延遲焦化裝置分餾塔塔頂油氣線的管道設(shè)計(jì)研究

李華+張伯熹+沈軼

摘要：文章基于焦化分餾工藝原理，結(jié)合延遲焦化裝置安裝特點(diǎn)及地形情況，通過塔頂油氣線的管道設(shè)計(jì)與選材、應(yīng)力分析以及支吊架設(shè)計(jì)等方面的研究，完成了延遲焦化裝置分餾塔塔頂油氣線的管道設(shè)計(jì)，并將新設(shè)計(jì)的管道布置方案與原方案進(jìn)行比較，結(jié)果表明改變管道的布置能夠極大地改善管系受力情況。

關(guān)鍵詞：延遲焦化；分餾塔；油氣線；應(yīng)力分析

中圖分類號：TE624 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）16-0022-02

目前我國大量進(jìn)口原油是含酸、硫的中東原油，這種原油深加工多使用渣油加氫處理和延遲焦化等進(jìn)行工藝處理。延遲焦化工藝對原料的適應(yīng)性強(qiáng)，柴汽的比例高，投資少并且建設(shè)周期短，同時也具有經(jīng)濟(jì)效益好等優(yōu)點(diǎn)。近年來，在我國的應(yīng)用十分廣泛。

延遲焦化裝置中，除了焦炭塔有關(guān)的管道設(shè)計(jì)非常重要以外，焦化分餾塔塔頂油氣線的管道設(shè)計(jì)也非常重要，本文結(jié)合青島石油化工有限責(zé)任公司（以下簡稱青島石化廠）加工高酸原油適應(yīng)性改造項(xiàng)目160萬噸/年延遲焦化裝置，對焦化分餾塔塔頂油氣線的管道設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)注意的問題進(jìn)行分析。

1 焦化分餾工藝原理

該裝置由焦化、分餾、吸收穩(wěn)定、吹氣放空、冷焦切焦水處理及脫硫部分組成。而在分餾部分分餾塔尤其重要。原料及循環(huán)油在焦炭塔內(nèi)進(jìn)行裂解和縮合反應(yīng)，生成焦炭和油氣。高溫油氣自焦炭塔頂至分餾塔下段，經(jīng)過洗滌板從蒸發(fā)段上升進(jìn)入蠟油集油箱以上分餾段，分餾出富氣、汽油、柴油、輕蠟油和重蠟油餾分。

分餾塔頂油氣（112℃）經(jīng)焦化分餾塔頂空冷器（141A-H）、焦化分餾塔頂后冷器（E-111A-D）冷卻到40℃，與來自加氫的酸性氣和抽出液混合進(jìn)入分餾塔頂油氣分離罐（V-103），進(jìn)行油、氣、水三相分離。富氣至富氣壓縮機(jī)（C-201）升壓。

2 平面布置與塔頂油氣線的管道設(shè)計(jì)

在進(jìn)行延遲焦化裝置的平面布置設(shè)計(jì)時，要結(jié)合已有的地形情況，處理好焦化爐、焦炭塔與分餾塔三者的位置關(guān)系。在滿足國家標(biāo)準(zhǔn)《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50160-2008）的前提下，三者布置越緊湊越好。

分餾塔油氣空冷器一般是靠近分餾塔一側(cè)，青島石化廠就將其布置在1#管橋上，且在分餾塔一側(cè)?？紤]塔頂油氣管線直徑大（DN600），在管道設(shè)計(jì)時盡可能縮短塔頂油氣線的長度，以減少壓降和管道的長度，同時在管道布置時應(yīng)考慮用管道走向來吸收熱膨脹對整個管系產(chǎn)生的應(yīng)力，所以分餾塔塔頂空冷器布置在按照流程式布置原則盡量靠近分餾塔的基礎(chǔ)上，還要在水平方向上有一定的距離，以確保用水平方向的管道長度來吸收管系垂直方向的熱位移。具體來講，焦化爐和焦炭塔盡可能靠近布置；焦炭塔和焦化分餾塔也應(yīng)盡量靠近布置，但應(yīng)與消防、檢修和配管結(jié)合起來統(tǒng)籌考慮。

