化工項目反應(yīng)釜布置及管口方位設(shè)計研究

于林姣

（中海油石化工程有限公司，山東濟南 250000）

反應(yīng)釜在化工生產(chǎn)中起到了至關(guān)重要的作用，是產(chǎn)品質(zhì)量和收益的決定性因素，通常配有攪拌裝置實現(xiàn)生產(chǎn)自動化，能提高反應(yīng)速度、縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，保證反應(yīng)均勻、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。但反應(yīng)釜釜頂空間較小、進出料管口眾多，給管道設(shè)計帶來了極大挑戰(zhàn)，本文結(jié)合實例從反應(yīng)釜設(shè)備布置、管道布置、管口方位設(shè)計進行討論。

1 反應(yīng)釜的平面布置要求

1.1 反應(yīng)釜的布置原則與要求

（1）兩臺及以上相同規(guī)格的反應(yīng)釜盡量中心對齊，排成一條直線，人孔朝向同側(cè)，方便操作和檢修。反應(yīng)釜之間的距離首先需要滿足規(guī)范，其次根據(jù)反應(yīng)釜的大小、管線數(shù)量、操作空間而定，兩個相鄰反應(yīng)釜支耳邊緣凈距一般不小于800 mm。

（2）對于體積小的反應(yīng)釜一般以支耳的形式掛在支撐梁上，對于體積大、質(zhì)量大、振動強烈的反應(yīng)釜盡量以支腿或裙座的形式支撐在地面上，減小框架荷載。

（3）以反應(yīng)釜為中心就近布置反應(yīng)釜相關(guān)的設(shè)備，如換熱器、泵、罐等，減少進出料過程中發(fā)生的副反應(yīng)，盡量做到流程順、管線短、占地少、操作維修方便。

（4）反應(yīng)釜通常配備有攪拌器，攪拌桿的長短由反應(yīng)釜的反應(yīng)需求決定。設(shè)備布置必須將攪拌器的維護檢修以及攪拌桿的吊裝納入考慮，在梁底安裝單軌吊車或吊柱。

1.2 反應(yīng)釜的設(shè)備布置實例

本實例來自某化工項目A 生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線包括反應(yīng)釜（R01）、大循環(huán)換熱器1（E01）、大循環(huán)換熱器2（E02）、小循環(huán)換熱器（E03）、大循環(huán)離心泵（R01）、小循環(huán)離心泵（R02），流程圖如圖1所示。

圖1 某化工項目A生產(chǎn)線流程圖

該生產(chǎn)線包含兩套循環(huán)，產(chǎn)物從反應(yīng)釜底出料后通過三個換熱器調(diào)節(jié)溫度后返回反應(yīng)釜，要求配管時管線盡量短，減少副反應(yīng)的發(fā)生，保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。設(shè)備布置首先要滿足工藝要求，還需要計算設(shè)備管口受力和管道應(yīng)力，在滿足管道柔性要求的前提下，設(shè)備盡量相互靠近布置，保證各設(shè)備相連接的管道長度盡量短，布置整齊美觀，方便操作檢修兼具經(jīng)濟性。

反應(yīng)釜下封頭處設(shè)置多個儀表口，需要較大檢修維護空間，經(jīng)配管研究確定EL13.500作為反應(yīng)釜的支撐層，EL15.000 作為反應(yīng)釜的操作層。考慮到設(shè)備運行時在框架內(nèi)支撐的穩(wěn)定性，以支座形式支撐的換熱器和反應(yīng)釜均需將支座設(shè)置在設(shè)備的中上部，經(jīng)初步配管研究及管道應(yīng)力計算，將E01以支腿形式支撐在EL9.000，E02、E03 分別以支座形式支撐在EL8.500、EL8.000，EL8.000作為三臺換熱器的操作層。離心泵P01、P02均支撐在EL0.200的混凝土基礎(chǔ)上，EL0.000為離心泵的操作層。設(shè)備平面布置如圖2所示，設(shè)備框架立面如圖3所示。

