催化裂化及DMTO裝置中主風機的布置和管道設計

岳 亮

(中石化廣州工程有限公司，廣東 廣州 510000)

催化裂化與DMTO裝置有許多相似之處，其中主風機在兩類裝置中都是關鍵設備，為催化劑再生提供空氣。由于其為高速運轉的機械，主風機進出口管嘴的受力及力矩有嚴格要求，因此機組的布置和管道設計尤為重要，將直接影響到裝置的安全生產和長周期運行。

由于催化裂化和DMTO的原料、反應機理等不同，造成DMTO單位時間內催化劑上積碳較少，因此用于催化劑再生所需的主風量較小。一般情況下，催化裂化多用軸流式主風機，DMTO多用離心式主風機。

軸流式主風機效率高，流量大時運行經濟性高，但結構復雜，防喘振管道設計復雜，進口還需加裝空氣過濾器。離心式主風機結構簡單，維護成本低，但效率低，流量大時運行經濟性差。

催化裂化中軸流式主風機采用煙氣輪機驅動，廠房的布置要考慮三機組或四機組的布置。DMTO中離心式主風機采用電機驅動，布置較為簡單。

1 主風機廠房的布置

如圖1和圖2所示，廠房內一般布置一開一備兩臺主風機，主風機機組由壓縮機和驅動機組成。除了考慮機組的布置以外，還需要考慮機組附屬設備的布置，附屬設備一般包括潤滑油系統、空氣過濾器及各類消聲器等。

圖1 催化裂化裝置主風機廠房布置Fig.1 Layout of main air blower in FCC

圖2 DMTO裝置主風機廠房布置Fig.2 Layout of main air blower in DMTO

(1)主風機及其附屬設備的布置應滿足制造廠的要求，可參照制造廠提供的圖紙進行布置。機組附近應有供檢修和消防用的通道，與通道邊的距離不應小于5 m[1]。

(2)機組布置在廠房內，一般設置為半敞開式廠房，如在寒冷或多風沙地區可設置為封閉式廠房。機組與廠房墻壁的凈距應滿足安裝和檢修的要求，并不應小于2 m。另外，如果設置為半敞開式廠房，在寒冷地區應注意潤滑油站和高位油箱宜單獨設置封閉式廠房，并采取供暖措施，以保證管道內潤滑油的流動性。

(3)主風機廠房應遠離有防振要求的精密設備車間和化驗室。宜布置在空氣比較清潔的區域，位于裝置全年最小頻率風向的下風側。

(4)主風機的進出口一般為下進下出，并且附屬設備較多，所以廠房宜兩層布置。層間距應滿足制造廠和管道布置的要求，且不應小于4 m。

上層平臺布置機組，并設置檢修平臺和吊裝孔，檢修平臺的均布荷載應按機組最大檢修部件的重量計算。檢修平臺和吊裝孔的尺寸也應按最大檢修部件的尺寸來計算。兩臺機組可共用一塊檢修平臺。檢修平臺上方不得布置任何設備和管道。

下層地面層一般布置進出口管線，潤滑油站及其他附屬設備。吊裝孔的下方與道路相連，其空間應能保證檢修車輛正常進出。

(5)主風機基礎應與廠房的結構基礎分開，也應與附屬設備的基礎分開，防止主風機的振動對廠房或者其他設備造成影響。基礎周圍應留有輔助管道布置的空間。

主風機基礎的高度，除了滿足附屬設備的安裝要求以外尚應滿足下列要求：進出口連接管道與地面的凈空要求，進出口管道直管段的要求，與管廊上管道的連接高度要求[2]。

廠房內不同機型的機組，基礎高度宜相同。

(6)主風機廠房一般設置有橋式吊車。吊車的軌頂標高主要取決于機組安裝、檢修所需的起吊高度，吊車主鉤距機組軸中心線的高度應大于制造廠所規定的機組最小起吊高度。起吊高度H的計算方法如下：

H=h1+h2+h3+C

式中：h1——障礙物最高緣的高度，m

h2——吊荷物體的高度(包括托架)，m

h3——三角形吊繩的垂直高度,h3=B·Sin60°，m

B——被吊最大部件的最大寬度或吊耳間距，m

C——吊起時的富裕高度，≥0.5 m

吊車有死點位置，設計時應按死點位置留出空地和確定吊裝孔的位置。吊車在吊車梁上運行時，如果有其他設備位于運行路線的邊緣上，可在合適的位置設置車擋。

對于催化裂化裝置而言，由于煙氣輪機的出口有壓力平衡型膨脹節，膨脹節本身高度較高，因此吊車高度也會較高。

在確定吊車高度的同時，還需考慮操作吊車需要的通道，一般可從廠房外的平臺到達吊車所在的位置。

(7)潤滑油站盡量靠近機組布置，并留出操作空間和油冷卻器的檢修空間。油站宜靠近回油總管較低的一端。油站四周設置地溝，含油污水排至地下污水管網。

(8)高位油箱的布置首先應滿足制造廠安裝高度的要求，當潤滑油泵故障時，可以滿足向機組供油的壓力。如未規定其安裝高度，可按下述原則確定：高位油箱進口法蘭距機組軸中心線的垂直距離不應小于6 m。高位油箱一般布置于廠房外的構架上，應設平臺和梯子，在條件允許的情況下，盡量遠離主風機的進氣口，避免互相影響。

