某延迟焦化装置大油气线的管道设计.pdf

2 0 CHEMI CAL ENGI NEERⅡ G DES I GN 某延迟焦化装置大油气线的管道设计 李永勤 中石化洛阳工程有限公司 洛阳4 7 1 0 0 3 摘要 简要介绍延迟焦化装置焦炭塔大油气线的平面布置与管道设计、材料选用、应力分析和支吊架选 择以及检修操作。 关键词 延迟焦化装置平面布置管道设计焦炭塔 延迟焦化是通过热裂化将石油渣 油转化为液 体和气体产 品，同时生成浓缩 的固体碳 材料 石油焦。在该过程 中渣油快速流过加热 炉的炉管 ， 加热到反应所需 的温度 5 0 0～5 0 5 ℃，再进入焦炭 塔 ，在焦炭塔里靠 自身带人 的热 量进行 裂化 、缩 合等反应 。热渣油在炉管里虽然 已达到反应 的温 度 ，但 由于渣油 的流速快 ，停 留时 间短 ，裂化 反 应和缩合反应来不及发生就离开 了加热炉 ，所 以 反应推迟到焦炭塔里进行 ，因此叫延迟焦化。 焦炭塔与焦化分馏塔 之间的油气管道 习惯上 称为 “ 大油气线”，见 图 1 。在延 迟焦 化装 置中 ， 大油气线的管道设计非常重要 。本 文对延迟 焦化 装置大油气线管道设计中应注意 的问题进行 分析 论述。 大油气线 圈 1 大油气线示意 图 1 平面布置与大油气线的管道设计 延迟焦化装置 的平 面布置设 计 ，要 结合地形 实际情况 ，处理好焦化 炉 、焦炭塔 与焦 化分馏塔 三者的位置关系，在满足国家标准 石油化工企 业设计防火规 范 G B 5 0 1 6 02 0 0 8的前提下 ，三 者布置尽可 能紧凑。管道设计尽可 能缩短大油气 线的长度 ，减少压 降 ，避免管道 结焦 和节约工程 投资，同时要考 虑管道 的热补 偿要求 ，减少管 道 对设备管嘴的推力 ，避 免法兰泄漏 。所 以布置 时 焦化炉与焦炭塔尽可能靠 近布置；焦炭塔与焦化 分馏塔也应尽 量靠近 布置 ，但应与 消防、检修 和 配管统筹考 虑 ，同时考虑安全生产 、长期稳定 操 作等要求。现场大油气管线实际走向见图2 。 图2 现场大油气管线实际走向 2 大油气线的材料选用 2 ．1 影响材料选用的因素 管道材 料 的选 用 必 须 依 据管 道 的使用 条 件 李永 勤 工程 师。2 0 0 4年毕业 于河南科 技 大学建 筑环 境 与设 备工程 专业 。现从事 石 油化 工项 目管 理 工作。联 系电话 6 4 8 8 5 49 6， Ema i L i y q ． 1 p e c s i n o p e c ． C O IT I 。 n 一 L 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 李永勤 某延迟焦化装置大油气线的管道设计 设计压力 、设计温度、流体类别 、经济合理性 、 耐腐蚀能力 、材 料 的焊 接及加 工性能 ，同时应符 合规范提出的材料韧性要求及其他规定。 某公司 乙烯原 料工程 工艺联 合装 置 1 2 0 0 k t ／ a 延迟焦化装 置加 工的减压渣油硫含 量和环烷酸含 量较高，在材料选用时，对硫腐蚀和环烷酸腐蚀 还需参考 加工高硫原油 重点装置 主要管道设计 选材导则 S H ／ T 3 1 2 92 0 0 2适 当加 以考 虑。此 外 ，由于延迟焦 化工艺属 于热加 工工艺 ，焦炭塔 顶大油气线的操作温度在 3 5 0 ℃以上 。因此 ，高温 是影响大油气线管道材料选用的另一个重要因素。 由于碳 素钢在 4 2 5 ℃左右会引起石墨化现象 ， 致使强度下降， 石油化工管道设计器材选材通 用S H 3 0 5 9 2 0 0 1 中规定 1 0 、2 0 钢的上限使用 温度为 4 2 5 ％ ，日本规定更为严格 ，上 限使用温度 为 3 5 0 c I 。铬钼 钢 由于添 加 了合 金 因素 C r 、M o ， 阻止了碳化物 的分解 ，提高 了碳化物 的热稳定性 ， 从而提高了钢材的高温强度、耐氧化性、抗氢腐 蚀及 抗高 温硫腐 蚀 能力，其 上限使 用温度 可 达 6 0 0 ℃。 2 ．