低溫甲醇洗裝置管道布置設計要點分析

摘" 要：

根據低溫甲醇洗裝置工藝流程及設備布置特點，結合自身設計經驗和現場反饋，對現階段裝置管道布置的重難點進行闡述，在滿足工藝要求的前提下，最大程度優化設計。

關鍵詞：低溫甲醇洗裝置；管道布置；設計優化

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2024.04.008

中圖分類號：TQ055.81

文獻標識碼：B

文章編號：

1004-8901（2024）04-0026-04

作者簡介：

陳虎（1988年—），男，湖北武漢人，2014年畢業于武漢理工大學材料加工工程專業，研究生，高級工程師，現主要從事項目管理工作。

Key point Analysis in Pipeline Layout Design of Rectisol Plant

CHEN Hu， CAO Yun-chang

（China Wuhuan Engineering Co.， Ltd.， Wuhan" Hubei 430223， China）

Abstract：

The paper elaborates the current keys and difficulties of pipeline layout in the Rectisol plant， in line with its process flow and equipment layout features and based on possessed design experience and worksite feedback， so as to optimize the design to the maximum extent while meeting the process requirements.

Keywords：

Rectisol plant; pipeline layout; design optimization

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2024.04.008

低溫甲醇洗裝置因其技術成熟、穩定性高、溶劑便宜、處理能力大等特點，使之成為大型煤化工、石油化工、天然氣化工等領域脫硫、脫碳技術的核心裝置［1］。近年來，化工裝置朝著大型化、模塊化、降投資、低能耗的方向發展，市場競爭也日趨激烈。低溫甲醇洗作為非常成熟的技術，大規模的設計優化和修改已比較難實現，如何進行可行的設計再優化，為越來越多的設計人員所關注。筆者根據自身專業特點，結合多個項目低溫甲醇洗裝置管道布置的設計經驗和現場運行情況，從管道布置角度對可能影響項目費用、裝置運行、后續技改的關鍵點進行分析，希望能給后續低溫甲醇洗裝置的設計工作帶來一定的便利。

1" 低溫甲醇洗裝置管線特點

低溫甲醇洗裝置內部管線比較復雜（見圖1）。按照絕熱類型來分，包括保溫管線、保冷管線、防護（防燙傷、防冷傷）管線等，系統運行溫度在-70 ℃～226 ℃之間；按照介質類型來分，多數為有毒有害、易燃易爆類等，包括液氨、甲醇、工藝氣等；按照管線材質來分，包括不銹鋼、碳鋼、低溫鋼、合金鋼等；按照工藝流程特點可分為冷區和熱區管線等，需要專業人員根據不同管線的特點和工藝要求進行合理的設計。在設備布置階段，就要事先對主要管線做好規劃，從源頭上對管道設計工作進行把控，主要工藝設備與相關設備、泵要靠近布置，保證管道布置的合理性。

2" 低溫甲醇洗裝置管道布置要點

管道作為裝置的“血管”，其設計是否合理與裝置能否正常運行息息相關。低溫甲醇洗技術成熟，裝置規模確定之后，設備外形也能基本確定，不會存在太大的變化。管道布置不同，一定程度上取決于設計人員的設計習慣和經驗積累，屬于可控的“變數”。從現階段反饋的情況來看，不同項目出現的問題可能有所差異，大體上可以從以下幾個方面進行說明。

2.1" 尾氣放空管線的布置

低溫甲醇洗裝置凈化之后的尾氣（主要成分為二氧化碳、氮氣、氫氣、一氧化碳等）經過洗滌后放空，由于氣量較大，放空管線口徑也較大，選擇合適的放空點能夠大幅減少管線布置長度，降低布置成本。通常情況下，將該管線引至洗滌塔頂最高點進行放空（見圖2），既經濟又緊湊。但根據 GB50030—2013 《氧氣站設計規范》表3.0.2-1和表3.0.2-2，若排放的二氧化碳等雜質超出該規范規定的允許排放濃度，則放空口距空分裝置吸入（風）口的水平間距至少要保持300 m的距離。若附塔放空不能滿足要求時，就要預先在廠區其他地方找好位置，縮短管線長度，降低材料成本。