3 塔頂油氣線的選材

在合理采用工藝防腐措施，即在塔頂管道上設(shè)：注水、注緩蝕劑、注有機(jī)胺。并加強(qiáng)現(xiàn)場監(jiān)測和生產(chǎn)管理的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同的原油含硫含酸特性和腐蝕速率進(jìn)行經(jīng)濟(jì)和合理的選材是十分必要的。塔頂油氣線的操作溫度不高，設(shè)計(jì)溫度132℃，小于240℃，按照規(guī)范要求以及國內(nèi)外加工高硫高酸原油延遲焦化裝置選材的情況調(diào)查，結(jié)合本裝置情況，采用了加厚碳鋼的方法，解決其腐蝕問題，因此該管系應(yīng)當(dāng)選用我公司2C3等級的管材及管件、閥門等。油氣管道在平臺處設(shè)置了70mm后的防燙層，以保護(hù)操作人員不被燙傷。

4 塔頂油氣線的管道設(shè)計(jì)與應(yīng)力分析

在做油氣管線設(shè)計(jì)時，首先考慮以下五點(diǎn)：（1）符合要求的工藝管道及儀表流程；（2）考慮到管道的熱應(yīng)力；（3）根據(jù)“循序漸進(jìn)”的布局要求，不得出現(xiàn)下U，并且不能出現(xiàn)偏流的現(xiàn)象，應(yīng)該用對稱性原理布置；（4）考慮運(yùn)行維護(hù)方便；（5）盡量節(jié)省管道使其布局合理、經(jīng)濟(jì)、整潔并且美觀。

因?yàn)榉逐s塔頂油氣最終到富氣壓縮機(jī)升壓，隨著管道的壓降增加相應(yīng)的對壓縮機(jī)能耗也增加，所以油氣線越短、越直越有利于減少管道壓降，但該管系的應(yīng)力應(yīng)當(dāng)滿足要求，否則管道的使用壽命將會縮短，嚴(yán)重的還會造成泄漏、引發(fā)火災(zāi)等惡性事故，因此對管系的應(yīng)力分析顯得尤為重要。一是要考慮管系的應(yīng)力，同時又要考慮減少壓降，這兩點(diǎn)是矛盾的，所以應(yīng)在矛盾中找到最佳平衡點(diǎn)，因此在應(yīng)力滿足的條件下盡量降低管系壓降。分餾塔頂油氣傳統(tǒng)管系布置形式如圖1所示，經(jīng)過計(jì)算各嘴子的受力，其中節(jié)點(diǎn)200、300、310、800、810、910的Mz超出空冷器管嘴允許的力矩均在范圍，節(jié)點(diǎn)200、900的Mx也超出其范圍，其中900點(diǎn)的Mz超出允許使用值近1.7倍。為了適應(yīng)焦化裝置的大型化要求，對原管系的設(shè)計(jì)進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)后管系布置形式見圖2。在沒有增加管道總長度的情況下，應(yīng)力分析結(jié)果表明整個油氣管系受力是比較均勻的，力和力矩的分配也是比較合理的。一次應(yīng)力和二次應(yīng)力均滿足要求，按照API-661，空冷器管嘴允許的作用力和力矩均在范圍之內(nèi)。以上結(jié)果說明改變管道的布置大大地改善管系受力情況。

5 塔頂油氣線的支吊架設(shè)計(jì)

管道設(shè)計(jì)的重要組成部分則為管道支吊架的設(shè)計(jì)，另外與應(yīng)力分析也是分不開的。在管道的設(shè)計(jì)，該管系（管系統(tǒng)是一個不斷運(yùn)行的形式）的生根形式與應(yīng)力分析結(jié)果相結(jié)合，來確定支架的形式，進(jìn)行支架的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)應(yīng)力分析結(jié)果。