2 材料选用方案 加工高硫原油对设 备腐蚀较严 重 ，且操作 温 度较高 ，一般设计温度大于 4 2 5 ％。按照规范的要 求以及对 国内外加工高硫原 油延 迟焦化装 置选 材 的情况调查 ，该管系 的材料应 当选用 ① 管道和 管件为 I C r 5 Mo 合金钢 ；② 阀门最好选用高温耐磨 进 口球阀，以防止焦 炭粉造成 阀门失灵。因为该 阀门操作频繁 ，在投资和其 他条件允许 的情况下 ， 最好采用 电动程控执行 机构 ，减 轻工人劳动强度 和提高阀门的安全性；③ 保温材料最好选用导热 系数小、耐高温的硅酸盐制品，减少热损失和延 长使用寿命。 3 大油气线管道的设计与应力分析 为保证装置 的长周期安全 运行 ，必 须将管道 的布置和应力分析紧密结 合起来考 虑 ，使管 系满 足应力分 析 的要 求，为安全 操 作提 供基 本保 证。 延迟焦化装置的大油气线越 越直，越有利于 减少管道压降和防止管 内结 焦 ，但 该管系应 当满 足应力要求。某焦化大油气线管道应力分析后管 线布置图见图 3 。 在应力分析时，应当注意 A、B两塔是 问歇操 作这一情况以及工况的选择 ，如预热甩 油工况 、 生焦工况 、吹汽放空工况和冷焦 工况 以及与另外 一 个塔所处工况 的匹配情况等 ，具 体工况组合见 表 1 。只有通过全面分析、综合判断 ，才能保证应 力计算结果真实可信，为管系的支 吊架设计打好 基础 图3 某焦化大油气线管道应力分析后管线布置图 4 大油气线的支吊架设计 管道支 吊架设计是管道设计的重要组成 部分 。 管道设计时 ，应 当将管 系具 有间歇操作特点 和支 架的生根形 式 以及应力分析结果结合起来进行 考 虑，确定支架的形式，按照应力分析结果进行支 架设计。 以某公司乙烯原料工程工艺联合装置 1 2 0 0 k t ／ a 延迟 焦 化 装 置 为 例 ，其 大 油 气 线 操 作 温 度 为 4 1 5 ℃，操作压力 为 0 ． 6 MP a ，管道规格 为 q 5 0 8 1 5 m m，材 质 为 1 C r 5 M o合 金 钢 ，保 温 厚 度 为 1 2 0 m m 的防水型 硅酸铝 制 品。由于焦 炭塔塔 高 、 热位移量 大 ，而弹簧 的生根部 位又在焦化框架上 E L 5 1 1 0 0处 ，在第 “ 1 ” 点，其 相对位移理论值 为 2 1 2 m m，在塔顶采用恒力弹簧支架 ，弹簧选用 2 5 0 m／ l q 。在第 “ 2 ”点 ，弹簧生根部位仍在焦化框 架上 E L 4 6 6 0 0处 ，其相对位移理论值为 l 8 3 mm， 采用恒力弹簧支架 ，弹簧选用 2 2 4 m m。在第 “ 3 ” 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 2 C HE MI C A L E N GI N E E R I N G D E S I G N 化工设计 2 0 1 4 ， 2 4 1 焦 炭塔 A正常生产 十 焦 炭 塔 B小 吹4 8 2 3 7 0 3 8 0 3 9 5 4 2 5 2 0 2 0 2 0 2 4 0 汽 1 ． 5 2 h 焦炭塔 A正常生产 十 焦 炭 塔 B大 吹4 8 2 3 7 0 3 8 0 3 9 5 4 2 5 2 0 2 0 2 0 汽 2～2 ． 5 h 3 7 0～ 3 8 O～ 3 9 5～ 4 2 52 0 2 0 2 0 3 4 0 3 5 0 3 6 5 4 O 0 2 4 o 3 4 o 。 霈 42 50 o -2 0 2 0 2 0 焦炭塔 A正常生产 焦 炭 塔 B小 给4 8 2 3 7 0 3 8 0 3 9 5 4 2 5 2 0 2 0 2 0 3 0 水 1 ～1 ． 5 h 焦炭塔 A正常生 产 十 焦 炭 塔 B 大 给4 8 2 3 7 0 3 8 0 3 9 5 4 2 5 2 0 2 0 2 0 3 0 水 1 ． 5 2 h 焦炭塔 A正常生 产 焦 炭塔 B水 溢4 8 2 3 7 0 3 8 0 3 9 5 4 2 5 2 0 2 0 2 0 3 0 流 2～2 ． 