(9)由于軸流式主風機的葉片對灰塵的污染敏感，進口應設置空氣過濾器。過濾器一般設置在廠房外的構架上較高的位置，因為空氣中含塵量隨著高度增加而減少。同時應設平臺和梯子，滿足過濾器的檢修要求。在兩類裝置中，過濾器都應遠離催化劑罐和催化劑裝卸設施。

對于離心式主風機而言，在多風沙、空氣質量較差的地區，應設置空氣過濾器，在空氣質量較好的地區，可不設置過濾器，可設置風帽、濾網等簡易措施。

過濾器或者風帽等均宜高于廠房房檐。

(10)離心式主風機一般由電機驅動，因為其比蒸汽輪機方便且穩定。催化裂化裝置中采用三機組或四機組布置，煙氣輪機作為原動機來驅動軸流式主風機，而電動/發電機是作為啟動電機或發電用。廠房內需要考慮電氣和儀表槽盒的布置，二者應分開布置，避免信號受到干擾。電機所用的動力電纜較粗，彎曲半徑較大，在布置時應考慮電纜進出的位置是否受到影響。

(11)防喘振放空消聲器應該遠離進口空氣過濾器布置，間距不小于4 m，防止熱風循環。放空消聲器的出口應高于廠房房檐2.2 m。

喘振是透平壓縮機固有的特性，是指在低流量條件下不穩定的狀態。軸流式主風機一般配置兩臺防喘振閥，喘振對軸流式主風機的危害遠大于離心式主風機。

2 主風機組管道的布置

主風機組的管道主要包括進出口的管道，防喘振管道以及潤滑油系統的管道。主風機組周圍的管道不應影響機組的吊裝和檢修，并留有檢修空間。

進出口管道的布置，在滿足熱補償和管嘴允許受力、力矩的條件下，應使管道短，彎頭數量少，以減少壓降[3]。

主風機進出口管嘴一般朝下，機器運行中，自機器中分面至出口法蘭向下的熱脹量均應由管道上設置的膨脹節吸收。出口管道溫度比進口管道溫度高，出口管道應更具有柔性。

另外，主風機的出口管道上應設置止回閥，出口管道總管上也應設置止回閥，且應靠近反應-再生設備，以防止主風機切換或事故停機時催化劑倒流回機體內。

在與主風機制造商談判時，應注意：當主風機管嘴公稱直徑小于工藝管道時，二者級差應小于等于2級。公稱直徑小于DN500時，每50為一級，公稱直徑大于等于DN500時，每100為一級。核算綜合受力時，單個管嘴允許受力、力矩值應為API617規定的1.2倍或NEMA規定的2倍，合成到進口中心處的允許受力、力矩值應為API617的1.5～2倍。

2.1 主風機進口管道

圖3 催化裂化和DMTO主風機進口管道Fig.3 Inlet of Main Air Blower in FCC and DMTO

(1)主風機進口管道布置應有利于流體的均勻分布，進口法蘭前需設置一段直管段，直管段的長度一般為3～5倍的DN。

(2)進口管道的長度應滿足流量計的直管段要求。一般采用阿牛巴流量計，占用空間小，對前后直管段要求不高。也有用內藏式文丘里流量計，本體較短，對直管段要求也不高。

(3)進口管道管徑一般比較大，當DN≥500時，需設置人孔，當DN<500時，需設置法蘭短節，以便開機前安裝臨時過濾器，檢查和清掃管道。

(4)軸流式主風機自身可以調節進氣流量，而離心式主風機進口管道需要設置調節閥來調節，因此需要考慮調節閥的布置。

(5)軸流式主風機進口管道一般還需要考慮消聲器和整流柵的布置，離心式主風機則不用。

(6)軸流式主風機進口管道內壁應噴涂環氧樹脂防銹涂料。

(7)進口管道為常溫管道，本來不用保溫，但是為了隔音，一般在管道外壁加保溫層。

(8)主風機進口管嘴處設置自由型膨脹節。對于離心式主風機而言，因為其主風流量由調節閥控制，進口負壓較大，而自由型膨脹節無法自吸收盲板力，由負壓產生的盲板力會對管嘴產生很大的拉力，甚至會將管道拉起，造成支架托空，所以進口下方彎頭處的支架應該焊死[4]。

