催化裂化裝置中外取熱器上升管與下降管的管道設(shè)計(jì)

【摘 要】催化裂化裝置中外取熱器上升管與下降管的設(shè)計(jì)是催化裂化裝置設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)。本文從管道選材，設(shè)備布置，管道規(guī)劃，應(yīng)力分析，支架設(shè)置等方面詳細(xì)論述了外取熱上升管與下降管的管道設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】催化裂化；外取熱器；升管與下降管；管道設(shè)計(jì)

由于催化裂化裝置為放熱反應(yīng)，在催化劑的再生，燒焦過(guò)程中釋放出的熱量遠(yuǎn)大于系統(tǒng)所需要的熱量，為了維持系統(tǒng)的熱平衡，過(guò)剩的熱量需通過(guò)外取熱器轉(zhuǎn)移出去（亦可使用內(nèi)取熱，此處不詳述）。再生催化劑從密相段引出，進(jìn)入外取熱器，加熱給水，使水汽化后將熱量帶出，催化劑冷卻后再回到再生器。給水汽化后汽水混合物經(jīng)上升管進(jìn)入中壓汽水分離器，汽水分離后，中壓飽和蒸汽進(jìn)入系統(tǒng)，給水經(jīng)返回管返回外取熱器重新加熱進(jìn)入下一循環(huán)。

1.外取熱器與中壓汽水分離器的平面布置

按照要想取得理想的換熱效果，外取熱器應(yīng)盡量靠近兩器（沉降器和再生器）布置。以揚(yáng)子石化有限公司200萬(wàn)噸/年催化裂化裝置為例，兩器中心線到外取熱器中心線距離為9.6米，而中壓汽水分離器布置在外取熱器外側(cè)，兩者中心線距離大約為11.5米。（見(jiàn)附圖一）。

附圖一

另一種典型布置方式為三角形布置。如高橋石化分公司上海煉油廠3#催化（140萬(wàn)噸/年）改造項(xiàng)目，兩器中心線外取熱器中心線距離為9.5米，器壁間凈距為3.3米。中壓汽水分離器布置在外取熱器左側(cè)，設(shè)備間距離為12.2米。（見(jiàn)附圖二）。

附圖二

外取熱器與中壓汽水分離器間距以12米左右為最佳，不宜太遠(yuǎn)或太近。太遠(yuǎn)浪費(fèi)占地與材料，且給管道支撐帶來(lái)困難；太近則不利于管道熱補(bǔ)償。中壓汽水分離器應(yīng)優(yōu)先考慮與外取熱器對(duì)中布置（即外取熱器中心線到中壓汽水分離器左右鞍座等距），以利于汽水管線的布置。但在具體設(shè)計(jì)中受客觀條件限制，有時(shí)不宜做到。揚(yáng)子與高橋項(xiàng)目均是如此。

受推動(dòng)力的影響外取熱器管嘴與中壓汽水分離器高度差應(yīng)大于10米，一般在14-15米。外取熱器與中壓汽水分離器的水平距離與垂直距離之比也充分考慮到了管線的熱補(bǔ)償。

2.管道的壁厚與材料選用

外取熱器上升管與下降管的操作條件為255℃，4.22MPa。

管子表號(hào)=P/[σ]X10

管子表號(hào)=422X10.2/8.5X10=50.64，因此管子表號(hào)取sch60。

P——管內(nèi)介質(zhì)操作壓力，公斤/平方厘米。

[σ]——管子材料在操作溫度下的許用應(yīng)力。

以目前典型的上升管為DN200，下降管為DN150為例，管道壁厚分別為10mm和9.5mm。

根據(jù)《壓力管道監(jiān)察規(guī)程》當(dāng)壓力超過(guò)4.0MPa時(shí)，管道材質(zhì)選用20G。

3.上升管與下降管的管道設(shè)計(jì)與熱補(bǔ)償

外取熱器上升管與下降管的布置特點(diǎn)是管道數(shù)量大且密集。以揚(yáng)子石化200萬(wàn)噸/年催化裂化裝置為例，外取熱器為立式設(shè)備，直徑3.3米。34根上升管（管徑DN200）和34根下降管（管徑DN150）均從頂部封頭上抽出。中壓汽水分離器的上升管和下降管管嘴均為14，管徑分別為DN250和DN200。管道從外取熱器抽出后按不同標(biāo)高分為4排，每排之間高差為3米。最下面一排和第三排為上升管，第二排和最上面一排為下降管；每排均為17根管線。四排管道分別在外取熱構(gòu)架梁和中壓汽水分離器構(gòu)架梁進(jìn)入支撐后進(jìn)入中壓汽水分離器構(gòu)架。管道向上至中壓汽水分離器下層平臺(tái)（距放置中壓汽水分離器的平臺(tái)約5米）后安裝切斷閥，在此平臺(tái)支撐后“兩兩合一”接入中壓汽水分離器。參見(jiàn)附圖三，附圖四。

附圖三

附圖四

各上升管與下降管在外取熱器與中壓汽水分離器之間管道長(zhǎng)度應(yīng)盡量做到相等，以期獲得良好的汽水分離效果。但在實(shí)際應(yīng)用中很難做到，可以通過(guò)調(diào)整個(gè)別管道以保證大多數(shù)管道長(zhǎng)度相等或相近。同時(shí)為減輕中壓汽水分離器的壓力，上升管的水平管道應(yīng)有不小于4度的坡度，坡向外取熱器，以使上升管中的水能夠自然流向外取熱器。

4.管道熱補(bǔ)償和支吊架設(shè)計(jì)

附圖五

由于外取熱器上升管與下降管的溫度與壓力較高（250℃，4.5MPa左右）。在進(jìn)行管道設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮管道的熱補(bǔ)償。以高橋石化分公司上海煉油廠3#催化（140萬(wàn)噸/年）改造項(xiàng)目外取熱器下層下降管為例（見(jiàn)附圖五），兩器基礎(chǔ)標(biāo)高為8.5米，兩器及外取熱器均有襯里，壁溫大約為175℃，熱脹量為2毫米/米；下降管和中壓汽水分離器溫度250℃，熱脹量為3毫米/米。管系中A點(diǎn)的熱脹量為向上32毫米。E點(diǎn)的熱脹量為向下58毫米。管系垂直長(zhǎng)度為18米而水平長(zhǎng)度為12.5米，足以滿足管系的自然補(bǔ)償。計(jì)算機(jī)應(yīng)力分析的結(jié)果也證明了這一點(diǎn)。設(shè)計(jì)中在B，C，D，F(xiàn)，G點(diǎn)設(shè)置了支架。由于這五個(gè)點(diǎn)均有熱位移（其中）所以都選擇了彈簧支架。上升管與下降管眾多的數(shù)量（個(gè)34根）造成了彈簧數(shù)量的眾多。高橋石化分公司上海煉油廠3#催化（140萬(wàn)噸/年）改造項(xiàng)目共使用了384個(gè)彈簧。因此在設(shè)計(jì)中可將熱位移量和荷載相近的選用同一型號(hào)彈簧，以盡量減少?gòu)椈梢?guī)格，給采購(gòu)和施工帶來(lái)方便。同時(shí)在設(shè)計(jì)中應(yīng)將彈簧集中布置，即將彈簧成排布置在同一根梁上以便于施工和檢修。 [科]