2.2" 兩相流管線的布置

裝置正常運行時，富甲醇液體中溶解有大量酸性氣體，極易形成兩相流，引起管線振動。特別是附塔管線，出現管線振動的頻率非常高。尤以閃蒸罐（塔）到解析塔的管線最為典型（見圖3），液體通過減壓后在上塔過程中會形成氣液夾帶，影響管線平穩運行。

為解決該問題，可采取如下措施：

①附塔立管采取縮徑增加液體流速，可有效減少甲醇液中的氣體逸出，避免兩相流產生；

②設置防振支架；

③在滿足應力要求的情況下，盡量減少減壓閥后彎頭數量和管線長度。

2.3" 切斷閥的布置

如果低溫甲醇洗送氣體精制原料氣管線及液氮洗送低溫甲醇洗復冷管線切斷閥布置離主工藝管線距離較長，則會造成閥前或閥后不合格原料氣聚集，延長裝置正常開車時間。如果工藝流程圖上沒有特殊說明閥門布置要求，在設計時極易被忽略。根據裝置實際運行經驗，若將兩閥門布置到管線根部（見圖4），下游原料氣合格時間減少至少2～3 h，提升開車效率。

2.4" 氨冷器液氨排放管線的布置

氨冷器中液氨轉化之后的氣氨送到氨壓縮機進行加壓循環，氨冷器中殘余液氨的排放收集是一個比較難解決的問題，究其原因在于氨冷器布置高度受限，換熱之后的液氨壓力極低，無法通過壓力排放到氨合成或其他系統進行回收，只能通過自流收集。若布置不合理，會造成停車時液氨集聚，影響系統檢修。為徹底解決該問題，在設備及管道設計時可將氨冷器布置在樓面上（原則上高于裝置內管廊），然后氨冷器出口液氨可通過自流到廠區其他的氨回收系統（如氨合成氨受槽等），這一點在布置初期要重點考慮，從源頭上解決液氨的排放和收集問題。氨冷器液氨排放示意見圖5。

2.5" 甲醇排放管線的布置

由于甲醇液體的特殊性（有毒和可燃），不能隨意排放，需要進行整體的密閉收集，設計初期對甲醇排放系統做好合理的規劃，將會對后續設計起到至關重要的作用。

（1） 甲醇收集總管一般埋地布置，要先施工，考慮到施工誤差，各排放支管應設置可調節直管段（見圖6）。

（2） 地上設備及管道導淋盡量集中布置，引主管上框架進行收集，減少各導淋分支管接管長度，優化管道布置，減少管線長度。

（3） 高塔會設置甲醇排放管線，在下塔過程中要適當考慮管道柔性，增加自然補償。

（4） 埋地甲醇排放總管應盡可能與其他埋地管線一起布置，減少現場開挖工作量，節省成本。

（5） 埋地主管布置時，需適當考慮框架和設備基礎的大小和深度，盡量避免后期兩者發生碰撞。

2.6" 對空排放管線的布置

在嚴格滿足環保排放的情況下，合理布置對空排放管線非常重要，若工藝條件允許，盡量采用密閉收集。

（1） 根據排放氣體組分的危害，嚴格按照規范要求對排放位置進行選擇，減少排放氣對人員操作、環境保護等的影響。

（2） 盡量減少對空排放點，以繞管式換熱器為例，可將其頂部放空口與底部導淋口管線連通，排放介質一并進入甲醇排放總管；氣體介質盡量放空至火炬總管進行處理。

（3） 甲醇泵出口管線高點排氣不能直接對空排放，需要設置“雙閥+八字盲板”，將其引到甲醇收集總管進行密閉收集，減少可能帶來的安全隱患。

2.7" 附塔管線的布置

低溫甲醇洗裝置有很多板式塔，其管線布置是否合理會影響工藝性能及整體設計效果。考慮到操作、檢修的便利性，通常塔上管口處會設置操作平臺，整體上塔外側可以分為操作區和配管區，管道布置需注意事項如下：

