淺談某千萬噸/年常減壓蒸餾裝置中減壓轉油線的設計

＊強文靜

（中國石化工程建設有限公司 北京 100101）

淺談某千萬噸/年常減壓蒸餾裝置中減壓轉油線的設計

＊強文靜

（中國石化工程建設有限公司 北京 100101）

減壓轉油線作為常減壓蒸餾裝置的重要管道，其設計的好壞對減壓塔的產品質量和減壓塔的拔出率有直接的影響。本文通過對某千萬噸/年常減壓蒸餾裝置中的減壓轉油線的管道選材、管道布置，管道支架等幾方面，總結了減壓轉油線的設計要點。

減壓轉油線；轉油線設計方案的比較；管道支架

1.概述

常減壓蒸餾裝置是原油加工的第一道工序，作為煉油加工中的龍頭裝置，其技術水平的高低對原油的有效利用及全廠的產品質量及經濟效益有著極為重要的影響。

減壓轉油線作為常減壓蒸餾裝置中極為重要的管道，其設計的好壞對減壓塔的產品質量和減壓塔的拔出率有直接的影響。減壓轉油線的設計難點主要在于既要滿足管道應力的需要，保證管道有足夠的柔性，又要盡可能的降低管道的壓力降，從而提高減壓拔出率，改善油品質量，降低能耗。

2.減壓轉油線的組成

減壓轉油線是指自減壓爐至減壓塔之間的工藝物料管系，減壓轉油線是由高速段管道和低速段管道來組成的。高速段是指從減壓爐管出口與低速段之間的管道，其特點是管徑小、管內介質流速高、容易引起管道振動。低速段是指與減壓塔進口相連的一段大直徑水平管道，其特點是管徑大、管內介質流速低，管道有最小長度要求。

減壓轉油線的溫降及壓降主要集中在高速段管道，然而低速段管道的熱膨脹主要是由高速段管道來吸收，所以高速段管道要在保證管道有一定的柔性的同時，盡可能減少管道彎頭的數量，縮短管道長度。

3.相關設備平面布置

圖1 減壓塔C-400與減壓爐F-401的設備平面布置圖

減壓爐與減壓塔一般采用同軸線布置，目的也是為了減壓轉油線能夠中心對稱性布置，如圖1。在本裝置中減壓爐與減壓塔中心距為45.2米。為了保證物料的氣化率，減少管道的壓降，降低管道的溫降，從加熱爐出口至減壓塔入口的管道要求盡量短，但為了使管道在入塔之前的直管段長度能夠滿足氣液混相進料更為平穩(wěn)，工藝對低速段管道有最小要求，一般不小于15米。

4.管道設計

(1)管道選材

減壓轉油線的腐蝕主要來自于硫腐蝕和高溫環(huán)烷酸腐蝕。原油中的硫主要存在的形態(tài)有：單質硫，硫化氫，硫醇，硫醚，二硫化物等類型的有機含硫化物，原油中的活性硫，如單質硫，硫化物和低分子硫醇等可以直接和金屬發(fā)生反應引起管道的腐蝕，原油中的非活性硫，如硫醚等在高溫條件下釋放活性硫也會對管道造成嚴重的腐蝕作用。原油中的環(huán)烷酸可與鐵反應生成環(huán)烷酸鐵，尤其在高溫及高流速的管道里，環(huán)烷酸的腐蝕更為嚴重。本裝置中減壓轉油線以DN600為界，小于DN＜600的管道選用0Cr18Ni10Ti的不銹鋼管道。DN600以上的管道采用Q345R+00Cr17NL14Mo2的復合管材，復合板的采用，一方面不銹鋼的內襯有效的起到了很好的耐腐蝕作用，另一方面大幅節(jié)約了管材成本，而且從應力角度上來說，碳鋼的管材基體受熱形變量要小于不銹鋼管道，合適的選用可以適當減小管道的熱膨脹。因此轉油線的選材也應根據原油的屬性不同進行合理選材，在保證安全生產的前提條件下，盡可能的節(jié)約施工成本。

(2)減壓轉油線的兩個設計方案的比較

管道設計參數：操作溫度：390℃

設計溫度：420℃

操作壓力：-0.064（MPaG）

設計壓力：-0.35/-0.1（MPaG）

本裝置中爐子出口中心標高分別為EL3800/EL4308，減壓塔進料口的中心標高為EL27100，高度差近二十多米。

方案一：采用了在高速段管道上立管冷緊的方式來消除管道熱脹的影響，如圖二。

采用立管冷緊的方案優(yōu)點在于管道布置方式簡單，管道支架設置簡單，減少了管道彎頭數量，有效地降低了管道的溫降，減少了管道的壓降。而立管冷緊的缺點在于立管冷緊施工難度相對大，四路分支管分別冷緊，容易造成冷緊施工不一致，從而出現管道受力不均，而且從后期施工檢查來說，也不方便檢查是否嚴格按設計圖進行冷緊，就曾有裝置因施工原因未按設計要求的冷緊量進行冷緊而造成減壓爐爐管的變形。

圖2 減壓轉油線的設計方案一

方案二：采用了在高速段立管上增加π彎來吸收管道的熱位移，增加管道的柔性，如圖三。此方案的優(yōu)點較立管冷緊來說大大降低了施工難度和安全風險，其缺點在于增加了管道的彎頭和管道數量從而增加了管道的壓降及溫降而且支架設置較為復雜，但經工藝專業(yè)進行核算后壓降及溫降均在可承受范圍內，經比較后本裝置最終采用了方案二的設計。