分餾塔頂油氣管道，直徑較大，垂直段較長。在布置支架時應(yīng)考慮多重因素。一般情況下為減少敷塔管道對分餾塔管嘴的應(yīng)力，避免管道振動，沿塔敷設(shè)的每一根管道均應(yīng)設(shè)置承重支架。并在適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)導(dǎo)向支架，必要時還應(yīng)設(shè)置彈簧支架。下面以青島石化延遲焦化為例。

（1）固定承重支架應(yīng)安裝在靠近設(shè)備管嘴處以減少管嘴受力。塔外壁上的支架設(shè)置按圖3所示，所以塔頂油氣線的第一個支在40點(diǎn)EL+56700處為承重支。

（2）塔上管道距離較長，在承重支架下面應(yīng)設(shè)置導(dǎo)向支架。本文設(shè)計(jì)在50點(diǎn)EL+48300處設(shè)一個導(dǎo)向支。

（3）由于該管系垂直荷載較大，為降低最頂部承重支架生根點(diǎn)塔體的局部應(yīng)力，可在垂直管中間設(shè)彈簧吊架分擔(dān)垂直荷載，所以在60點(diǎn)EL+37600處增設(shè)一個彈簧支，若將彈簧支移至50點(diǎn)，雖然對承重沒什么影響，但影響整個關(guān)系的穩(wěn)定性；在70點(diǎn)EL+27200處設(shè)一個導(dǎo)向支。

（4）由于塔頂溫度最低，而整個塔是向上脹，塔頂油氣線的溫度與塔頂?shù)臏囟炔畈欢?，管系向下脹的位移遠(yuǎn)小于塔的熱脹位移，所以整個管系有向上的熱脹位移，在100、110、120點(diǎn)脫空，因此在這幾處設(shè)彈簧支。

6 結(jié)語

焦化分餾塔在整個延遲焦化中所處地位也是非常重要的。焦化分餾塔頂油氣管線的設(shè)計(jì)對分餾塔和空冷器的穩(wěn)定安全有著很大的影響。做這部分的管道設(shè)計(jì)要思路細(xì)膩而嚴(yán)謹(jǐn)，這就需要我們在透徹理解工藝原理的基礎(chǔ)上，結(jié)合整個系統(tǒng)的應(yīng)力趨勢及材質(zhì)選擇進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

[1] 張德江，王懷義，劉紹葉.石油化工裝置工藝管道安裝設(shè)計(jì)手冊（第一篇）[M].北京：中國石化出版社，2005.

[2] 王懷義.石油化工管道安裝設(shè)計(jì)便查手冊[M].北京：中國石化出版社，2003.

[3] 工程設(shè)計(jì)手冊標(biāo)準(zhǔn)編號[M].

作者簡介：李華（1979—），女，甘肅秦安人，中石化洛陽工程有限公司工程師，研究方向：石油化工裝置管道設(shè)計(jì)。

摘要：文章基于焦化分餾工藝原理，結(jié)合延遲焦化裝置安裝特點(diǎn)及地形情況，通過塔頂油氣線的管道設(shè)計(jì)與選材、應(yīng)力分析以及支吊架設(shè)計(jì)等方面的研究，完成了延遲焦化裝置分餾塔塔頂油氣線的管道設(shè)計(jì)，并將新設(shè)計(jì)的管道布置方案與原方案進(jìn)行比較，結(jié)果表明改變管道的布置能夠極大地改善管系受力情況。

關(guān)鍵詞：延遲焦化；分餾塔；油氣線；應(yīng)力分析

中圖分類號：TE624 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）16-0022-02

目前我國大量進(jìn)口原油是含酸、硫的中東原油，這種原油深加工多使用渣油加氫處理和延遲焦化等進(jìn)行工藝處理。延遲焦化工藝對原料的適應(yīng)性強(qiáng)，柴汽的比例高，投資少并且建設(shè)周期短，同時也具有經(jīng)濟(jì)效益好等優(yōu)點(diǎn)。近年來，在我國的應(yīng)用十分廣泛。

