國(guó)外某常壓裝置框架設(shè)計(jì)

朱現(xiàn)勇（中國(guó)石化工程建設(shè)有限公司，北京 100101）

國(guó)外某常壓裝置框架設(shè)計(jì)

朱現(xiàn)勇（中國(guó)石化工程建設(shè)有限公司，北京 100101）

區(qū)別國(guó)內(nèi)常壓蒸餾裝置換熱器在框架上集中布置，國(guó)外某常壓蒸餾裝置將大部分換熱器布置在地面上，框架上僅有原油一級(jí)換熱器等少數(shù)設(shè)備，管線走向與國(guó)內(nèi)裝置有很大不同，本文就國(guó)外裝置常壓框架布置特點(diǎn)和主要管線進(jìn)行分析。

常壓框架；設(shè)備布置；管線設(shè)計(jì)

1 框架布置特點(diǎn)

常壓框架是常減壓蒸餾裝置重要組成部分，主要為裝置換熱區(qū)，國(guó)內(nèi)裝置換熱器多在框架上分層布置，節(jié)省空間，方便操作。由于框架空間受限，管線布置密集，換熱器檢修不方便。同時(shí)由于介質(zhì)溫度大都大于自燃點(diǎn)，發(fā)生火災(zāi)爆炸事故后影響設(shè)備管道較多。國(guó)外某常壓蒸餾裝置將多數(shù)換熱器布置在地面上，常壓框架上僅有原油一級(jí)換熱器，二級(jí)常壓塔頂回流罐等少數(shù)設(shè)備，框架在設(shè)計(jì)初期時(shí)就充分考慮設(shè)備檢修，管線操作等需求。（見(jiàn)圖1、圖2）

1.1 框架層高的布置

首先滿足一級(jí)常壓塔頂回流罐V-003二級(jí)常壓塔頂回流罐V-004工藝最小安裝要求。酸性水罐V-006工藝無(wú)要求，罐底標(biāo)高設(shè)置滿足配管要求即可，V-003 V-004液包酸水到V-006需要自流，綜合考慮設(shè)置設(shè)備V-003 V-004標(biāo)高。確定兩個(gè)罐高度后通過(guò)反推就可以確定E-003 E-017安裝高度，框架層高基本就可以確定，框架高度要做到盡量低，以節(jié)省材料，方便檢修。

1.2 框架平臺(tái)斜梯的設(shè)置

框架平臺(tái)設(shè)置滿足設(shè)備檢修，管線操作等需求。平臺(tái)最小寬度為0.75米，盲段不超過(guò)6米?？蚣芷脚_(tái)長(zhǎng)度大于6米，應(yīng)設(shè)逃生通道。平臺(tái)上任意點(diǎn)到逃生出口的最小距離不得大于25米(按實(shí)際路徑)，因此框架設(shè)置兩條斜梯作為上下通道，同時(shí)作為安全逃生通道。裝置中斜梯的角度要求為30度到34度。經(jīng)過(guò)計(jì)算選用33.7°，這個(gè)角度的斜梯水平跨距和高度比值正好是1.5，方便計(jì)算。

2 主要管線分析

常壓塔頂油氣從常壓塔頂?shù)皆鸵患?jí)換熱器為原油換熱，油氣換熱后進(jìn)入一級(jí)常壓塔頂回流罐。常壓塔頂安全閥工藝設(shè)置為10組，需要布置在框架頂部。這些管線口徑大，壓力高，是框架的主要設(shè)計(jì)管線。

2.1 常壓塔頂油氣線設(shè)計(jì)

（1）裝置原油一級(jí)換熱器四組共8臺(tái)，布置在框架EL29000平臺(tái)。常壓塔直徑DN9900，塔頂高EL73400。常壓塔頂油氣管道主管徑DN1200，換熱器進(jìn)口分支DN750。

常壓塔頂油氣管道內(nèi)介質(zhì)為氣相，按“步步低”的要求布置，管線沿塔下降進(jìn)入框架EL38500平臺(tái)。為了使流量均勻，油氣管進(jìn)入原油換熱器采用完全對(duì)稱(chēng)布置。主管先分為兩個(gè)DN900分支，再分為四個(gè)DN750分支，然后進(jìn)入換熱器殼程入口。殼程入口閥門(mén)布置在EL38500平臺(tái)上方便操作。另外大口徑管件在布置過(guò)程中，避免產(chǎn)生十字焊縫。

（2）原油一級(jí)換熱器殼程為雙出入口，嘴子間距為1430，口徑為DN750，由于入口管線要求完全對(duì)稱(chēng)布置，如果采用傳統(tǒng)管件配管，需要較大空間，對(duì)框架高度和寬度有影響，且不美觀?，F(xiàn)在采用制造廠定制特殊三通，在滿足應(yīng)力計(jì)算條件下，能夠簡(jiǎn)化管線，節(jié)省空間。

