加氫裝置分餾塔配管設計要點

張翠云

(安徽華東化工醫藥工程有限責任公司上海分公司,上海 201315)

在石油化工裝置中,加氫裝置通過加氫工藝,在較高的壓力和溫度下,氫氣經催化劑作用使重質油轉化為輕質油,而分餾過程是該裝置獲得產品的必不可少的流程。分餾塔作為分餾部分核心設備,當原料油的加氫反應油氣進入分餾塔底部,在分餾塔中切割出柴油、航煤、石腦油等產品。由于要求其生產能力大、效率高、造價低、安裝維修方便,有一定的操作彈性,故采用板式塔。

按照工藝流程,分餾塔一般與進料加熱爐、塔頂空冷器、塔頂回流罐、側線汽提塔、塔底抽出泵等眾多工藝設備相連,塔體開口數量多,為保證分餾效果,塔盤較多,塔內構件復雜,故配管設計相比其它設備難度較大。在實際的配管設計中,不僅要滿足工藝、操作、檢修和施工的要求,還要滿足塔內件的結構要求,綜合考慮各種因素,做到經濟合理、美觀實用。本文以某加氫裂化裝置分餾塔為例,從其平面布置、平臺規劃、管口方位設計、附塔管道和支吊架設計等多方面,闡述分餾塔的配管設計諸多要點,為類似裝置分餾塔的管道設計提供參考。

1 分餾塔的平面布置

1.1 分餾塔相關工藝流程簡述

該加氫裂化裝置自反應部分來的低分油混合后經過脫丁烷塔脫除液化氣組分后再經分餾塔進料加熱爐(F1201)加熱后進入分餾塔(T1203),分餾塔設三個側線:重石腦油側線汽提塔(T1206)、航煤側線汽提塔(T1205)和柴油側線汽提塔(T1204)。分餾塔塔頂氣經分餾塔頂空冷器(A1204)冷卻、冷凝后進入分餾塔頂回流罐(V1203),液相經泵升壓,一部分冷卻后送出裝置,另一部分作為塔頂回流。塔底采用蒸汽汽提,塔底油經未轉化油泵(P1204A/B)升壓,換熱后,循環到反應部分去。其工藝原則流程見圖1。

圖1 分餾塔相關工藝原則流程圖

1.2 分餾塔及其關聯設備的平面布置

根據規范[1],塔與其關聯設備如進料加熱器、非明火加熱的重沸器、塔頂冷凝冷卻器、回流罐、塔底抽出泵等,宜按工藝流程順序靠近布置,所以將分餾塔頂空冷器布置在靠近分餾塔的北側管廊上,塔底未轉化油泵布置在管廊下,側線汽提塔底重沸器均布置在西側的分餾構架上,而三個側線汽提塔(其中航煤側線汽提塔和重石腦油側線汽提塔重疊布置)與分餾塔成直角三角形布置,從而方便設置聯合平臺,提高穩定性。兩塔之間的凈距不宜小于2.5 m[2],同時考慮平臺的寬度以及敷設管道和檢修需要的空間,將兩塔中心距離定為6 m。為了滿足泵的操作、檢修和管道布置的要求,泵基礎與分餾塔外壁的間距一般不宜小于2.5 m,另外分餾塔與管廊立柱之間方便設置調節閥組和通道,故分餾塔中心與管廊柱子中心定為7.5 m,分餾塔部分平面布置見圖2。

通常將塔的四周可劃分為操作和檢修所需的操作側(檢修側)和配管所需的管道側,分餾塔北側是管廊,西側是汽提塔,南側和東側是道路,初步劃分分餾塔東南側為檢修側,西北側是管道側,將梯子、平臺、人孔、儀表和吊柱等布置在檢修側,工藝管道布置在管道側。

2 分餾塔的安裝高度

塔的安裝高度應滿足工藝流程的要求,同時考慮以下幾點因素:

(1)安裝高度應滿足塔底管道安裝和操作所需要的最小凈空,且塔的基礎面高出地面不應小于200 mm;

(2)對于用泵抽吸塔底液體時,應由泵的必需汽蝕余量和吸入管道的壓力降來確定塔的高度;

(3)塔底到塔底泵的抽出管道在水平管段上不得有袋形,應是“步步低”進泵,以免產生汽蝕現象。塔底泵一般布置在管廊下,為了使塔底抽出管道的管底標高為管廊第二層側梁高度,應適當調整塔的裙座高度,如圖3所示。

圖3 分餾塔安裝高度

(4)對于成組布置的塔采用聯合平臺時,為了取齊平臺高度,可以調整個別塔的安裝高度;

(5)在滿足工藝要求前提下,裙座盡可能低,對投資是有利的。

故分餾塔和汽提塔的基礎高度取200 mm,裙座高度為7 000 mm。

3 分餾塔操作平臺的設置

(1)凡有人孔、手孔、閥門、法蘭、儀表管口等需要操作或檢修的位置均應設置平臺。平臺的標高應根據人孔、手孔、管口高度、閥門及儀表的安裝高度和操作需要確定,宜從下往上設計。平臺距人孔中心線的高度可為700～1 200 mm范圍內,最佳距離為800 mm。管嘴法蘭距平臺面不小于150 mm,否則不好擰法蘭螺栓。上下兩層平臺高差不應小于2 200 mm,一般至少2 500 mm。

(2)塔平臺一般采用環形或扇形。塔頂平臺可圍繞塔設置一周,一般為方形或者圓形全平臺,大小根據吊柱、放空閥、安全閥組等操作維修空間確定。其他層平臺寬度一般為800～1 500 mm,僅作為通道的平臺寬度可為1 000 mm,僅有人孔的平臺寬度可為1 200 mm,有儀表液位計的平臺寬度應為1 400 mm。平臺上的通道寬度不小于600 mm。平臺與塔的外壁之間凈空一般不小于塔保溫厚度+30 mm。

(3)塔聯合平臺應考慮各塔、構架之間的熱脹,留有縫隙。聯合平臺個別標高不能統一時可以用斜梯連接。塔與構架靠近布置時,宜在塔平臺和構架之間設置通道。如圖4所示,分餾塔EL+6800層采用的聯合平臺,將各汽提塔平臺連接起來,且與相鄰構架平臺用走橋連通以方便操作或檢修。

圖4 分餾塔EL+6800層聯合平臺

(4)各層平臺之間的梯子一般采用直梯,梯子應自上而下布置。直梯寬度為400～600 mm,離地超過3 m和離平臺超過2.4 m的直梯應加安全護籠。直梯宜從側面通向平臺。攀爬高度在15 m以內時,梯間平臺的間距應為5～8 m,超過15 m時,每5 m應設置梯間平臺。液位計或者壓力表等儀表口可布置在直梯兩側,便于操作和檢修。

4 分餾塔的開口方位設計

由于分餾塔內部結構復雜,若要設計出合理、美觀的管口方位,需滿足以下要求:(1)符合工藝要求,滿足管口與塔盤等內件的相互位置關系;(2)滿足操作和檢修的要求;(3)合理劃分管道側和操作側。

該裝置分餾塔采用的板式塔直徑3 200 mm,切線長43 900 mm,塔板共60層,塔上部1#～53#塔板為雙溢流,其中奇數層塔盤為兩側溢流堰型式,偶數層塔盤為中間溢流堰型式,下部的54#～60#塔板為單溢流,具體管口明細見表1。