延遲焦化裝置中，除了焦炭塔有關(guān)的管道設(shè)計(jì)非常重要以外，焦化分餾塔塔頂油氣線的管道設(shè)計(jì)也非常重要，本文結(jié)合青島石油化工有限責(zé)任公司（以下簡稱青島石化廠）加工高酸原油適應(yīng)性改造項(xiàng)目160萬噸/年延遲焦化裝置，對焦化分餾塔塔頂油氣線的管道設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)注意的問題進(jìn)行分析。

1 焦化分餾工藝原理

該裝置由焦化、分餾、吸收穩(wěn)定、吹氣放空、冷焦切焦水處理及脫硫部分組成。而在分餾部分分餾塔尤其重要。原料及循環(huán)油在焦炭塔內(nèi)進(jìn)行裂解和縮合反應(yīng)，生成焦炭和油氣。高溫油氣自焦炭塔頂至分餾塔下段，經(jīng)過洗滌板從蒸發(fā)段上升進(jìn)入蠟油集油箱以上分餾段，分餾出富氣、汽油、柴油、輕蠟油和重蠟油餾分。

分餾塔頂油氣（112℃）經(jīng)焦化分餾塔頂空冷器（141A-H）、焦化分餾塔頂后冷器（E-111A-D）冷卻到40℃，與來自加氫的酸性氣和抽出液混合進(jìn)入分餾塔頂油氣分離罐（V-103），進(jìn)行油、氣、水三相分離。富氣至富氣壓縮機(jī)（C-201）升壓。

2 平面布置與塔頂油氣線的管道設(shè)計(jì)

在進(jìn)行延遲焦化裝置的平面布置設(shè)計(jì)時，要結(jié)合已有的地形情況，處理好焦化爐、焦炭塔與分餾塔三者的位置關(guān)系。在滿足國家標(biāo)準(zhǔn)《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50160-2008）的前提下，三者布置越緊湊越好。

分餾塔油氣空冷器一般是靠近分餾塔一側(cè)，青島石化廠就將其布置在1#管橋上，且在分餾塔一側(cè)?？紤]塔頂油氣管線直徑大（DN600），在管道設(shè)計(jì)時盡可能縮短塔頂油氣線的長度，以減少壓降和管道的長度，同時在管道布置時應(yīng)考慮用管道走向來吸收熱膨脹對整個管系產(chǎn)生的應(yīng)力，所以分餾塔塔頂空冷器布置在按照流程式布置原則盡量靠近分餾塔的基礎(chǔ)上，還要在水平方向上有一定的距離，以確保用水平方向的管道長度來吸收管系垂直方向的熱位移。具體來講，焦化爐和焦炭塔盡可能靠近布置；焦炭塔和焦化分餾塔也應(yīng)盡量靠近布置，但應(yīng)與消防、檢修和配管結(jié)合起來統(tǒng)籌考慮。

3 塔頂油氣線的選材

在合理采用工藝防腐措施，即在塔頂管道上設(shè)：注水、注緩蝕劑、注有機(jī)胺。并加強(qiáng)現(xiàn)場監(jiān)測和生產(chǎn)管理的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同的原油含硫含酸特性和腐蝕速率進(jìn)行經(jīng)濟(jì)和合理的選材是十分必要的。塔頂油氣線的操作溫度不高，設(shè)計(jì)溫度132℃，小于240℃，按照規(guī)范要求以及國內(nèi)外加工高硫高酸原油延遲焦化裝置選材的情況調(diào)查，結(jié)合本裝置情況，采用了加厚碳鋼的方法，解決其腐蝕問題，因此該管系應(yīng)當(dāng)選用我公司2C3等級的管材及管件、閥門等。油氣管道在平臺處設(shè)置了70mm后的防燙層，以保護(hù)操作人員不被燙傷。

