加氫處理裝置冷高分構(gòu)架配管設(shè)計(jì)

王　莘

(中國(guó)石化工程建設(shè)有限公司 配管一室，北京　100101)

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加氫處理裝置冷高分構(gòu)架配管設(shè)計(jì)

王莘

(中國(guó)石化工程建設(shè)有限公司 配管一室，北京100101)

根據(jù)加氫裝置工藝流程的要求及工藝設(shè)備的特點(diǎn)，結(jié)合設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及建造時(shí)遇到的問(wèn)題，對(duì)冷高分構(gòu)架內(nèi)循環(huán)氫脫硫塔及冷高壓分離器配管設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)論述和分析，總結(jié)了冷高分構(gòu)架設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問(wèn)題，并給出優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

加氫；冷高壓分離器；循環(huán)氫脫硫塔；角閥；液位計(jì)

冷高分構(gòu)架包含冷高壓分離器及循環(huán)氫脫硫塔，該組合裝置是加氫裝置的主要設(shè)備。冷高壓分離器既承擔(dān)著反應(yīng)流出物氣液分離的任務(wù)，又是液相物流高/低壓轉(zhuǎn)換的界面；更重要的在于冷高壓分離器的壓力是加氫反應(yīng)系統(tǒng)的壓力基準(zhǔn)點(diǎn)，即是反應(yīng)系統(tǒng)壓力控制的基準(zhǔn)點(diǎn)，同時(shí)當(dāng)裝置出現(xiàn)異常時(shí)，系統(tǒng)的緊急泄壓操作又源于此。因此，冷高壓分離器控制系統(tǒng)在加氫裝置中有著特殊的重要地位，其配管設(shè)計(jì)方案是否合理、現(xiàn)場(chǎng)儀表及控制系統(tǒng)可靠性的高低、控制品質(zhì)的好壞、響應(yīng)時(shí)間的長(zhǎng)短等對(duì)加氫反應(yīng)系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行和安全生產(chǎn)起著重要的作用[1]。

1　工藝流程

裝置外來(lái)的補(bǔ)充氫由新氫壓縮機(jī)升壓后與循環(huán)氫混和?；旌蜌湎扰c熱高分氣進(jìn)行換熱，再和原料油混和。從熱高壓分離器分離出的液體(熱高分油)減壓后進(jìn)入熱低壓分離器，進(jìn)一步在低壓下將其溶解的氣體閃蒸出來(lái)。氣體(熱高分氣)先后與冷低分油、混合氫換熱，最后由熱高分氣空冷器冷卻至55 ℃左右進(jìn)入冷高壓分離器，進(jìn)行氣、油、水三相分離。分離后的氣相介質(zhì)進(jìn)入循環(huán)氫聚結(jié)器后進(jìn)入循環(huán)氫脫硫塔進(jìn)行脫硫脫胺。脫硫脫胺后的循環(huán)氫進(jìn)入循環(huán)氫壓縮機(jī)。圖1為冷高壓分離器相關(guān)PFD。

1.1設(shè)備及構(gòu)架結(jié)構(gòu)布置設(shè)計(jì)

冷高分構(gòu)架內(nèi)主要包括循環(huán)氫脫硫塔、循環(huán)氫聚結(jié)器及冷高壓分離器。考慮設(shè)備附屬管道的布置，該構(gòu)架布置方式分為兩種：

第一種方式：以中石化某公司1.8 Mt/a催化原料加氫處理裝置為例。針對(duì)冷高分構(gòu)架的設(shè)計(jì)如圖2(1)所示。共設(shè)三層結(jié)構(gòu)平臺(tái)，標(biāo)高分別為EL3 200 mm、EL7 400 mm及以冷高壓分離器罐頂為構(gòu)架頂平臺(tái)EL11 500 mm，再做兩層設(shè)備平臺(tái)，既循環(huán)氫脫硫塔設(shè)備平臺(tái)EL15 000 mm(該層平臺(tái)主要目的為上下平臺(tái)過(guò)渡，減少直接至頂平臺(tái)的高度。另一目的為方便操作附近管道的Y型閥。) 及設(shè)備頂平臺(tái)EL18 800 mm以設(shè)備梯相連。該裝置構(gòu)架鋼結(jié)構(gòu)頂標(biāo)高為EL11 500 mm。

