百萬噸乙烯裝置廢堿框架的布置

陳秋香

（惠生工程（中國）有限公司，北京 100032）

乙烯—作為石油化工最基本的原料，是生產各種重要的有機化工產品的基礎，其市場需求不斷擴大，因而乙烯生產裝置的生產規模也在不斷擴大和提升。近年來，隨著乙烯生產能力不斷提高，國內百萬噸乙烯裝置不斷涌現，乙烯生產過程中從堿洗塔排出的含堿廢液即廢堿的處理量也增大。從乙烯裝置堿洗塔排出的廢堿液中通常含有Na2S，NaHS，Na2CO3，NaOH，Na2SO3，Na2S2O3以及硫醇等硫化物。同時，還伴隨部分烴類的冷凝聚合物，即黃油。因此，廢堿液的處理效果好壞對下游污水處理有著直接的影響。目前，乙烯裝置廢堿液的處理方法包括濕式氧化法、催化氧化脫硫法，而濕式氧化法又分為高壓濕式氧化法（HPWAO）、中壓濕式氧化法（MPWAO）和低壓濕式氧化法（LPWAO）[2]。處理方法不同，需要的設備以及所對應的設備布置也不同。下面針對采用高壓濕式氧化法的萬華化學100 萬t/a輕烴裂解制乙烯裝置中廢堿氧化單元廢堿框架的設備布置和管道布置的設計思路進行簡要介紹。

1 設備布置

1.1 占地面積的確定

乙烯裝置廢堿氧化單元位于整個裝置的東北角，南北長164m，東西寬約80m，單元內南北向管廊將整個單元分為東西兩側，東側為機柜間和變電所，西側為廢堿處理工藝流程涉及的框架、設備及管道。通過單元內東西向小管廊及裝置管廊西側與壓縮單元緊密相連，南側與爐區相連。

乙烯裝置廢堿氧化單元包括的主要工藝過程有：輕烴汽提、濕空氣氧化反應、放空氣水洗、酸堿中和，而廢堿框架則包含了前三個工藝過程。相應的主要設備包括：汽提脫烴塔C1722-1/2、廢堿氧化反應器R1731-1/2、水洗塔C1732以及相應的換熱器、泵等。

廢堿框架占地面積的確定，首先需根據工藝流程合理布置框架內設備，預留管道布置空間，緊湊而有序布置，減少占地面積；同時，要考慮到設備土建基礎承臺的大小，避免地下基礎發生碰撞，因此設備間距適當增大。經過配管研究和計算決定，廢堿框架南北向設置18m，東西向設置14m。

1.2 框架層數及層高的確定

對百萬噸乙烯裝置而言，汽提脫烴塔C1722-1/2和水洗塔C1732屬于細且高的設備，即直徑偏小高度偏大，布置時需考慮到支撐及操作平臺的可行性。同時，廢堿氧化反應器R1731-1/2人孔多、管線閥組多，布置時需考慮人孔處檢修平臺和閥組的位置。另外，框架內還需容納這些塔和反應器相應的分離罐、閃蒸罐、換熱器等。因此，經過詳細研究決定，廢堿框架，東西向分3軸，軸間距等分為7m，南北向分四軸，軸間距由北向南分別是8m、5m、5m。框架總層高18.2m，由北向南第一、二軸之間包含五層，由下至上包含的設備有廢堿氧化水洗循環冷卻器E1732、廢堿氧化冷卻器E1733-1/2、水洗塔C1732、廢堿閃蒸罐D1728、脫油廢堿加熱器冷凝罐D1727、脫油廢堿進料加熱器E1723-1/2等。第三軸與第五軸之間主要包含汽提脫烴塔C1722-1/2，此處框架的作用主要是方便汽提脫烴塔的支撐、檢修及附塔管線的布置，考慮到合理緊湊布置的原則，在此兩跨之間東西方向只保留東側框架。整個框架位于裝置內管廊西側，其東側包含四臺泵，北側為廢堿氧化反應器R1731-1/2。如圖1所示。

圖1 三維模型

圖1可以看出，汽提脫烴塔C1722-1/2和水洗塔C1732主要的支撐及操作平臺可借助框架平臺來實現。而對于反應器R1731-1/2的管線閥組較多難易布置的難題，在此處可利用框架PF EL+15.400層平臺來敷設。同時利用框架頂層平臺可集中布置反應器和塔等的頂部安全閥，減輕了安全閥組對相應設備的荷載。另外，為滿足業主要求單體框架結構與管廊聯合操作，本設計中將廢堿框架與管廊框架聯通，且反應器頂部操作平臺與廢堿框架也聯通，如圖2所示。

圖2 框架聯通示意圖

2 管道布置

管道布置必須符合工藝、管道及儀表流程圖（含P&ID和U&ID），在此基礎上，應統籌規劃，做到安全可靠、經濟合理、整齊美觀，滿足施工、操作和檢修等方面的要求。具體到不同設備，其相應的管道設計又有各自不同的要求。

2.1 廢堿氧化水洗循環冷卻器E1732、廢堿氧化冷卻器E1733-1/2等換熱器的管道布置

對于換熱器的管道布置，首先要考慮換熱器的抽芯空間以及管線上閥門儀表等的可操作性，如圖3。

圖3 換熱器管道布置

換熱器的循環水管線統一布置在換熱器南側，閥組位于可操作位置，進水回水管道均與地下循環水管道相連接。

對于換熱器的工藝介質管道，就近設置切斷閥和閥組，避免不必要的袋型，同時保證換熱器兩側操作通道的寬度不小于0.8m。

2.2 WAO反應器R1731-1/2的管道布置

WAO反應器R1731-1/2內部是塔盤結構，所以其管道布置與塔管道布置一致。首先將反應器周圍分為配管區和操作區，管道應布置在配管區，而人孔、梯子和儀表應布置在操作區，如圖4。

圖4 WAO反應器R1731-1/2的管道布置

廢堿液從反應器塔底進料，逐層經濕空氣氧化，每臺反應器共含有四組中壓蒸汽和空氣，每組中壓蒸汽和空氣管線均包含閥組、流量計和止回閥，且管線尺寸最大才3寸，所以此時閥組的布置和支撐成為重要考慮點。經過反復比較，將反應器布置在廢堿框架的北側，才使得問題有了解決方法。管口附近的止回閥和導淋利用塔平臺可操作，而閥組統一布置在框架EL15.400平臺上，既方便操作，也解決了支撐難題。

2.3 框架頂層安全閥等的管道布置

汽提塔、WAO反應器、脫油廢堿進料加熱器、過濾器等都含有安全閥組（圖5），并且分別都是配備兩個安全閥，因此安全閥的數量比較多。考慮到安全閥的管道布置要求：應直立安裝并靠近被保護的設備和管道，如不能靠近布置，則從被保護的設備和管道到安全閥的管道總壓降，不應超過安全閥定壓值的3%。安全閥宜設置檢修平臺等。所以將安全閥組集中布置在框架頂層，這樣既能滿足壓降的要求，同時也便于安全閥組的支撐、操作和檢維修。

圖5 安全閥組集中布置圖

3 結束語

隨著乙烯裝置生產規模的不斷擴大和提升，廢堿液的處理量將隨之增加，相應設備和管道布置問題將不斷出現，設備布置和管道布置設計人員應當正確把握設備和管道布置的基本原則，全面考慮，選擇最為合理的布置方案。