4 塔頂油氣線的管道設(shè)計(jì)與應(yīng)力分析

在做油氣管線設(shè)計(jì)時，首先考慮以下五點(diǎn)：（1）符合要求的工藝管道及儀表流程；（2）考慮到管道的熱應(yīng)力；（3）根據(jù)“循序漸進(jìn)”的布局要求，不得出現(xiàn)下U，并且不能出現(xiàn)偏流的現(xiàn)象，應(yīng)該用對稱性原理布置；（4）考慮運(yùn)行維護(hù)方便；（5）盡量節(jié)省管道使其布局合理、經(jīng)濟(jì)、整潔并且美觀。

因?yàn)榉逐s塔頂油氣最終到富氣壓縮機(jī)升壓，隨著管道的壓降增加相應(yīng)的對壓縮機(jī)能耗也增加，所以油氣線越短、越直越有利于減少管道壓降，但該管系的應(yīng)力應(yīng)當(dāng)滿足要求，否則管道的使用壽命將會縮短，嚴(yán)重的還會造成泄漏、引發(fā)火災(zāi)等惡性事故，因此對管系的應(yīng)力分析顯得尤為重要。一是要考慮管系的應(yīng)力，同時又要考慮減少壓降，這兩點(diǎn)是矛盾的，所以應(yīng)在矛盾中找到最佳平衡點(diǎn)，因此在應(yīng)力滿足的條件下盡量降低管系壓降。分餾塔頂油氣傳統(tǒng)管系布置形式如圖1所示，經(jīng)過計(jì)算各嘴子的受力，其中節(jié)點(diǎn)200、300、310、800、810、910的Mz超出空冷器管嘴允許的力矩均在范圍，節(jié)點(diǎn)200、900的Mx也超出其范圍，其中900點(diǎn)的Mz超出允許使用值近1.7倍。為了適應(yīng)焦化裝置的大型化要求，對原管系的設(shè)計(jì)進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)后管系布置形式見圖2。在沒有增加管道總長度的情況下，應(yīng)力分析結(jié)果表明整個油氣管系受力是比較均勻的，力和力矩的分配也是比較合理的。一次應(yīng)力和二次應(yīng)力均滿足要求，按照API-661，空冷器管嘴允許的作用力和力矩均在范圍之內(nèi)。以上結(jié)果說明改變管道的布置大大地改善管系受力情況。

5 塔頂油氣線的支吊架設(shè)計(jì)

管道設(shè)計(jì)的重要組成部分則為管道支吊架的設(shè)計(jì)，另外與應(yīng)力分析也是分不開的。在管道的設(shè)計(jì)，該管系（管系統(tǒng)是一個不斷運(yùn)行的形式）的生根形式與應(yīng)力分析結(jié)果相結(jié)合，來確定支架的形式，進(jìn)行支架的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)應(yīng)力分析結(jié)果。

分餾塔頂油氣管道，直徑較大，垂直段較長。在布置支架時應(yīng)考慮多重因素。一般情況下為減少敷塔管道對分餾塔管嘴的應(yīng)力，避免管道振動，沿塔敷設(shè)的每一根管道均應(yīng)設(shè)置承重支架。并在適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)導(dǎo)向支架，必要時還應(yīng)設(shè)置彈簧支架。下面以青島石化延遲焦化為例。

（1）固定承重支架應(yīng)安裝在靠近設(shè)備管嘴處以減少管嘴受力。塔外壁上的支架設(shè)置按圖3所示，所以塔頂油氣線的第一個支在40點(diǎn)EL+56700處為承重支。

（2）塔上管道距離較長，在承重支架下面應(yīng)設(shè)置導(dǎo)向支架。本文設(shè)計(jì)在50點(diǎn)EL+48300處設(shè)一個導(dǎo)向支。

（3）由于該管系垂直荷載較大，為降低最頂部承重支架生根點(diǎn)塔體的局部應(yīng)力，可在垂直管中間設(shè)彈簧吊架分擔(dān)垂直荷載，所以在60點(diǎn)EL+37600處增設(shè)一個彈簧支，若將彈簧支移至50點(diǎn)，雖然對承重沒什么影響，但影響整個關(guān)系的穩(wěn)定性；在70點(diǎn)EL+27200處設(shè)一個導(dǎo)向支。