第二種方式：以中石化某公司1.8 Mt/a蠟油加氫處理裝置為例。針對(duì)冷高分構(gòu)架的設(shè)計(jì)如圖2(2)所示。共設(shè)5層平臺(tái)，標(biāo)高為EL3 500 mm、EL7 700 mm、EL11 800 mm、EL15 300 mm及頂平臺(tái)EL19 000 mm，并未設(shè)置循環(huán)氫脫硫塔設(shè)備平臺(tái)。構(gòu)架可以分成兩個(gè)部分：冷高壓分離器部分構(gòu)架高度至EL11 800 mm，循環(huán)氫脫硫塔部分高度至EL19 000 mm。

兩種方式相比較，第一種方式構(gòu)架較低，相對(duì)更經(jīng)濟(jì)。整體結(jié)構(gòu)構(gòu)架只搭設(shè)到11.5 m高，其余部分采用設(shè)備平臺(tái)結(jié)構(gòu)。但是由于該設(shè)備為整體熱處理設(shè)備(熱處理設(shè)備為出廠一次成型熱處理裝置，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)不允許進(jìn)行焊接作業(yè))，設(shè)備相關(guān)管道的支吊架及設(shè)備相關(guān)平臺(tái)梯子需要提前提出墊板條件，以便設(shè)備專業(yè)預(yù)制墊板。正是因?yàn)轭A(yù)設(shè)埋板原因，所以在設(shè)計(jì)階段及設(shè)備制造時(shí)要密切注意相關(guān)預(yù)制是否完成，以減少遺漏。第二種方式具有構(gòu)架分層更詳細(xì)，操作方便，外觀更整齊等特點(diǎn)。設(shè)備相關(guān)管道的支吊架可以選擇構(gòu)架平臺(tái)梁進(jìn)行設(shè)置。不需要提前設(shè)置墊板，方便設(shè)計(jì)，值得推廣。

第二種設(shè)計(jì)方式的產(chǎn)生，是因?yàn)樵谠O(shè)備鑄造階段設(shè)備廠商忽略了該循環(huán)氫脫硫塔設(shè)備應(yīng)預(yù)留墊板，整體熱處理并發(fā)貨至現(xiàn)場(chǎng)后，現(xiàn)場(chǎng)施工單位在管道預(yù)制之后整體吊裝時(shí)發(fā)現(xiàn)與循環(huán)氫脫硫塔相連接的富氫管道安裝支吊架無(wú)法與設(shè)備相連，提出修改通知單返回設(shè)計(jì)單位。在弄清事情原由之后，配管專業(yè)內(nèi)部進(jìn)行了討論分析，總結(jié)了幾套整改方案并與設(shè)備專業(yè)及結(jié)構(gòu)專業(yè)協(xié)商，最后修改為此方案。我們?cè)O(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)階段資料修改及完善后對(duì)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)布了修改通知單。將原設(shè)計(jì)方案改變?yōu)榈诙追桨浮?/p>

3　配管設(shè)計(jì)

3.1冷高壓分離器上液位計(jì)及相關(guān)平臺(tái)的配管設(shè)計(jì)

冷高壓分離器(簡(jiǎn)稱冷高分)液位控制系統(tǒng)在加氫裝置中有著十分重要的作用。冷高分主要是在較高壓力下將純度較高的循環(huán)氫氣體從冷卻到45 ℃以下的油氣水混合物中分離出來(lái)循環(huán)利用，避免循環(huán)氫帶液，同時(shí)還脫除反應(yīng)產(chǎn)物中的部分水；液位過(guò)高使循環(huán)氫帶液，損壞壓縮機(jī)葉輪，液位過(guò)低時(shí)發(fā)生高壓串低壓，損壞低壓區(qū)設(shè)備和管道。更重要的是冷高分的壓力是加氫裝置反應(yīng)系統(tǒng)壓力的基準(zhǔn)點(diǎn)，即通過(guò)控制冷高分的壓力來(lái)控制整個(gè)反應(yīng)系統(tǒng)的壓力。因此，冷高分液位控制對(duì)整個(gè)裝置平穩(wěn)操作、安全運(yùn)行起著最為關(guān)鍵的作用。工藝流程見(jiàn)圖3[2]。