表1 管口明細表

4.1 人孔的方位設計

人孔是為人員進出塔內部進行內件安裝、檢修等而設置的,故布置時應便于內構件、塔盤、填料的安裝和拆卸,應布置在操作側,并在吊柱的工作范圍內,進出塔比較方便、安全、合理的位置。當一個塔有幾個人孔時,上、下人孔宜在同一條垂直線上。當受條件限制不能位于同一方位時,其布置的區域不宜大于90°。人孔方位不得開在降液管或受液槽區域內,一般應設在塔板上方的鼓泡區。

本分餾塔共有9個人孔(管口31-9),人孔3-1位于塔頂第1#塔盤上方,人孔方位需避開兩側的降液管位置,雙溢流奇數層降液管按東西方向設計,人孔的方位范圍如圖5所示。塔中間人孔32-7上下均是塔板,既要避開下層塔板的降液區,防止踩空,又要避開上層塔板的降液管,人孔方位范圍如圖6所示。塔底的人孔38-9內部無特殊結構,方位無特殊要求,可與其他人孔方位相同。結合平臺的規劃及管道布置情況,并考慮吊柱的起吊范圍,確定人孔的方位位于245°。

圖5 塔頂人孔方位范圍

圖6 塔中間人孔方位范圍

4.2 回流口、進料口、中間抽出口和返回口方位設計

回流口方位與塔內件形式有關,一般布置在塔板上方的管道側,回流液要求進入受液槽內。本分餾塔回流口4位于第1層塔盤上方,采用一字型分布器,分布器與降液管方向平行,開口方位也應平行于降液管,塔盤為東西方向,考慮西北側為管道側,故回流口確定為270°(正西向),如圖7所示。

圖7 回流口方位

氣相進料管口一般布置在塔盤上方,與降液管平行,當氣流速度較高時,應設分配管。氣液混相進料管口一般布置在塔盤上方,并設分配管。塔進料管口應設在遠離降液管的地方。本分餾塔進料口12位于分餾塔中下部,雙溢流與單溢流分界處,在54#塔盤上方,進料口帶有分配器。根據工藝包要求,單溢流段塔盤方向與雙溢流塔盤方向不同,雙溢流塔盤為東西方向,故單溢流塔盤方向為南北方向。進料口徑為DN450,比較大,是從分餾塔進料加熱爐來,管道溫度高,考慮聯合平臺通行,故布置在塔的東側,即90°方位,如圖8所示。

圖8 塔進料口方位

雙溢流塔盤的抽出管口開在中間降液管下面受液槽的兩端上,其方位應在與降液管平行的塔中心線上。本分餾塔的三個中間抽出口分別位于第15#、29#、43#塔盤受液槽底部,開口可在操作側的任意角度開設,由于與之連接的側線汽提塔均在分餾塔的西側,故抽出口設在270°(正西向)。

本分餾塔的三個返回口分別位于第12#、26#、40#塔盤上方,管口方位應平行于降液管,故可設在西側或者東側,同時考慮側線汽提塔均在分餾塔的西側,故返回口也設在270°。

4.3 塔頂氣相管口和塔底抽出管口方位設計

塔頂氣相出口1位于分餾塔頂部中心,管口朝上,不涉及方位問題,由于口徑較大,應優先考慮管道的布置。放空管口一般布置在塔頂氣相開口的附近,也可將其布置在塔頂氣相管道最高水平段的頂部。

塔底抽出管口16位于分餾塔底部,從塔裙座引出。按照工藝流程此出口接至北側管廊下方的未轉化油泵,初步考慮管口應布置在北側。經過詳細的應力分析,最終確定此管口方位在正北側(0°)是合理的。

4.4 儀表管口方位設計

本分餾塔的儀表管口包含溫度計口、現場液位計口、遠傳液位計口,這些儀表管口應設在操作側內的平臺上或者梯子旁,便于觀察、操作和檢修的地方。溫度計口看工藝要求是測氣相溫度還是液相溫度,如果測液溫,需要開在降液管內,測氣溫則應開在塔板的氣相區。同時還要考慮溫度計插入和抽出空間,避免影響溫度計的安裝或與塔內件碰撞。本塔5個溫度計口均測量氣相溫度,故應布置在氣相區。由于管口5-1所在層平臺正西側已布置回流口,最終確定為管口5-1在290°,管口52-4均在270°。