（4）由于塔頂溫度最低，而整個塔是向上脹，塔頂油氣線的溫度與塔頂?shù)臏囟炔畈欢?，管系向下脹的位移遠(yuǎn)小于塔的熱脹位移，所以整個管系有向上的熱脹位移，在100、110、120點(diǎn)脫空，因此在這幾處設(shè)彈簧支。

6 結(jié)語

焦化分餾塔在整個延遲焦化中所處地位也是非常重要的。焦化分餾塔頂油氣管線的設(shè)計(jì)對分餾塔和空冷器的穩(wěn)定安全有著很大的影響。做這部分的管道設(shè)計(jì)要思路細(xì)膩而嚴(yán)謹(jǐn)，這就需要我們在透徹理解工藝原理的基礎(chǔ)上，結(jié)合整個系統(tǒng)的應(yīng)力趨勢及材質(zhì)選擇進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

[1] 張德江，王懷義，劉紹葉.石油化工裝置工藝管道安裝設(shè)計(jì)手冊（第一篇）[M].北京：中國石化出版社，2005.

[2] 王懷義.石油化工管道安裝設(shè)計(jì)便查手冊[M].北京：中國石化出版社，2003.

[3] 工程設(shè)計(jì)手冊標(biāo)準(zhǔn)編號[M].

作者簡介：李華（1979—），女，甘肅秦安人，中石化洛陽工程有限公司工程師，研究方向：石油化工裝置管道設(shè)計(jì)。

摘要：文章基于焦化分餾工藝原理，結(jié)合延遲焦化裝置安裝特點(diǎn)及地形情況，通過塔頂油氣線的管道設(shè)計(jì)與選材、應(yīng)力分析以及支吊架設(shè)計(jì)等方面的研究，完成了延遲焦化裝置分餾塔塔頂油氣線的管道設(shè)計(jì)，并將新設(shè)計(jì)的管道布置方案與原方案進(jìn)行比較，結(jié)果表明改變管道的布置能夠極大地改善管系受力情況。

關(guān)鍵詞：延遲焦化；分餾塔；油氣線；應(yīng)力分析

中圖分類號：TE624 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）16-0022-02

目前我國大量進(jìn)口原油是含酸、硫的中東原油，這種原油深加工多使用渣油加氫處理和延遲焦化等進(jìn)行工藝處理。延遲焦化工藝對原料的適應(yīng)性強(qiáng)，柴汽的比例高，投資少并且建設(shè)周期短，同時也具有經(jīng)濟(jì)效益好等優(yōu)點(diǎn)。近年來，在我國的應(yīng)用十分廣泛。

延遲焦化裝置中，除了焦炭塔有關(guān)的管道設(shè)計(jì)非常重要以外，焦化分餾塔塔頂油氣線的管道設(shè)計(jì)也非常重要，本文結(jié)合青島石油化工有限責(zé)任公司（以下簡稱青島石化廠）加工高酸原油適應(yīng)性改造項(xiàng)目160萬噸/年延遲焦化裝置，對焦化分餾塔塔頂油氣線的管道設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)注意的問題進(jìn)行分析。

1 焦化分餾工藝原理

該裝置由焦化、分餾、吸收穩(wěn)定、吹氣放空、冷焦切焦水處理及脫硫部分組成。而在分餾部分分餾塔尤其重要。原料及循環(huán)油在焦炭塔內(nèi)進(jìn)行裂解和縮合反應(yīng)，生成焦炭和油氣。高溫油氣自焦炭塔頂至分餾塔下段，經(jīng)過洗滌板從蒸發(fā)段上升進(jìn)入蠟油集油箱以上分餾段，分餾出富氣、汽油、柴油、輕蠟油和重蠟油餾分。

