催化裝置中催化劑管線的配管設(shè)計(jì)

孫冬梅(新疆化工設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司,新疆 烏魯木齊 830000)

催化裝置中催化劑管線的配管設(shè)計(jì)

孫冬梅(新疆化工設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司,新疆 烏魯木齊 830000)

本文結(jié)合某催化裝置如何防止催化劑磨損，從平面布置、管道走向、設(shè)計(jì)選材、施工要求等方面進(jìn)行催化劑管線的配管設(shè)計(jì)。

催化裝置；催化劑；管道配管設(shè)計(jì)；參數(shù)選擇

催化裝置的核心中的核心是反再系統(tǒng)中催化劑的連續(xù)再生。在催化劑循環(huán)再生系統(tǒng)中控制催化劑磨損尤其重要。當(dāng)前由于催化劑輸送管道及其支架還存在設(shè)計(jì)不合理、管道元件和切斷閥選型不合適、磨損程度嚴(yán)重等現(xiàn)象,部分催化劑輸送還經(jīng)常出現(xiàn)阻力大、管道振動(dòng)問題,對(duì)裝置的長(zhǎng)時(shí)間高效安全運(yùn)行產(chǎn)生了不利影響。所以催化劑管線的配管設(shè)計(jì)也要堅(jiān)持防止磨損為目的，設(shè)計(jì)時(shí)需要綜合考慮平面布置、管道走向、設(shè)計(jì)選材、施工要求等催化劑的磨損有直接影響的因素，根據(jù)催化裝置的工藝原理，科學(xué)、合理布置相關(guān)設(shè)備，通過最大程度的縮短催化劑管線，來實(shí)現(xiàn)減少催化劑磨損的效果。

1 反應(yīng)再生系統(tǒng)的工作原理

催化裝置中反再系統(tǒng)的主要設(shè)備包括再生器、反應(yīng)器、再生器和反應(yīng)器的上部料斗和下部料斗、閉鎖料斗和還原室。當(dāng)催化劑通過反再系統(tǒng)各個(gè)關(guān)鍵設(shè)備后，將反碎粒和粉塵被淘析氮?dú)馐占椒蹓m收集器，經(jīng)過催應(yīng)——再生——再反應(yīng)的連續(xù)重整流程?；瘎┰谧灾刈饔孟陆?jīng)閉鎖料斗流入再生器，在再生器內(nèi)部，催化劑經(jīng)過燒焦、氯化/氧化和干燥從催化劑在自重的作用下，將催化劑碎粒及粉塵與整粒催化劑分開。

2 管道元件材質(zhì)選擇

選擇管道元件材質(zhì)時(shí)要根據(jù)管道的設(shè)計(jì)溫度要求來確定，熱催化劑輸送管道元件材質(zhì)一般包括不銹鋼和合金鋼兩種，不銹鋼耐高溫,能滿足從再生器中卸出溫度高達(dá)700℃度催化劑的要求，其余熱催化劑輸送管道元件一般選用合金鋼；冷催化劑輸送管道元件一般選擇碳鋼材質(zhì)。裝置催化劑輸送管線要滿足內(nèi)壓管道壁厚承載力要求。同時(shí)，為了使裝置能夠長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，催化劑輸送管道壁厚確定是要充分考慮磨蝕的附加量。催化劑輸送無縫鋼管設(shè)計(jì)時(shí)，壁厚等級(jí)根據(jù)管徑的不同一般設(shè)計(jì)為Sch60～Sch80。管道中的彎頭、三通等管件壁厚也要滿足管道等強(qiáng)度，盡量使管件最薄處的壁厚、管件材質(zhì)與相應(yīng)管道壁厚和材質(zhì)相一致。

3 閥門選用

因?yàn)榇呋瘎┕腆w顆粒磨損、閥門處催化劑易堵塞、主管道內(nèi)介質(zhì)雙向流等原因，管道中閥門的材質(zhì)選擇時(shí)要與管道的材質(zhì)匹配,通常選用 MPa金屬硬密封閘閥較多,但是因?yàn)殚l閥閥槽容易被催化劑填塞,閥門密封面由于受催化劑直接沖刷而造成磨損，所以近年來逐漸被金屬硬密封偏心半球閥取代應(yīng)用。密封偏心半球閥具有開關(guān)迅速、流通面積大、阻力小、密封面的直接磨損少、開關(guān)過程中能去除閥座密封面催化劑積垢等優(yōu)點(diǎn),但其設(shè)計(jì)和制造精度要求很高,一旦技術(shù)不過關(guān)容易在高溫時(shí)出現(xiàn)抱死現(xiàn)象。