附圖1：國(guó)外某裝置常壓框架

附圖2：框架設(shè)備工藝流程

附圖3：常壓塔頂管線

附圖4：特殊三通的應(yīng)用

（3）塔頂安全閥管線布置

國(guó)內(nèi)裝置安全閥多布置在常壓塔頂平臺(tái)上，國(guó)外某裝置安全閥數(shù)量為10組，在滿足工藝壓降條件下可設(shè)置在框架頂部。安全閥安裝在框架平臺(tái)上通過(guò)設(shè)置條狀平臺(tái)，滿足安全閥的維修和操作需求。裝置安全閥口徑為DN500，重量大，故設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮拆開(kāi)后吊車(chē)吊裝的要求，安全閥布置應(yīng)躲開(kāi)上層結(jié)構(gòu)橫梁。

安全閥突然起跳后產(chǎn)生較大泄放反力，通過(guò)出口管線作用在安全閥放空總管上,，使出口總管產(chǎn)生振動(dòng)。應(yīng)力計(jì)算在安全閥出口管線增加限位支架，限位支架將突然產(chǎn)生泄放力作用在框架橫梁上，減少安全閥起跳振動(dòng)對(duì)放空管系的影響。安全閥出口管線增加限位支架，需要在安全閥頂部增加橫梁，框架層高需要提高。

2.2 原油一級(jí)換熱器出口設(shè)計(jì)

高溫油氣給原油換熱后進(jìn)入一級(jí)常壓塔頂回流罐，管線要求自流且完全對(duì)稱(chēng)布置。原油一級(jí)換熱器殼程出口為兩個(gè)DN700嘴子，嘴子間距1430mm，出口管合并為兩個(gè)DN900分支，兩個(gè)DN900分支合并為DN1200主管。在管線設(shè)計(jì)過(guò)程中，有兩套布置方案，下面對(duì)兩套管線進(jìn)行對(duì)比分析。

（1）方案1設(shè)計(jì)分析

換熱器殼程出口每個(gè)嘴子對(duì)應(yīng)一個(gè)蝶閥，將蝶閥布置在嘴子正下方，設(shè)備平臺(tái)上方，管線穿過(guò)平臺(tái)后通過(guò)特殊三通合并成DN900分支主管，最終合并成DN1200主管進(jìn)入V-003。這樣布置優(yōu)點(diǎn)是：閥門(mén)布置緊湊，節(jié)省框架平臺(tái)空間。缺點(diǎn)是：殼程出口嘴子下方有較大穿洞且不能布置橫梁，對(duì)平臺(tái)其他橫梁有較大載荷。操作閥門(mén)主要布置在換熱器下方，空間有限，操作檢修不方便。

附圖5：配管方案1應(yīng)力計(jì)算

附圖6：配管方案2應(yīng)力計(jì)算

（2）方案2設(shè)計(jì)分析

換熱器殼程出口嘴子直接連接彎頭再接特殊三通，蝶閥接在平臺(tái)上水平管線上，然后拐到平臺(tái)下合并成DN900分支總管。這樣布置優(yōu)點(diǎn)是：平臺(tái)穿洞小，布梁方便。節(jié)省四個(gè)大口徑閥門(mén)。閥門(mén)垂直安裝操作方便，閥門(mén)檢修可采用機(jī)械化吊裝。缺點(diǎn)是：占用較大設(shè)備平臺(tái)空間，換熱器間距需要加大。

（3）兩套方案設(shè)備管嘴應(yīng)力數(shù)據(jù)分析

兩套布置方式分別進(jìn)行了應(yīng)力計(jì)算，從方案A結(jié)果看部分嘴子FY方受力超標(biāo)，主要是充水工況下此方向力比較大。方案B受力載荷均在API610受力范圍內(nèi)。

附表1：配管方案1換熱器殼程出口管嘴載荷

附表2：配管方案1換熱器殼程出口管嘴載荷

（4）結(jié)論

從使用材料上說(shuō)方案1多用四個(gè)DN700閥門(mén)及配套法蘭，方案2多用10個(gè)彎頭。從優(yōu)化設(shè)計(jì)的角度方案2每臺(tái)換熱器少一個(gè)蝶閥，減少工人操作，另外方案2管線具有操作空間優(yōu)化，檢修方便等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過(guò)對(duì)比最終選擇方案2作為最終設(shè)計(jì)方案，此方案也得到了業(yè)主方的認(rèn)可。