分餾塔頂油氣（112℃）經(jīng)焦化分餾塔頂空冷器（141A-H）、焦化分餾塔頂后冷器（E-111A-D）冷卻到40℃，與來自加氫的酸性氣和抽出液混合進(jìn)入分餾塔頂油氣分離罐（V-103），進(jìn)行油、氣、水三相分離。富氣至富氣壓縮機(jī)（C-201）升壓。

2 平面布置與塔頂油氣線的管道設(shè)計(jì)

在進(jìn)行延遲焦化裝置的平面布置設(shè)計(jì)時，要結(jié)合已有的地形情況，處理好焦化爐、焦炭塔與分餾塔三者的位置關(guān)系。在滿足國家標(biāo)準(zhǔn)《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50160-2008）的前提下，三者布置越緊湊越好。

分餾塔油氣空冷器一般是靠近分餾塔一側(cè)，青島石化廠就將其布置在1#管橋上，且在分餾塔一側(cè)?？紤]塔頂油氣管線直徑大（DN600），在管道設(shè)計(jì)時盡可能縮短塔頂油氣線的長度，以減少壓降和管道的長度，同時在管道布置時應(yīng)考慮用管道走向來吸收熱膨脹對整個管系產(chǎn)生的應(yīng)力，所以分餾塔塔頂空冷器布置在按照流程式布置原則盡量靠近分餾塔的基礎(chǔ)上，還要在水平方向上有一定的距離，以確保用水平方向的管道長度來吸收管系垂直方向的熱位移。具體來講，焦化爐和焦炭塔盡可能靠近布置；焦炭塔和焦化分餾塔也應(yīng)盡量靠近布置，但應(yīng)與消防、檢修和配管結(jié)合起來統(tǒng)籌考慮。

3 塔頂油氣線的選材

在合理采用工藝防腐措施，即在塔頂管道上設(shè)：注水、注緩蝕劑、注有機(jī)胺。并加強(qiáng)現(xiàn)場監(jiān)測和生產(chǎn)管理的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同的原油含硫含酸特性和腐蝕速率進(jìn)行經(jīng)濟(jì)和合理的選材是十分必要的。塔頂油氣線的操作溫度不高，設(shè)計(jì)溫度132℃，小于240℃，按照規(guī)范要求以及國內(nèi)外加工高硫高酸原油延遲焦化裝置選材的情況調(diào)查，結(jié)合本裝置情況，采用了加厚碳鋼的方法，解決其腐蝕問題，因此該管系應(yīng)當(dāng)選用我公司2C3等級的管材及管件、閥門等。油氣管道在平臺處設(shè)置了70mm后的防燙層，以保護(hù)操作人員不被燙傷。

4 塔頂油氣線的管道設(shè)計(jì)與應(yīng)力分析

在做油氣管線設(shè)計(jì)時，首先考慮以下五點(diǎn)：（1）符合要求的工藝管道及儀表流程；（2）考慮到管道的熱應(yīng)力；（3）根據(jù)“循序漸進(jìn)”的布局要求，不得出現(xiàn)下U，并且不能出現(xiàn)偏流的現(xiàn)象，應(yīng)該用對稱性原理布置；（4）考慮運(yùn)行維護(hù)方便；（5）盡量節(jié)省管道使其布局合理、經(jīng)濟(jì)、整潔并且美觀。