5 h 焦炭塔 A正常生 产 焦 炭塔 B切 焦4 8 2 3 7 0 3 8 0 3 9 5 4 2 5 2 0 2 0 2 0 3 0 2 ． 5～3 h 3 4 0～ 3 4 O～ 3 3 O～ 4 0 0 2 0 2 0 2 0 1 2 0 1 4 0 2 0 0 2 5 0 1 2 O ～ l 4 O～ 2 O O ～ 2 5 02 0 2 0 2 0 6 0 7 0 8 0 1 2 0 6 0 ～7 0 ～8 O～1 2 02 0 2 0 6 5 4 0 6 0 6 5 1 0 0 4 0 ～6 O ～6 5～1 0 0～2 0 2 0 2 5 6 0 7 0 8 0 8 0 焦炭塔 A正常生产 焦 炭塔 B空塔4 8 2 3 7 0 3 8 0 3 9 5 4 2 5 2 0 2 0 2 0 3 0 4 0 6 0 6 5 8 0 2 0 2 0 2 0 6 h 焦炭塔 A正常生 产 焦 炭塔 B预 热 6 h 48 2 3 7 O 3 8 O 3 9 5 4 2 5 2 0 2 0 2 0 3 03 2 0 4 3 0 4 0 - 6 2 0 7 O 6 2 5 8 0 8 4 0 l 0 - 2 0 2 0 2 0 焦炭塔 B正常生产 焦炭塔 A小吹 2 4 0 汽 1 ． 5 2 h 焦炭塔 B正常生产 焦 炭 塔 A 大 吹 2 4 0 汽 2～ 2 ． 5 h 焦炭塔 B正 常生产 焦 炭 塔 A 小 给 水 1～1 ． 5 h 焦炭塔 B正 常生产 焦 炭 塔 A 大 给 水 1 ． 5 2 h 焦炭塔 B正常生产 焦 炭 塔 A 水 溢 流 2～ 2 ． 5 h 焦 炭塔 B正常生产 焦 炭塔 A 切 焦 2 ． 5～ 3 h 4 2 o O 52 0 2 0 2 0 4 8 2 3 7 o 3 8 o 3 9 5 4 2 5 2 0 2 0 20 3 4 0 。 ； 。 ； 4 42 o5 o2 0 2 0 2 0 4 8 2 3 7 o 3 8 o 3 9 5 4 2 5 2 0 2 0 2 0 。 。 。 2 0 5 0 o 2 0 2 0 2 0 4 8 2 3 7 o 3 8 o 3 9 5 4 2 5 2 0 2 0 20 ～ ～ 。 ～ 5 1 0 2 o - 2 0 2 0 2 0 4 8 2 3 7 o 3 8 o 3 9 5 4 2 5 2 0 2 0 20 。 2 l o O 0-2 0 2 0 6 5 4 8 2 3 7 o 3 8 o 3 9 5 4 2 5 2 0 2 0 2 0 4 0 8 0 o ～ 2 0 2 0 2 5 48 2 3 7 o 3 8 0 3 9 5 4 2 5 2 0 2 0 2 0 焦炭塔 B正常生产 焦 炭 塔 A 空 塔 3 0 4 O 6 O 6 5 8 O 2 O 2 O 2 0 4 8 2 3 7 0 3 8 0 3 9 5 4 2 5 2 0 2 0 2 0 f 6 h 嚣 s z 40 ⋯ 60 ⋯ 65 ⋯ 80 。 z⋯ z。4s2 s ⋯⋯s 4 s 如z⋯ 焦炭塔 A事故工 况安 全 阀 启4 8 2 跳 篆 B 舌 器 、 安 全阀 启 溢 銎 露 跳 器 可能焦炭塔 B 3 7 o s so s s z s o 2 5 2 0 鉴 聋 预热各工况 4 8 2 3 7 0 3 8 0 3 9 5 4 2 5 2 0 4 2 5 2 0 注 表 中温度均 为操作温度。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 李永勤 某延迟焦化装置大油气线的管道设计 2 3 点 ，在 E L 4 0 8 0 0层 为刚性导 向支架。在第 “ 4 ” 点 ，弹簧生根部位仍在焦化框架上 E L3 7 6 0 0处 ， 其相对位移理论值为 1 1 2 m m，采用恒力弹簧支架 ， 弹簧选用 1 4 0 m m。在第 “ 5 ”点，弹簧生根部位 仍在焦化框架 上 E L2 7 9 0 0处 ，其相对 位移理论 值为 5 5 m m，采 用 恒 力 弹簧 支架 ，弹簧 选 用 8 O m m。