3 框架設(shè)計(jì)過(guò)程中檢維修的考慮

裝置能夠長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)，需要對(duì)設(shè)備和管道進(jìn)行經(jīng)常性的維護(hù)和檢修。檢修工作，應(yīng)盡量采用移動(dòng)式的機(jī)動(dòng)設(shè)備，將需要檢修的設(shè)備或部件運(yùn)走，并運(yùn)來(lái)備用的同樣設(shè)備或部件，這樣可以縮短檢修時(shí)間。對(duì)于沒(méi)有備用部件的大型設(shè)備需要就地檢修時(shí)，則需要提供必要的檢修場(chǎng)地和通道。在裝置布置設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將上述操作，檢修所需要的通道，場(chǎng)地和空間結(jié)合起來(lái)綜合考慮。

3.1 框架鋼結(jié)構(gòu)的檢維修設(shè)計(jì)考慮

裝置大型化后設(shè)備檢修需要更多的機(jī)械設(shè)備，裝置設(shè)計(jì)初期要考慮機(jī)械檢維修需要的條件。例如在框架換熱器的定期檢修工作中，抽芯檢修工作最占相當(dāng)大的比重。拆裝換熱器芯體使用抽芯機(jī)，則可大量減少笨重體力勞動(dòng)，基本上實(shí)現(xiàn)換熱器檢修機(jī)械化。

首先框架鋼結(jié)構(gòu)的布置不能影響換熱器的抽芯，在設(shè)計(jì)初期與結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)確定換熱器抽芯端，不允許在換熱器抽芯側(cè)布梁。管程方向也應(yīng)為抽芯機(jī)留有足夠空間,即換熱器頭部半徑大一米且比管束長(zhǎng)度長(zhǎng)2米。

附圖7：框架換熱器典型布置

對(duì)于在框架基礎(chǔ)比較低的換熱器，抽芯機(jī)在使用過(guò)程中抽芯機(jī)底板容易與框架護(hù)欄碰，設(shè)計(jì)時(shí)可將一部分平臺(tái)護(hù)欄設(shè)置成可拆卸的，方便檢修。

兩層樓板之間的換熱器,因吊車(chē)無(wú)法到達(dá),殼程方向封頭的檢修應(yīng)考慮使用吊梁并在平臺(tái)上提供拆卸換熱器頭蓋的受載區(qū)域。

3.2 管線布置的檢維修設(shè)計(jì)考慮

管線布置應(yīng)方便操作和不妨礙設(shè)備的維修，并為此創(chuàng)造必要的條件。管道布置不影響設(shè)備機(jī)械化抽芯；管道和閥門(mén)的布置，不應(yīng)妨礙設(shè)備的法蘭和閥門(mén)自身法蘭的拆卸或者安裝。在換熱器正上方不得布置管道，也不得將管道支架生根在其殼體上。管道設(shè)計(jì)應(yīng)考慮為閥門(mén),在線儀表,管束檢修或拆卸提供通道,也應(yīng)為操作提供通道。

管道設(shè)計(jì)應(yīng)考慮管線上部件的拆卸和檢修(如調(diào)節(jié)閥，過(guò)濾器，流量計(jì)等)，拆卸和更新部件時(shí)盡量少拆卸管道，可設(shè)置可拆卸短管。管道不得影響泵,過(guò)濾器,壓縮機(jī)和換熱器管束拆卸,也可設(shè)置可拆卸短管。（見(jiàn)圖7）

對(duì)于大口徑調(diào)節(jié)閥在布置過(guò)程中應(yīng)考慮拆卸吊裝。在平臺(tái)下方調(diào)節(jié)閥需要設(shè)置吊梁或者移到平臺(tái)外。調(diào)節(jié)閥組副線布置不應(yīng)影響調(diào)節(jié)閥吊裝，不布置在調(diào)節(jié)閥正上方。大口徑盲板墊環(huán)應(yīng)垂直安裝方便迅速更換。

4 結(jié)語(yǔ)

區(qū)別于國(guó)內(nèi)常壓框架設(shè)計(jì)，國(guó)外某裝置框架上設(shè)備少，管線少。在設(shè)計(jì)過(guò)程中充分考慮了業(yè)主的操作和檢修習(xí)慣，方便業(yè)主操作的同時(shí)還為以后機(jī)械化檢修提供了必要的空間和條件。框架在設(shè)計(jì)過(guò)程中處處為人考慮，對(duì)各類(lèi)空間設(shè)置要求嚴(yán)格。這點(diǎn)可為國(guó)內(nèi)同類(lèi)裝置設(shè)計(jì)提供參考。

[1]石油化工裝置工藝管道安裝設(shè)計(jì)手冊(cè)（第三版）主編張德姜2005.

[2]PROJECT SPECIFICATION-PIPING LAYOUT AND INSTALLATION PETRONAS.

[3]化工裝置中安全閥工藝設(shè)計(jì)及附屬管道應(yīng)力分析李曉亮大連理工大學(xué)論文2014.