圖2 設(shè)備平面布置

圖3 設(shè)備框架立面

2 反應(yīng)釜的管口方位設(shè)計

2.1 反應(yīng)釜的管道布置原則

反應(yīng)釜配管研究的合理性會直接影響反應(yīng)釜的操作、運行，甚至影響產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)率，滿足工藝需求的同時，優(yōu)化管道設(shè)計也十分重要。管道布置原則上會將裝置周圍劃分為配管區(qū)、操作區(qū)兩個區(qū)域[1]，對于反應(yīng)釜而言，釜頂配備攪拌器電機，管口眾多，配管所需區(qū)域較大且分散，難以將配管側(cè)和操作側(cè)嚴(yán)格劃分開，一般在相鄰管道間留足800 mm 的操作空間即可。

物料管線：對于從下側(cè)管廊進料的物料管，應(yīng)盡量將管道布置在距離反應(yīng)釜中心同一曲率半徑上[2]，管道外壁距離反應(yīng)釜外壁的最小凈空不小于300 mm（不含保溫層），也可將管道布置在平行于反應(yīng)釜外壁切線的位置上，沿釜壁垂直方向集中成排。

蒸汽管道：反應(yīng)釜一般在同一角度設(shè)計有多個蒸汽進（出）料管口，蒸汽管線沿反應(yīng)釜壁垂直布置較長，且蒸汽溫度較高，配管時應(yīng)考慮管道應(yīng)力。蒸汽進（出）料管道應(yīng)適當(dāng)采用柔性連接，將管道配成“L”型，利用“L”型的水平段吸收蒸汽主管的熱膨脹位移。

釜底管線：反應(yīng)釜溫度較高，釜出口進泵管線需要保證足夠柔性以減小泵的管口力，在管道應(yīng)力允許范圍內(nèi)盡量減少配管長度和彎頭數(shù)量，降低管道壓力損失，步步低進入泵。

泄放管線：泄放管線一般采用安全閥泄放或者爆破片泄放兩種形式，兩種形式均需靠近反應(yīng)釜泄放管口安裝。進口管盡可能短且直，避免產(chǎn)生過大壓力損失，且應(yīng)放置在易于安裝、維護、檢修的位置；出口配管宜以一定坡度坡向安全閥集合管，并以 45°順流從集合管頂部連接。

氮封管線：氮封管線靠近反應(yīng)釜氮封管口部分溫度相對較高，應(yīng)適當(dāng)考慮熱補償，氮封出口管線應(yīng)步步低進入廢氣總管，防止積液。

2.2 管口方位設(shè)計原則

管口方位設(shè)計，應(yīng)先考慮與管口相連的管道布置，分為以下幾步。

（1）布置有管道應(yīng)力計算需求的管道，并及時進行應(yīng)力核算，此類管道對整體布局影響最大。

（2）布置釜頂大口徑管道，此類管道管件尺寸大，走向不易調(diào)整，盡量優(yōu)先布置。

（3）布置有特殊要求的管道，如重力流管道、管線長度盡量短的工藝管道。

（4）布置較小口徑工藝管道，小口徑管道布置靈活，可以有效避讓大口徑的管道。

（5）布置公用工程管道。

與管線連接的管口方位確定后，考慮儀表口的方位。壓力表、液位計、溫度計等儀表需要明確是就地顯示還是遠傳，就地顯示的儀表需要放在平臺易觀測檢修的位置，僅供遠傳的儀表可以適當(dāng)放低要求，置于可以檢修的位置即可。