①注意塔盤與主工藝管口之間的相對位置，高塔分為多段時，先考慮主要工藝管口布置，再布置其他管線；

②附塔管線之間預留足夠的空間安裝支架，避免管線集中時支架與保溫層、保冷層碰撞；

③在考慮基礎不碰撞的情況下，塔盡量靠近框架布置，避免懸空管線過長引起振動或其他問題，同時可降低管道阻力；

④在滿足工藝要求的情況下，將附塔管線上的安全閥移到框架上進行布置，便于操作檢修和支架設置；

⑤考慮到受力，管口附近增加柔性補償（見圖7）。

2.8" 管道支架的設置

管道支架設置滿足使用性能、經濟合理為原則。由于低溫甲醇洗裝置管線工況復雜，支架設置也有一定的特殊性。

（1） 甲醇密閉排放管線（材料為不銹鋼）未設置保冷，其操作溫度約為-33 ℃，應設置保冷支架。

（2） 慮到泵的無應力對中，最靠近泵入口和出口的支架應設置為可調支架。

（3） 相鄰附塔管線支架應錯開標高布置，避免預埋板或管道支架碰撞。

（4） 循環氣壓縮機（若為往復型）進出口管線應進行脈動分析，設置防振支架。

3" 影響管道布置的關鍵因素

（1） 嚴格按照工藝流程圖和相關標準規范要求進行布置。設計人員往往把重點放在管道儀表流程圖主線上，對于其上的一些特殊標注極易忽略。以塔器為例，要事先了解工藝包文件上設備管口的特殊布置要求，提前做好規劃，避免后續出現大規模修改的情況。對于設備數據表和管道儀表流程圖上一些不確定的地方，及時與專業人員溝通，提升設計質效。

（2） 在設備布置上下功夫。管線布置是在設備布置完成之后開始的，設備布置是在充分考慮管道布置的前提下開展的，兩者相輔相成。應在充分考慮主工藝流程、關鍵大口徑管線走向的前提下進行設備布置，減少管線長度，節省建設費用。

（3） 管道布置要考慮適當的柔性。針對一些特殊溫度、壓力的管線要考慮其柔性，必要時進行應力計算，以復核其是否滿足正常運行的要求。

（4） 管道布置要有全局性思維。很多專業的數據資料都要體現在管道布置上，如設備、儀表、工藝特殊件等，在設計過程中要加強與相關專業的交流。

4" 管道布置優化設計發展趨勢

（1） 為后續可能的改造升級預留空間。為保證產品多樣性、節能降耗，根據業主意愿，可在設計之初對后續可能產生的改造預留接口。如預留一個二氧化碳解析塔位置，為后續生產尿素預留空間；將放空的二氧化碳壓縮后送至煤氣化裝置作為輸送氣，可節省氮氣；是否預留未變換系統；上塔甲醇氣安裝液力透平等。

（2） 塔器上的管道布置模塊化。低溫甲醇洗裝置塔器管道和平臺布置原則基本相同，可將設備及其附塔管線、平臺整體打包交由專業廠家完成設計，現場“穿衣戴帽”進行吊裝。在一定程度上可以減少現場施工量，提升施工速度。

（3） 大口徑、厚壁管采用工廠化預制，降低現場施工成本。

5" 結語

管道布置看似簡單，實則需要一定的理論功底和實踐經驗。設計前期要做好統籌規劃；設計過程要深挖細節，厘清上下游關系；設計后期還要根據項目情況盡可能做好優化工作。同時兼顧操作、檢修、經濟性及業主實際需求，是一個系統性很強的工作。本文結合設計過程及項目實踐經驗，對低溫甲醇洗裝置典型管道問題和未來展望進行了說明，為后續的設計工作提供參考。

參考文獻：

［1］ 劉霞，何鵬.低溫甲醇洗裝置腐蝕分析與處理［J］.山東化工，2021（50）：125-126.

修改稿日期：

2024-03-30