2.2 主風機出口管道

圖4 DMTO主風機出口管道Fig.4 Outlet of main air blower in DMTO

(1)主風機出口管道內介質溫度為220 ℃左右，一般應優先考慮自然補償的方式，使管道自身具有一定的柔性，熱態時能吸收管道的熱脹，減小管系各點的應力，使管道的熱脹推力和力矩小于主風機管嘴所允許的受力和力矩[5]。

(2)當采用自然補償無法滿足要求時，可在管道上設置波紋管膨脹節。出口立管上不宜設置自由型膨脹節，以防止內壓盲板力作用于機殼上。立管上設置復式萬向鉸鏈型膨脹節，可以吸收管嘴的橫向位移，水平管上設置單式鉸鏈型膨脹節，配合彈簧支架吸收管嘴的豎向位移。單式鉸鏈型膨脹節后的管道使用剛性支架。

(3)由于采用一開一備兩臺主風機并聯操作的布置形式，為減少并機效率損失，以及避免由于每臺主風機流量和壓力的不同，而使氣流發生頂撞，出口管道氣流合流處應采用沿介質流向斜45°接入總管，連接點應該在擴徑之后。

(4)為降低噪聲，軸流式主風機出口管道一般設置有管道消聲器，布置于地面上的水平管道上。

(5)出口管道切斷閥宜選用電動金屬硬密封蝶閥，該蝶閥應設置在易于操作檢修處。

圖5 催化裂化主風機出口管道Fig.5 Outlet of main air blower in FCC

(6)出口管道應設置保溫措施，以達到絕熱和吸聲的效果。需注意管道上膨脹節的金屬波紋管部分不應保溫，保溫層會影響膨脹節的變形。

(7)出口管道應在適當位置設置人孔或檢修短節。

(8)由于主風機出口管嘴及相連管道向下膨脹，出口第一個彎頭處應設置彈簧止推支架，以減小熱態管系作用在管嘴上的側向力矩。

2.3 潤滑油系統管道

主風機是高速運轉的機械，軸承、軸瓦處轉動摩擦發熱，為防止軸承、軸瓦超溫損壞，保證機組正常運行，必須設置潤滑油系統，通常稱為油站。一般為成套供貨，管道設計僅考慮機組供油、回油總管與油站，以及高位油箱與油站之間的管道。

(1)一般情況下，機組的供油和回油總管由制造廠提供并連接，供油和回油總管應分別布置在靠近機組的兩側，管道上方可鋪設活動平臺，方便拆卸檢修。

(2)潤滑油管道、管件和閥門等材質均應為不銹鋼和對焊連接形式，以減少管道中的雜質，避免損壞機組。小管徑管道不能采用承插焊連接，也應采用對焊，因為承插焊焊縫易殘留焊渣。法蘭墊片采用聚四氟乙烯包覆墊片，該墊片耐油、耐腐蝕、密封效果好，對潤滑油管道沒有污染。

(3)為便于潤滑油管道去污清洗和酸洗鈍化，管道應分段用法蘭連接，管道最長段不宜大于4 m，每根管道彎頭數量不應多于2個。關于管道的酸洗，原先多采用槽式酸洗法，即將管道拆卸后浸泡在酸洗槽內，酸洗槽的尺寸固定，因此對每一段管子的長寬高都有限制，而且易造成污染?，F在多采用循環酸洗法，即將管道連接成沖洗回路，用酸泵將酸液打入回路中循環沖洗，速度快，效果好，操作簡便。

(4)回油管道管徑應保證油在管內1/2截面內流動，并暢通無阻的流入油箱，回油管道在流動方向上應有向下4%～5%的坡度?；赜凸艿郎喜坏迷O置閥門。

(5)高位油箱與機組供油總管相接的管道應短而直，減少彎頭，不得出現“U”型。

(6)潤滑油管道不得與蒸汽管道或其他高溫管道相鄰布置，交叉布置時凈空不得小于200 mm。

3 結 論

催化裂化和DMTO裝置的主風機廠房在布置時，要考慮到安裝、操作、檢修、消防等需要，廠房高度要滿足起吊的要求，要合理的規劃潤滑油站、高位油箱、管道過濾器、管道消聲器等設備的布置。

主風機進出口管道均為大管徑管道，其柔性設計的關鍵在于膨脹節和支吊架的設置，以滿足主風機進出口管嘴力和力矩的要求。主風機附屬管道如潤滑油管道應合理布置，保證主風機的安全運行。

通過對兩類裝置中不同類型主風機的廠房布置和管道設計的對比，可以更深刻的理解其背后管道設計的原理，對以后的設計工作有一定的幫助。對于其他非主風用的軸流式壓縮機和離心式壓縮機也有一定的借鑒意義。