2.3 反應(yīng)釜的管口方位設(shè)計實例

某化工項目反應(yīng)釜是一個連續(xù)攪拌反應(yīng)釜，共有管口42個，詳見表1管口明細表。

表1 管口明細表

按照設(shè)計慣例，反應(yīng)釜管口方位 0°與設(shè)備布置建北重合，角度以逆時針遞增。釜頂和釜底面積小、管口多，在做管口方位布置時要遵循“先熱后冷、先大后小、先主后次”的設(shè)計原則。首先將反應(yīng)釜R01管口區(qū)分優(yōu)先級，第一梯隊為M1、N7、N12、N9、N19、N5，均需應(yīng)力計算；第二梯隊為N10、N11，均為多種物料匯成集管入釜且要求集管盡量短；第三梯隊為N1、N2、N3，均為原料入口；第四梯隊為N6、N15a～e、N16a～e、N17a～d、N18a～d；第五梯隊為儀表口。

（1）N7、N12、N9。反應(yīng)釜的兩個回流管口需對稱布置，結(jié)合換熱器平面位置和管道應(yīng)力核算后的管線走向，確定大循環(huán)入口N7、N12 分別在0 和180°位置。同理，小循環(huán)入口N9置于最靠近換熱器E03的位置，方位定為320°

（2）M1、N7和N12方位確定后，攪拌器電機僅能朝向90°或270°，270°方位不滿足人孔的凈空需求，初步確定人孔在90°方向，電機朝向270°方向。

（3）N19、N5。爆破片要求必須安裝于立管且爆破片安全裝置進口管要求盡量短且直，爆破片口方位限制較大。為與電機保持安全間距，爆破片口N19緊鄰N7布置，管口方位為40°。抽真空口N5與N19口管徑相同，緊鄰N12布置，并在出口位置更改管線走向，合理避讓攪拌器電機，方位定為142°。

（4）N10、N11、N1。反應(yīng)釜南側(cè)為管廊，物料E、物料D、物料A 均來自管廊，故N10、N11、N1 均需要布置在釜頂南半側(cè)，最終確定N10為160°、N11口為230°、N1口為220°。

（5）N2、N3。物料B 來自反應(yīng)釜西側(cè)物料罐，本著管線較短減少存料的原則，N3布置在偏西的位置，定為280°。物料C 為混合物，N2離混合器近即可，定位限制較少，混合器在反應(yīng)釜東南側(cè)，結(jié)合物料C進料管線走向，確定N2方位定為110°。

（6）N6。氮封管線無過多工藝要求，僅需出口管線步步低進入廢氣總管，N6在釜頂其他管口布置完成后選合適位置安置即可，N6口定為110°。

（7）N15a～e、N16a～e、N17a～d、N18a～d。蒸汽進出口需要有合適空間布置疏水管線，且需朝向并盡量靠近布置疏水管線的平臺。熱水進出口無過多要求，有合適空間布置熱水管線即可。蒸汽進出口和熱水進出口均成排布置，蒸汽入口N15a～e 方位定為335°、蒸汽出口N16a～e 為345°、熱水入口N17a～d 為5°、熱水出口N18a～d 為15°

（8）儀表口。壓力表口P1在其他管口就緒后找合適位置放置，定為240°。液位計口盡量避開進料口，上下對稱，L1a、L1b 為195°、L2a、L2b 為240°。溫度計盡量均布，保證溫度測量的準(zhǔn)確性，T1、T2、T3分別為270°、220°、135°。

圖4為綜合考慮后的反應(yīng)釜管口方位布置圖，此種配管方式雖不能嚴(yán)格劃分配管側(cè)和操作側(cè)，但管道排列整齊、美觀，操作空間充足，在反應(yīng)釜釜頂管口眾多、配管困難的情況下，也可采用此管口方位設(shè)計原則找到有利于配管的管口方位。

圖4 反應(yīng)釜管口方位布置

3 結(jié)論

反應(yīng)釜的管口方位設(shè)計，首先要理解工藝原理，充分考慮裝置的工藝需求，在了解需求的情況下進行設(shè)備布置。設(shè)備布置完成后，按照“先熱后冷、先大后小、先主后次”的管口方位布置原則完成相應(yīng)管口的管線設(shè)計。配管研究過程中著重考慮工藝需求和閥門的操作檢修，適當(dāng)調(diào)整管口之間的距離和角度，力求使整個裝置的布置安全、合理、整齊、美觀。