圖3 減壓轉油線的設計方案二

方案二設計的具體走向為：減壓爐共8路出口，采用對稱性布置，從爐底水平抽出，爐出口管徑為DN250，從爐子介質出口出來即接DN250*350的大小頭，經一段水平直管段再次擴徑至DN400后加彎頭垂直向上，在立管加一π型彎來滿足管道柔性，吸收管道熱位移，π彎立管高度約6米，同側爐出口的一路管道45°斜接至另一管道上，且再次擴徑至DN800，此時八路變四路，然后兩兩DN800的管道再由褲狀三通的形成連接成一條管道，四路變兩路，管徑為DN1400，兩路DN1400的管道再次由通過褲狀三通合并，DN1400擴徑至DN2300經一段水平直管再擴徑至DN2800后，水平徑向與減壓塔相連。

本次設計中為了減小管系的溫降及壓降，主要采用了如下幾個方面：

①轉油線從爐子出口出來至低速段管道經過了多次管道的逐級變徑，減少了管線突然擴徑引起的溫度和壓力的劇烈變化，增加管線的穩(wěn)定性；

②采用褲型三通，使得合流處的壓力變化更加緩慢，減少了介質的流動阻力，更好的處理了管道間的銜接；

③高速段管道上的90°彎頭均采用3倍DN的大半徑彎頭，降低了彎頭處的應力減少了管道壓力降；

⑶管道支架

由于減壓轉油線為汽液兩相流管道，高速段管道長，彎頭多，低速段管道管徑大，容易引起管道振動，所以合理的支架設置尤為重要。本裝置中的減壓轉油線的支撐主要利用爐前管架，見圖4。

圖4 減壓爐爐前管架

經過應力分析計算，減壓轉油線的支架設置詳見圖5。在正常操作工況下主要支架的節(jié)點受力見表1。

圖5 減壓轉油線支架設置圖

表1 減壓轉油線操作工況下主要節(jié)點受力

下面本文將對減壓轉油線的幾個重要支架做一說明：

①由于減壓轉油線低速段管線長且管徑大，所以需要在減壓塔進料口處，節(jié)點號1890，對管道進行冷緊來減小管道變形，冷緊量取90mm。

②在低速段DN2300X1400的褲型三通的下游1000mm處，節(jié)點號1830，設置彈簧支架，采用4個彈簧并聯安裝，使減壓塔進料口的受力保持在允許范圍內，同時在此位置設置剛性支架，節(jié)點號1820，此支架的設置主要是考慮到減壓轉油線在充水工況下的集中荷載將近70多噸，為了防止彈簧受壓造成破壞而設置的剛性保護支架。值得注意的是，此處由于荷載過大，需要通過調整爐前管廊的柱間距，利用爐前管廊的鋼柱來支撐此段管道，根據選用彈簧的高度，將柱頂升至合適標高并將荷載提交土建專業(yè)進行核算。

③在DN1400X800的褲型三通處，即節(jié)點號1380和2181處分別設置彈簧支架，同樣也是采用4個彈簧并聯安裝，因為此處褲型三通下不宜設置支撐，所以選擇在褲型三通封頭的末端焊接DN900的假管，在假管處進行支撐。由于轉油線的設計溫度為420°，而碳鋼的使用溫度不能超過425°，為了保險起見，此處假管的材質選用合金鋼管道。

④在節(jié)點號140,540,940,1340處，標高EL23000,設置立管承重支架，由于減壓塔是從基礎位置向上膨脹，所以將減壓轉油線的立管剛性支撐位置設置的盡量與減壓塔基礎標高保持一致，使減壓塔嘴子升高高度與承重支架往上部分膨脹趨于一致。

⑤為了防止減壓轉油線的管道振動，分別在八路分支管的立管處，標高為EL6200，節(jié)點號為40，240，440，640等處及π彎的最后一個彎頭處，標高EL11353，節(jié)點號為70，270,470,670等處設置導向支架，導向支架的設置既滿足了管道熱膨脹所需要的位移空間，又能約束管道防止管道發(fā)生振動。

⑥為了減少減壓爐嘴子的受力，在8路介質出減壓爐出口處均設置了彈簧支架，節(jié)點號15，415,815,1215等處。

5.結論

通過對比兩種減壓轉油線的設計方案，分析了每個方案的優(yōu)劣勢，總結了減小管道壓降及溫降的幾個方面，優(yōu)化了減壓轉油線的設計，并通過合理設置管道支架，保證了管道平穩(wěn)運行，并提高了整個裝置的經濟效益。

[1]顧比倫．氣液兩相流管道防振的方法與措施[J]．石油化工設備技術 ,2011 ,32(2):25–28．

[2]張德姜 ,等．石油化工裝置工藝管道安裝設計手冊[M]．北京：中國石化出版社 ,2009．

[3]王桂華．大型常減壓蒸餾裝置的減油線設計[J]．煉油技術與工程 ,2009 ,35(5)．

(責任編輯 王恒)

Design of Vacuum Transfer Line for One Atmospheric-vacuum Distillation Unit with Output Capacity of Ten Million Tons/Year

Qiang Wenjing
(Sinopec engineering Incorporation, Beijing, 100101)

Vacuum transfer line, as the important pipeline for atmospheric-vacuum distillation unit, has direct in fl uence on the product quality and extraction ratio of vacuum tower on whether it has good or bad design effect. In this paper, through introducing the pipeline material selection, pipeline arrangement and pipeline support etc. aspects of the vacuum transfer line for one atmospheric-vacuum distilation unit with output capacity of ten million tons per year, it has concluded the key points of vacuum transfer line design.

vacuum transfer line；comparison of vacuum transfer line design scheme；pipeline support

T

A

強文靜（1984～），女，中國石化工程建設有限公司；研究方向：管道設計。