中表A.5-2可知法蘭最大允許工作壓力Pr 為9.02MPa。管道設計壓力Pd為7.1MPa。根據(jù)式(1)將應力模型中最大軸向力及彎矩處法蘭數(shù)據(jù)代入后計算得出最大當量壓力Pe為1.63 MPa。由此得出Pe+ Pd小于Pr,說明法蘭不會泄露。

5 結(jié)束語

以某項目130萬t/a煤油加氫精制裝置為例，系統(tǒng)了闡述了加氫進料泵的管道設計，通過合理的平面布置、充分的柔性設計以及選用合適的支架等方式，結(jié)合應力計算軟件分析，最終使設計的管道經(jīng)濟合理、安全可靠，也為類似項目的管道設計提供的參考。