因?yàn)榉逐s塔頂油氣最終到富氣壓縮機(jī)升壓，隨著管道的壓降增加相應(yīng)的對壓縮機(jī)能耗也增加，所以油氣線越短、越直越有利于減少管道壓降，但該管系的應(yīng)力應(yīng)當(dāng)滿足要求，否則管道的使用壽命將會縮短，嚴(yán)重的還會造成泄漏、引發(fā)火災(zāi)等惡性事故，因此對管系的應(yīng)力分析顯得尤為重要。一是要考慮管系的應(yīng)力，同時又要考慮減少壓降，這兩點(diǎn)是矛盾的，所以應(yīng)在矛盾中找到最佳平衡點(diǎn)，因此在應(yīng)力滿足的條件下盡量降低管系壓降。分餾塔頂油氣傳統(tǒng)管系布置形式如圖1所示，經(jīng)過計(jì)算各嘴子的受力，其中節(jié)點(diǎn)200、300、310、800、810、910的Mz超出空冷器管嘴允許的力矩均在范圍，節(jié)點(diǎn)200、900的Mx也超出其范圍，其中900點(diǎn)的Mz超出允許使用值近1.7倍。為了適應(yīng)焦化裝置的大型化要求，對原管系的設(shè)計(jì)進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)后管系布置形式見圖2。在沒有增加管道總長度的情況下，應(yīng)力分析結(jié)果表明整個油氣管系受力是比較均勻的，力和力矩的分配也是比較合理的。一次應(yīng)力和二次應(yīng)力均滿足要求，按照API-661，空冷器管嘴允許的作用力和力矩均在范圍之內(nèi)。以上結(jié)果說明改變管道的布置大大地改善管系受力情況。

5 塔頂油氣線的支吊架設(shè)計(jì)

管道設(shè)計(jì)的重要組成部分則為管道支吊架的設(shè)計(jì)，另外與應(yīng)力分析也是分不開的。在管道的設(shè)計(jì)，該管系（管系統(tǒng)是一個不斷運(yùn)行的形式）的生根形式與應(yīng)力分析結(jié)果相結(jié)合，來確定支架的形式，進(jìn)行支架的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)應(yīng)力分析結(jié)果。

分餾塔頂油氣管道，直徑較大，垂直段較長。在布置支架時應(yīng)考慮多重因素。一般情況下為減少敷塔管道對分餾塔管嘴的應(yīng)力，避免管道振動，沿塔敷設(shè)的每一根管道均應(yīng)設(shè)置承重支架。并在適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)導(dǎo)向支架，必要時還應(yīng)設(shè)置彈簧支架。下面以青島石化延遲焦化為例。

（1）固定承重支架應(yīng)安裝在靠近設(shè)備管嘴處以減少管嘴受力。塔外壁上的支架設(shè)置按圖3所示，所以塔頂油氣線的第一個支在40點(diǎn)EL+56700處為承重支。

（2）塔上管道距離較長，在承重支架下面應(yīng)設(shè)置導(dǎo)向支架。本文設(shè)計(jì)在50點(diǎn)EL+48300處設(shè)一個導(dǎo)向支。

（3）由于該管系垂直荷載較大，為降低最頂部承重支架生根點(diǎn)塔體的局部應(yīng)力，可在垂直管中間設(shè)彈簧吊架分擔(dān)垂直荷載，所以在60點(diǎn)EL+37600處增設(shè)一個彈簧支，若將彈簧支移至50點(diǎn)，雖然對承重沒什么影響，但影響整個關(guān)系的穩(wěn)定性；在70點(diǎn)EL+27200處設(shè)一個導(dǎo)向支。

（4）由于塔頂溫度最低，而整個塔是向上脹，塔頂油氣線的溫度與塔頂?shù)臏囟炔畈欢?，管系向下脹的位移遠(yuǎn)小于塔的熱脹位移，所以整個管系有向上的熱脹位移，在100、110、120點(diǎn)脫空，因此在這幾處設(shè)彈簧支。

6 結(jié)語

焦化分餾塔在整個延遲焦化中所處地位也是非常重要的。焦化分餾塔頂油氣管線的設(shè)計(jì)對分餾塔和空冷器的穩(wěn)定安全有著很大的影響。做這部分的管道設(shè)計(jì)要思路細(xì)膩而嚴(yán)謹(jǐn)，這就需要我們在透徹理解工藝原理的基礎(chǔ)上，結(jié)合整個系統(tǒng)的應(yīng)力趨勢及材質(zhì)選擇進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

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[3] 工程設(shè)計(jì)手冊標(biāo)準(zhǔn)編號[M].

作者簡介：李華（1979—），女，甘肅秦安人，中石化洛陽工程有限公司工程師，研究方向：石油化工裝置管道設(shè)計(jì)。