1.8 Mt/a催化原料加氫處理裝置中冷高壓分離器上液位計(jì)及相關(guān)平臺(tái)的配管布置，如圖4所示。該套裝置所采用的冷高壓分離器上的儀表裝置共5組9套，其中磁浮子液位計(jì)1組共3套，均連接在設(shè)備同一連通管上。由于在同一連通管，所以設(shè)計(jì)時(shí)考慮將此套磁浮子液位計(jì)作為一個(gè)整體考慮，這樣的話在設(shè)計(jì)要求上，該液位計(jì)不可以穿平臺(tái)，所以我們可在整體平臺(tái)靠近冷高壓分離器液位計(jì)位置開(kāi)孔，設(shè)計(jì)一個(gè)1 300 mm×1 700 mm的鏤空平臺(tái)，以方便觀測(cè)，并可以做到觀測(cè)的無(wú)縫連接。并且從EL3 200 mm 到EL10 000 mm平臺(tái)之間設(shè)計(jì)一組設(shè)備直梯用來(lái)觀測(cè)液位計(jì)數(shù)據(jù)及維修拆卸管件使用。

1.8 Mt/a蠟油加氫處理裝置中冷高壓分離器上液位計(jì)及相關(guān)平臺(tái)的配管布置見(jiàn)圖5。從圖5中可以看出，該套裝置所采用的冷高壓分離器上的儀表裝置共4組8套，其中磁浮子液位計(jì)1組共2套，連接在設(shè)備不同連通管上。該選擇不同于上一套裝置的布置方式，故該構(gòu)架平臺(tái)在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到不需要穿平臺(tái)布置，所以分上下兩層布置。這樣的布置方式減少了平臺(tái)中央開(kāi)洞，增加起步梯和直梯，便于操作人員現(xiàn)場(chǎng)操作。

其他液位計(jì)配管布置：相對(duì)于磁浮子液位計(jì)，其他液位計(jì)如浮筒液位變送器、差壓液位變送器，在上述的兩套裝置冷高壓分離器上也都有不少的使用。液位測(cè)量采用雙法蘭液位變送器，測(cè)量范圍較大，溫度不是特別高，采用雙法蘭液位變送器測(cè)量準(zhǔn)確、較為經(jīng)濟(jì)、且維護(hù)量小，界位測(cè)量采用浮筒液位變送器，界位測(cè)量范圍較小，差壓值相應(yīng)較小，浮筒液位變送器比雙法蘭精度高。但是相對(duì)來(lái)講這兩種變送器在配管設(shè)計(jì)上影響并不大，相對(duì)設(shè)計(jì)方式比較統(tǒng)一，以方便操作、便于觀測(cè)為主。

3.2角閥的配管布置

方式一：豎直安裝。本文中做比較的兩套裝置在冷高分構(gòu)架內(nèi)角閥的布置方式上采用同一方式。其中冷高壓分離器罐底分工藝管道及酸性含硫污水管道兩項(xiàng)分別引入冷低壓分離器做進(jìn)一步反應(yīng)。方式一解閥的配管布置見(jiàn)圖6。工藝管道P-11601，操作壓力為9.4 MPaG(G表示表壓)，操作溫度50 ℃，管道等級(jí)15CP13R，公稱直徑DN50 mm；含硫污水管道AW-11601，操作壓力為9.4 MPaG，操作溫度50℃，管道等級(jí)15CP13R，公稱直徑DN100 mm。經(jīng)過(guò)角閥之后操作壓力降為2.6 MPaG。這兩根管道為冷高壓分離器罐底出口管道，其角閥安裝方式選擇豎直安置并且在角閥進(jìn)出口處設(shè)置管墩，管道上設(shè)置防震管托。

