低溫甲醇洗裝置設(shè)備布置設(shè)計要點

裴 蕾

（上海國際化建工程咨詢有限公司，上海 200063）

在以煤為原料制合成氨、甲醇等的工藝過程中，需要脫除粗合成氣中的CO2、H2S等酸性氣。低溫甲醇洗就是現(xiàn)代煤化工裝置廣為采用的凈化工藝，其利用甲醇在低溫高壓下對酸性氣溶解度極大的特點脫除原料氣中的CO2、H2S等，具有氣體凈化度高、選擇性好、脫硫脫碳可在同一工序中分別進行的特點。隨著煤化工項目的大型化，低溫甲醇洗裝置的規(guī)模也越來越大，設(shè)備布置的難度和要求也越來越高。以下結(jié)合多個工程項目的設(shè)計經(jīng)驗，對低溫甲醇洗裝置設(shè)備布置的設(shè)計思路、要點進行探討與總結(jié)，一方面為今后類似裝置的設(shè)備布置設(shè)計工作積累經(jīng)驗，另一方面藉此與同行進行交流。

1 低溫甲醇洗工藝流程簡介

低溫甲醇洗工藝為多塔流程，八塔流程包括吸收塔、中壓閃蒸塔、CO2產(chǎn)品塔、H2S濃縮塔、N2氣提塔、熱再生塔、甲醇水分離塔和尾氣洗滌塔。以合成氨裝置為例，來自上游的原料氣冷卻分離出水分后進入吸收塔，脫除了H2S和CO2的凈化氣送液氮洗工段，富含H2S和CO2的甲醇溶液進入中壓閃蒸塔，閃蒸出的閃蒸氣與來自液氮洗工段的循環(huán)H2一起經(jīng)循環(huán)氣壓縮機壓縮、冷卻后返回原料氣冷卻器回收。中壓閃蒸塔上段出來的富CO2甲醇溶液進入CO2產(chǎn)品塔，下段（底部）的含硫甲醇一部分送至CO2產(chǎn)品塔，一部分送至H2S濃縮塔；CO2產(chǎn)品塔頂部產(chǎn)生不含硫CO2，作為CO2產(chǎn)品氣，CO2產(chǎn)品塔液相送H2S濃縮塔進一步閃蒸。H2S濃縮塔頂部尾氣復(fù)熱后送尾氣洗滌塔，得到的液相送N2氣提塔進行H2S提濃；富含H2S和CO2的甲醇溶液則經(jīng)熱再生塔閃蒸、氣提實現(xiàn)甲醇的再生，熱再生塔塔頂出來的甲醇蒸氣／酸性氣混合物經(jīng)冷卻、分離后，冷凝液回流，酸性氣則復(fù)熱后送出界區(qū)。出熱再生塔的甲醇水濃縮液升壓后送至甲醇水分離塔完成甲醇、水的分離，其頂部的甲醇蒸氣送熱再生塔作為氣提氣，底部出來的廢水送至尾氣洗滌塔用于洗滌尾氣。

2 設(shè)備布置的總體原則

低溫甲醇洗裝置的設(shè)備布置主要是按照工藝流程順序和同類設(shè)備適當(dāng)集中的原則進行。裝置生產(chǎn)過程中的原料氣含CO、H2、H2S等，使用的液體物料主要含甲醇，具有易燃、易爆、有毒的特性，屬甲類裝置，因而布置時要注意本裝置定位與廠區(qū)其他不相關(guān)裝置／單元或設(shè)備之間的安全間距應(yīng)滿足《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范》（GB50160—2008）的要求。

3 設(shè)備布置設(shè)計方案

低溫甲醇洗裝置的設(shè)備（除動設(shè)備外）全部采用露天布置；為縮短管廊長度和減少占地面積，采用中間管廊式布置，裝置中所有靜設(shè)備在內(nèi)管廊兩側(cè)布置。

整個低溫甲醇洗工藝分為吸收、解吸、熱再生、甲醇水分離4個部分，其中，前兩個部分為冷區(qū)，后兩個部分為熱區(qū)。冷區(qū)和熱區(qū)基本上均布在管廊的兩側(cè)，均為局部框架結(jié)構(gòu)和部分設(shè)備直接落地布置；同時，設(shè)計時本著節(jié)省工藝管線的原則，通過裝置管廊將冷、熱區(qū)各設(shè)備有機地聯(lián)系在一起，各局部框架與管廊平臺間用走道連通，便于操作維護和生產(chǎn)管理。

4 設(shè)備布置設(shè)計要點

整個低溫甲醇洗裝置中的大部分設(shè)備為塔、換熱器、泵，因此，做好這些設(shè)備的布置設(shè)計至關(guān)重要。

4.1 塔的布置

低溫甲醇洗工藝（八塔流程）中包含有吸收塔、中壓閃蒸塔、CO2產(chǎn)品塔、H2S濃縮塔、N2氣提塔、熱再生塔、甲醇水分離塔和尾氣洗滌塔，塔的數(shù)量較多，在布置時需注意以下幾點：①各塔根據(jù)工藝流程順序布置在管廊兩側(cè)且盡量靠近框架；②塔和管廊之間布置管道，塔的另一側(cè)預(yù)留檢修場地，以滿足塔的吊裝、塔板裝卸，塔的人孔、手孔朝向檢修側(cè)；③塔和管廊立柱之間沒有布置泵時，塔外壁和管廊立柱之間距離一般為3～5m，一般在此區(qū)域內(nèi)設(shè)置調(diào)節(jié)閥組、排水管道和排水井等；④塔和管廊之間布置泵時，應(yīng)按泵的操作、檢修和配管要求確定有關(guān)距離，一般情況下，塔外壁和管廊立柱之間距離不宜小于2.5m；⑤塔底、塔側(cè)接入泵的，在塔的裙座高度設(shè)計時要充分考慮泵的汽蝕余量要求。