在第 “ 6 ”点和第 “ 8 ”点，在 E L 1 7 9 0 0 层 为刚性支架。在第 “ 7 ”点 ，在 E L1 7 9 0 0层为刚 性支架 ，并在 四周限位 。在第 “ 9 ”点至 “ 1 4 ”点 处设滑动管 托。在第 “ 1 5 ” 点处 ，其 生根在炉前 副管桥 ，相对位移理论值为 2 2 13 3 ／ ／ 1 ，采用可变弹簧 支架 。 5 操作检修措施 1 设计 时应 充分 考虑 到该 管系容 易结 焦、 操作频 繁的特殊 性 ，在经 常操作 的地方应设 置操 作平台和检修平台，同时根据需要，在阀门上配 置风气动装置，以方便操作和减轻操作人员的劳 动强度。 2 设计 时应 在管 道上适 当设 置一 些法 兰， 以便检修 时拆卸 ，并在容易结焦 的部位设 置清焦 法兰口和法兰 盖，便于在 线清焦 时使 用 ；在焦炭 塔顶管道 的弯头处应 当设置 弯头 吊装 钩 ，以便清 焦时拆卸和吊装 。 6 结语 在进行平 面布置和管道设计 时要充分考虑到 延迟焦化装置 的大油 气线管道高温 、易结焦和间 歇操作 的特点 ，并 进行应力 分析 ，做 到既满足工 艺要求 ，又能 “ 长 、安 、稳” 运转 ，获 得更 大 的 经济效益。 参考文献 1 G B 5 0 1 6 0 2 0 0 8 ，石油化工企业设计防火规范 [ S ] ．中国 计划 出版社 ，2 0 0 9 ． 2 炼油工业技术知识丛书 ，中国石化出版社 ，2 0 0 7 ． 收稿日期2 0 1 3 1 1 2 5 上接 第 1 1页 故 总的内泄漏功率损耗为 7 84 18 1 ． 4 4 52 4 5 ． 4 k W 总 的内泄漏功 率损耗约 占压缩 机正常轴功率 的比例约 为 3 ． 9 ％ ，所 占比例是 相 当大 的。根据 A P I 6 1 72 0 0 2 ，第 7版第 2章第 2 ． 1 ． 1 ． 3条 ，关 于压缩机性能保证 的要求 ，正常工况 下压缩机 的 轴功率不得超过设计值的4 ％，且驱动机功率在压 缩机额 定工况 下 ，应 有 1 0 ％ 的裕 量。 由此 可见 ， 在进行压缩机 的热力计算 中，应考 虑密封系统 的 内泄漏功率损耗 ，以保证压缩机设 计、汽轮机或 电机的选型设计有合理 的裕量。 3 结语 通过本文的 比较分析 ，C O 压缩机高压缸的轴 封型式采用迷宫密封更经济合理。 对迷宫密封轴封系统 ，一是应采用技术先进、 运行可靠的改进型 C方案轴封系统 ，利于机组 的 平稳运行 ；二是 在进行压 缩机 的热 力计算 中 ，应 考虑密封系统的内泄漏功率损耗，以保证压缩机 设计、汽轮机或电机的选型设计有合理 的裕量。 参考文献 1 陈志 ，李建 明，谭清德 ，申文求．2 8 A T型干气 密封的故 障原 因分析及系统技术改进 [ J ] ．流体机械，2 0 0 7 ，3 5 1 4 1 4 5 ． 2 高明亮．C O 2 压缩机干气密封损坏及处理 [ J ] ．石油化工 设备 ，2 0 0 7 ，3 6 增 刊 8 3 8 4 ． 3 赵玉 勇，胡 兰松．二氧化碳压缩 机高压缸 长周期运行探 索 [ J ] ．大氮肥， 2 0 0 6 ，2 9 6 4 0 1 4 0 3 ． 4 褚 晓斌．C O 2压缩 机密 封气 的改造 [ J ] ．大 氮肥 ，2 0 1 1 ， 3 4 5 3 4 73 4 8 ． 5 李亚军等．二氧化碳压缩机轴封选型综合评判 [ J ] ．中国 设备工程 ，2 0 1 0 4 2 4 4 ． 6 大连工学院．年产三十万吨合成氨厂离 12 , 式压缩机 [ M] ． 化学工业 出版社 ，1 9 8 2 ． 7 吴正业．制冷与低温技术原理 [ M ] ．北京高等教育出版 社 ，2 0 0 4 ． 8 吕瑞典．化 工设备 密封技 术 [ M] ．北京 石 油工业 出版 社 ，2 0 0 6 ． 收稿 日 期2 0 1 3 1 1 2 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m