方式二：水平安裝。另一種設(shè)計(jì)方式為水平式設(shè)計(jì)，出現(xiàn)在循環(huán)氫脫硫塔塔底出口管道MDEA-030101，管道等級(jí)為15CP13R，設(shè)計(jì)壓力10.5 MPaG，設(shè)計(jì)溫度250 ℃，操作溫度為60 ℃，操作壓力為9.4 MPaG，公稱直徑為DN200 mm。在經(jīng)過(guò)角閥后壓力降為1.2 MPaG。角閥安裝為水平方式安裝，并在角閥膜頭處設(shè)置軟性支架支撐，角閥前后設(shè)置管墩及防震管托，如圖7。水平安裝節(jié)省空間，減少構(gòu)架內(nèi)部高度對(duì)其影響。但是由于角閥的性質(zhì)，在角閥閉合時(shí)閉合不完全的可能性增加，由于壓降的影響會(huì)造成管道震動(dòng)，熱膨脹效應(yīng)也會(huì)影響到角閥法蘭處受力而使焊接處產(chǎn)生開(kāi)裂。所以在角閥膜頭處的軟性支架是一定要設(shè)置的，并且要定期進(jìn)行維護(hù)。如果空間夠的情況下盡量不使用水平安裝。

4　結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)兩個(gè)石化項(xiàng)目的工程設(shè)計(jì)對(duì)比，從設(shè)備和結(jié)構(gòu)布置設(shè)計(jì)方案、儀表液位計(jì)及相關(guān)平臺(tái)管道的設(shè)計(jì)，設(shè)備底角閥的設(shè)計(jì)三個(gè)方面，主要闡述了相關(guān)冷高分構(gòu)架中的主要配管設(shè)計(jì)內(nèi)容，對(duì)比得出在考慮經(jīng)濟(jì)性及美觀性的情況下兩種構(gòu)架設(shè)計(jì)方案的優(yōu)劣勢(shì)。提出了針對(duì)不同儀表液位計(jì)的配管設(shè)計(jì)方案，并對(duì)角閥的管道設(shè)計(jì)進(jìn)行了對(duì)比分析，認(rèn)為在空間準(zhǔn)許并滿足PID要求的情況下，角閥的安裝應(yīng)盡量采用垂直安裝方式，以減少振動(dòng)及受力對(duì)角閥的影響。由于冷高分裝置在整套加氫工藝裝置中有著特殊的重要地位，其設(shè)計(jì)方案是否合理影響著加氫反應(yīng)系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行和安全生產(chǎn)。希望本文能對(duì)以后的加氫裝置中冷高分構(gòu)架的設(shè)計(jì)起到一定的指導(dǎo)和借鑒作用。

[1]寧學(xué)典. 加氫裂化裝置冷高壓分離器控制系統(tǒng)的設(shè)置及其安全性[J].煉油技術(shù)與工程，2005，35(7)：51-54.

[2]陶武軍. 淺析加氫裝置冷高壓分離器液位控制系統(tǒng)的設(shè)置[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2010(34)：50-50.

[3]張德姜，王懷義，劉紹葉.石油化工裝置工藝管道安裝設(shè)計(jì)手冊(cè)/第二篇:管道與器材(第四版)[M].北京：中國(guó)石化出版社，2009.

Piping Design of High Pressure Cold Separator Equipment Frame for Hydrogenation Unit

WANG Shen

(Piping Room One, China Petrochemical Engineering Construction Co.LTD., Beijing 100101, China)

According to the characteristics of the process of hydrogenation device request and the equipment process, this paper discusses and analyzes the detailed piping design and the frame design for recycle hydrogen desulfurization tower and high pressure cold separator. With experience in design and construction problems, the paper puts forward what should be paid attention to the problem of cold high architecture design，and gives the solution.

hydrogenation; high pressure cold separator; recycle hydrogen desulfurization tower angle valve；level gauge

2016-04-20

王莘(1987-)，男，河北承德人，中國(guó)石化工程建設(shè)有限公司配管一室工程師，主要從事煉化工程配管設(shè)計(jì)工作。

TE96

A

1008-9446(2016)04-0037-05