千萬噸煉廠減壓轉(zhuǎn)油線管道設(shè)計要點淺析

梁振波 鄒彥娜（中國石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計分公司，山東 青島 266071）

1 概述

近幾年國內(nèi)新建煉廠都是千萬噸煉油、百萬噸乙烯規(guī)模的大型石化基地，新建煉廠已經(jīng)實現(xiàn)了原油一次加工處理能力由500萬噸/年到1000萬噸/年的跨越。隨著裝置大型化的發(fā)展趨勢，管道設(shè)計難度也隨之升高。本文結(jié)合工程實踐，從管道選材、管道布置、管道應(yīng)力分析等方面對大型減壓轉(zhuǎn)油線的設(shè)計進行了簡單剖析，而得出大型裝置中轉(zhuǎn)油線管道設(shè)計的基本理念和設(shè)計方法，使其更好的實現(xiàn)先進的工藝方案和路線，服務(wù)于生產(chǎn)。

2 管線布置

500 萬噸/年以下規(guī)模常減壓裝置減壓轉(zhuǎn)油線的操作溫度為385℃左右，為得到更多優(yōu)質(zhì)的蠟油以供應(yīng)下游裝置，目前國內(nèi)千萬噸常減壓裝置都采用減壓深拔技術(shù)，轉(zhuǎn)油線操作溫度為415℃左右；為防止部分介質(zhì)在爐管內(nèi)汽化，原來500萬噸/年規(guī)模裝置利用加熱爐爐管吸收轉(zhuǎn)油線熱位移的方案（如圖-1所示）已經(jīng)不可行。

目前千萬噸煉廠減壓轉(zhuǎn)油線均采用了過渡段吸收熱位移的技術(shù)，典型的方案如如圖-2所示；過渡段的柔性的增加不僅吸收了蒸發(fā)段的熱位移，而且由于阻力增加，也不會出現(xiàn)加熱爐爐管內(nèi)介質(zhì)過早出現(xiàn)汽化的現(xiàn)象，即使爐管內(nèi)介質(zhì)溫度大于原常減壓裝置，也避免了爐管最后一段擴徑的方案；這與原來盡可能降低過渡段的長度、追求最低的壓力降的設(shè)計理念是完全不同的。

但為了防止過渡段管道介質(zhì)流動阻力過大及因小半徑彎頭應(yīng)力過于集中造成的應(yīng)力超限問題，過渡段彎頭宜采用R=4DN-6DN的大半徑煨彎彎頭；另外大半徑彎頭也可以有效消除兩相流管線的震動隱患。

圖-1

圖-2

2.1 管道選材

2.1.1 主管段和分支段材料選用

轉(zhuǎn)油線選材主要的考慮因素是抗環(huán)烷酸及高溫硫化物腐蝕，以及高流速和紊流影響。

千萬噸煉廠的減壓轉(zhuǎn)油線主管道（低速蒸發(fā)段）主管段一般在DN4000左右，分支管段DN>800mm，主管段、分支段均應(yīng)選用鋼板卷制焊接鋼管，不允許選用螺旋縫焊接鋼管；由于主管段已超出一般壓力管道的范疇，應(yīng)按國家標準GB150-89《鋼制壓力容器》中的各項要求，與計算方法對轉(zhuǎn)油線的壁厚、加強圈、開口補強和支座等進行必要的強度計算。

根據(jù)加工原油屬性不同，轉(zhuǎn)油線應(yīng)選用不同材質(zhì)，以達到裝置長期安全操作的條件下盡量節(jié)省材料和和施工成本。

低硫（總硫<0.5%wt）低酸[酸值<0.5mg（KOH）/g]介質(zhì)，宜選用20R鋼板，應(yīng)符合GB6654標準要求；高硫（總硫≥0.5%wt）、低酸介質(zhì)，宜選用20R+1Cr5Mo,20R+Ocr13A（405）或20R+00Cr19Ni11（304L）復(fù)合鋼板，應(yīng)符合JB4733標準要求；低硫、高酸[酸值≥0.5mg（KOH/g）]介質(zhì)，宜選用20R+OOCr17Ni14Mo2（316L）或20R+OOCr19Ni13Mo3（317L）復(fù)合鋼板，應(yīng)符合JB4733標準要求；高硫、高酸介質(zhì)，宜選用20R+OOCr17Ni14Mo2（316L）或20R+OOCr19Ni13Mo3（317L）復(fù)合鋼板，應(yīng)符合JB4733標準要求；對加工原料特別惡劣的裝置，如委內(nèi)瑞拉重油，復(fù)合鋼基材應(yīng)選用1Cr5Mo。