4 管道應(yīng)力分析

根據(jù)催化劑輸送管道的實(shí)際布置和工藝需要,催化劑輸送管道中的各閥門存在打開或關(guān)閉等多種組合狀態(tài)，相應(yīng)管道冷、熱狀態(tài)組合形式也分為多種,與催化劑輸送管道相連的催化劑儲(chǔ)罐嘴子處端點(diǎn)因?yàn)楣r條件的不同位移也不盡相同,進(jìn)行管道應(yīng)力分析時(shí)要考慮不同狀態(tài)的工況組合。

(1)數(shù)據(jù)輸入 數(shù)據(jù)輸入包括基本參數(shù)、管道單元結(jié)構(gòu)參數(shù)和邊界條件三種，基本參數(shù)包括管道中各單元的管徑、壁厚、安裝溫度、計(jì)算溫度、計(jì)算壓力、管道材料、管道材料密度、輸送介質(zhì)密度等；管道單元結(jié)構(gòu)參數(shù)包括各單元的幾何形狀及尺寸、結(jié)構(gòu)特征；邊界條件包括管道中各約束點(diǎn)的約束條件和附加位移、管道中集中荷載和分布荷載、彈簧支架等條件。根據(jù)確定的工況條件,將各工況數(shù)據(jù)正確輸入到Caesar 程序中,可獲得相應(yīng)的管道應(yīng)力分析結(jié)果。(2)應(yīng)力校核 為防止管壁內(nèi)應(yīng)力過大造成管道自身破壞，需要進(jìn)行應(yīng)力校核。根據(jù)管道應(yīng)力荷載的不同通常分為一次應(yīng)力和二次應(yīng)力，因壓力、重力和其他外力荷載作用所產(chǎn)生的力是一次應(yīng)力，因熱脹冷縮、端點(diǎn)位移等位移荷載作用所產(chǎn)生的力是二次應(yīng)力。將數(shù)據(jù)輸入Caesar 程序根據(jù)輸出結(jié)果,就可以自行開始應(yīng)力校核,計(jì)算模型需要反復(fù)修改直到擁有滿意的結(jié)果。需要指出的是，Caesar程序尾巴沒有考慮風(fēng)荷載、地震荷載，調(diào)整后管道中各處一次應(yīng)力值如果不能滿足要求，需要對(duì)管道分支處進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)、合理設(shè)置支架來降低一次應(yīng)力；調(diào)整后管道中各處二次應(yīng)力值不能滿足要求時(shí),可以采取增加管道柔性、改變支架型式、降低應(yīng)力集中處一次應(yīng)力水平等措施,來降低二次應(yīng)力水平。

5 設(shè)計(jì)原則

催化劑輸送管道設(shè)計(jì)時(shí)要盡量遵循簡(jiǎn)化管系、縮短管道長(zhǎng)度的原則。催化劑輸送管道的目標(biāo)任務(wù)是為了實(shí)現(xiàn)催化劑輸送，要在滿足技術(shù)要求的前提下,在催化劑輸送管系中科學(xué)合理設(shè)計(jì)布置幾組三角形管線，盡量通過簡(jiǎn)化配管來減輕管道流通阻力。同時(shí)管道變向盡量減少，確實(shí)需要變向時(shí),要在相鄰兩彎頭之間預(yù)留足夠長(zhǎng)度的直管。在管道中要合理設(shè)置工業(yè)風(fēng)輸送和松動(dòng)點(diǎn),輸送風(fēng)管道與催化劑輸送管道順介質(zhì)流向連接,盡量滿足催化劑雙向輸送需要，并要設(shè)置閘閥和截止閥來進(jìn)行切斷開關(guān)和調(diào)節(jié)風(fēng)量。同時(shí)，管道支架設(shè)計(jì)也要按照管道應(yīng)力分析結(jié)果,考慮分析不同工況校核支架的適用性，為防止管道振動(dòng)或堵塞,管道中要盡量設(shè)置足夠剛度的剛性支架,少用彈簧支架，支架材質(zhì)一般選用碳鋼。

6 結(jié)語

催化劑管線的配管設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，必須先規(guī)劃好催化劑管線的走向，按照催化劑管道設(shè)計(jì)要求嚴(yán)格施工，確保管道施工質(zhì)量，為其順利高效運(yùn)行提供保障。

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