液位計口應設在平臺或梯子上操作方便的地方,站在梯子上操作的液位計宜安裝在梯子的右側。液位計口不宜穿越平臺,不能位于爬梯靠平臺的一側,以免阻礙通道。

主要管口布置完成后,其余管口方位根據管線的布置情況進行完善。塔頂吊柱的安裝方位是以人孔的方位為基準,旋轉半徑能涵蓋全部人孔,并應靠近道路側,同時考慮起吊過程中是否有障礙物。塔的出入口應設在方便進出的地方,避免與梯子碰撞,名牌應置于容易觀察之處。綜上,此分餾塔的管口方位如圖9所示。

圖9 分餾塔的管口方位

5 塔的管道布置和支架設計

5.1 塔的管道布置一般原則

塔的管道布置首先要滿足PID要求,其次應從塔的頂部到底部進行規劃[3],優先布置塔頂管道、大直徑管道和有特殊要求的管道。每一條管道應盡量沿塔敷設,與塔外壁呈同心圓或切線布置,且與塔壁保持300～500 mm凈空,使管道布置既整齊美觀又易于支撐。每一條管道按照它的起止點都應盡可能短,但必須滿足管道的柔性的要求。

5.2 塔頂氣相管道的布置

塔頂氣相管道(塔頂餾出線)一般管徑較大,管道應盡可能短,且應按照“步步低”的要求布置,不得出現袋形,且要具有一定的柔性[5]。塔頂油氣管道至多臺并聯的冷換設備時,宜采用對稱布置。本分餾塔采用空冷器冷凝,進入空冷器的管道要對稱布置,使其阻力降相同,避免出現偏流,如圖10所示。

圖10 塔頂氣相管道模型

5.3 塔側面管道的布置

本分餾塔側面管道有回流線、進料線、側線抽出線、汽提蒸汽線、側線返回線等,上述管道宜用管件直接與管口最小連接,當管道上有閥門時,為了使閥門關閉后無積液,閥門宜與塔管口直接相連[4]。分餾塔側線到汽提塔均有調節閥,其安裝位置應靠近汽提塔,以保證調節閥前有一段液柱。例如分餾塔到重石腦油側線汽提塔調節閥如圖11所示。

圖11 分餾塔到重石腦油側線汽提塔管道模型

5.4 塔底管道的布置

本塔與泵連接的抽出管線,應步步低進泵,以免產生汽蝕現象[6]。抽出管上的切斷閥應盡量靠近塔體,并便于操作。由于塔底的操作溫度一般較高,故管道應短且少拐彎,同時有足夠的柔性以減少泵管口受力。見圖12所示。

圖12 塔底管道模型

5.5 塔管道支架的設計

附塔管道的支架一般生根在塔壁上。承受管道重量的固定支架設在靠近管口的位置,塔頂氣相管道的承重支架距上部封頭焊接最小150 mm,在承重支架之下,應按照規定間距設置導向支架,自上而下最后一個導向支架距水平管道宜大于25倍管徑,以免影響管道的自然補償。

6 結束語

分餾塔的配管設計首先在滿足工藝要求和相關標準規范下,合理規劃平面布置,確定安裝高度。分餾塔與其他塔集中布置時,宜設置聯合平臺。塔的開口方位應滿足塔內件的要求,綜合考慮平臺梯子以及關聯設備的相對位置。進塔的管道設計宜按照從塔頂到塔底、先大管徑后小管徑的順序布置,合理設置支架,使管道具備足夠的柔性。分餾塔的配管設計要點囊括了塔配管設計中所需要的大部分內容,熟練掌握這些要點,對于所有塔的配管設計都會有很大的幫助和提高。