2.2 過渡段材料選用要求

過渡段一般選用無縫鋼管和無縫管件，但與500萬噸/年規(guī)模煉廠不同,千萬噸級煉廠過渡段存在逐級擴徑的設(shè)計方案，隨著逐漸擴徑,很大比例的管道直徑已經(jīng)超過DN500，大管徑部分采用碳鋼+3mm復(fù)合或堆焊的復(fù)合鋼管或者管件也是可以接受的；需要和經(jīng)濟專業(yè)協(xié)作，綜合考慮采購和施工成本，再做決定是采用純材，還是采用復(fù)合鋼管。

過渡段材質(zhì)的選擇可以參考低速段材質(zhì)的選擇，在此就不再詳細論述。

轉(zhuǎn)油線這樣的選材就不可避免的出現(xiàn)異種鋼焊接的問題，常常需要將奧氏體不銹鋼和Cr-Mo鋼或內(nèi)襯Cr-Mo鋼焊接起來。從材料工程的觀點看，如有可能，應(yīng)避免此類焊接，因此在裝置的其它管道優(yōu)先推薦異種鋼法蘭連接，但轉(zhuǎn)油線不推薦法蘭連接的處理方案。

異種鋼焊接具有潛在開裂敏感性。此類開裂與下列因素有關(guān)：奧氏體焊接材料和鐵素體鋼之間的融合線、局部硬化區(qū)域、高度敏化焊縫區(qū)域。焊后熱處理（PWHT）不會消除這些區(qū)域；甚至可能硬化其組織，因為在焊后熱處理（PWHT）過程中會產(chǎn)生碳轉(zhuǎn)移。該區(qū)域的形狀和延伸范圍取決于焊接參數(shù)，很難控制。

常規(guī)做法是在大約350℃，用不銹鋼焊條（焊絲）。但轉(zhuǎn)油線操作溫度遠超過350℃，由于奧氏體材料和鐵素體鋼之間的熱膨脹系數(shù)不同，熱疲勞成為需要額外考慮的因素。

這種情況下通常需要用高鎳合金焊條（焊絲）。與鐵素體材料相比，鎳合金材料之間的熱膨脹系數(shù)相差不大，而它們抗硫化物腐蝕性能比含鉻合金不銹鋼低得多。需要仔細控制硬度以防止應(yīng)力腐蝕開裂（SCC）/氫脆破壞。

另外生產(chǎn)和檢驗要特別注意。每次焊接都應(yīng)在現(xiàn)場進行獨立焊接工藝評定。評定和檢驗應(yīng)經(jīng)過焊接試件進行校核。對于Cr-Mo鋼和不銹鋼之間的連接，應(yīng)在廠房內(nèi)進行并制訂焊接“安全臨界點”的上限，避免在戶外進行異種鋼焊接。

因此千萬噸級煉廠轉(zhuǎn)油線推薦分段預(yù)制，現(xiàn)場組對。

3 應(yīng)力分析

管道的應(yīng)力計算在煉油化工配管設(shè)計中占有十分重要的地位，合理的配管設(shè)計可以使生產(chǎn)運轉(zhuǎn)安全，節(jié)省投資，節(jié)約能源，延長裝置生產(chǎn)周期和使用年限。

整個管系應(yīng)采用CEASERⅡ進行計算分析，考慮到CEAS?ERⅡ的局限性，應(yīng)力集中的大管件應(yīng)采用有限元分析法進行強度校核，如褲裝三通和過渡段和蒸發(fā)段斜接處，并將管嘴推力提交設(shè)備專業(yè)，以便設(shè)備專業(yè)核算減壓塔強度，并對管嘴做適當不強。

與500萬噸/年常減壓裝置爐管吸收轉(zhuǎn)油線熱膨脹不同，這種情況下出現(xiàn)了過渡段柔性非常大的配管方案；此方案的缺點是增加了管線投資，而且又加大了動力損耗；并且過渡段由于逐級擴徑，介質(zhì)已經(jīng)開始汽化，避免兩相流引起的管道振動是應(yīng)力分析必須考慮的因素，在保證管系安全的情況下盡量減少管道的彈簧支架，并盡量減少管道長度；千萬噸煉廠爐管不僅不吸收漲量，還給轉(zhuǎn)油線一額外的推力，因此必須將部分加熱爐爐管加入到CEASERⅡ的模型中。

4 結(jié)語

以上是本人千萬噸常減壓裝置減壓轉(zhuǎn)油線一些意見和見解，希望對初次接觸此類設(shè)計的人能有所幫助，起到向?qū)У淖饔谩?/p>

[1]張德姜，王懷義，劉紹葉.石油化工裝置工藝管道安裝設(shè)計手冊［M］.北京：中國石化出版社，2009.

[2]唐永進.壓力管道應(yīng)力分析［M］.北京：中國石化出版社，2003.

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