4.2 換熱設(shè)備的布置

低溫甲醇洗工藝中的換熱設(shè)備主要有立式繞管式換熱器、臥式換熱器和再沸器。

4.2.1 立式繞管式換熱器

繞管式換熱器一般為立式多股流體的換熱設(shè)備，其與臥式換熱器在布置上有一定的差異。其布置設(shè)計需注意的要點有：①繞管式換熱器的頂部和底部管口較多，布置時要確保其頂部和底部有足夠的空間，以滿足進出口物料的配管需求；②甲醇富液的進、出口管道通常有坡度要求，布置時必須計算出繞管式換熱器與其他各相連設(shè)備管口的相對標(biāo)高，確認是否滿足配管的坡度要求，即進料管口應(yīng)低于相連設(shè)備的出料管口，出料管口應(yīng)高于相連設(shè)備的進料管口且留有足夠的配管空間；③在選擇框架支撐高度時，還需滿足工藝方面對換熱器的要求，如垂直布置時，工藝要求原料氣冷卻器的下切線高度要高于原料氣分離器的高液位，在滿足了上述各項要求后就可以初步定出設(shè)備的支撐點標(biāo)高；④由于繞管式換熱器支撐在框架內(nèi)，因而需要為設(shè)備的整體吊裝預(yù)留空間，且框架平臺不宜太小，以利于檢修和拆卸。

低溫甲醇洗裝置繞管式換熱器的立面布置如圖1。

圖1 低溫甲醇洗裝置繞管式換熱器的立面布置

4.2.2 臥式換熱器

臥式換熱器宜成組布置，且需注意以下幾點：①臥式換熱器布置在框架上時應(yīng)使其支座基礎(chǔ)一端中心線對齊，換熱器布置在地面上時可按支座基礎(chǔ)一端中心線對齊布置，或按管程進口或出口中心線對齊布置；②為便于日后換熱器抽芯和管程污垢清理，臥式換熱器布置時應(yīng)盡量避免換熱器的中心線正對著管架或者框架柱子的中心線，同時還要考慮臥式換熱器的抽芯和檢修方式，預(yù)留檢修的空間、通道和場地；③布置時要考慮滿足工藝流程的要求，如工藝上要求管道自流、無袋形，布置時就要將此換熱器盡量布置在下游設(shè)備的上方，如塔與塔的段間冷卻器之間相連的管道要求阻力降不能過大，在考慮配管影響的同時還需注意換熱器布置高度不能過低；④為方便配管，與塔有關(guān)的各換熱器宜按工藝流程順序布置在塔的附近。

4.2.3 再沸器

在低溫甲醇洗工藝中，熱再生塔和甲醇水分離塔的塔底均設(shè)有再沸器來加熱物料，其布置時重點考慮的因素有以下幾點：①再沸器與塔有關(guān)，應(yīng)按照工藝流程順序靠近塔布置，使兩者間管道在滿足管道應(yīng)力要求的情況下盡可能短，以減小阻力降；②立式再沸器宜單獨設(shè)框架支撐，但并不用螺栓固定于框架上，這樣做的好處是冷態(tài)時框架可以支撐再沸器，熱態(tài)時再沸器可隨塔體一起膨脹運動，從而減小管口受力；③再沸器的安裝高度與塔的高度需滿足工藝要求，維持一定位差，其上、下方應(yīng)有檢修空間；④1座塔設(shè)有2臺再沸器時，應(yīng)對稱布置，盡量使其處于同一中心線，并留出切換操作余地。

4.3 泵的布置

低溫甲醇洗工藝中泵數(shù)量較多，宜將泵集中布置于管廊下，呈單排或雙排布置，布置時需考慮的要點有：①我國南方和北方地區(qū)的氣候差異較大，南方地區(qū)一般可露天或半露天布置，北方寒冷和風(fēng)沙大的地區(qū)宜在管廊下設(shè)立泵房，以利于防凍和清潔；②泵集中單排布置時，宜將泵端出口中心線對齊，距管廊中心線間距一般在0.6～1.2m之間，或?qū)⒈枚嘶A(chǔ)邊對齊，便于設(shè)置排污管或排污溝以及基礎(chǔ)施工；③泵集中雙排布置時，宜將兩排泵的動力端相對，中間留出檢修通道；④管廊下的泵應(yīng)盡量靠近與之相關(guān)的塔或容器布置；⑤泵房空間要考慮泵的間距、檢修空間和配管空間等。

4.4 其他設(shè)備的布置

低溫甲醇洗工藝中，甲醇排污罐和循環(huán)氣壓縮機也是比較重要的設(shè)備，其合理、科學(xué)布置對整個裝置的安全、穩(wěn)定運行起著關(guān)鍵性的作用。

由于低溫甲醇洗裝置的幾個低點排放口要排放殘留甲醇，故甲醇排污罐一般布置在裝置地下一角，且布置時需注意以下幾點：①地下排污罐的高度應(yīng)滿足排污甲醇管線至罐入口的坡度和配管要求；②地下排污罐附屬梯子的設(shè)置應(yīng)考慮易到達性；③為便于觀察排污罐上的液位計，有必要設(shè)置一定高度的平臺；④應(yīng)為排污罐設(shè)置遮雨棚。

循環(huán)氣壓縮機屬可燃氣體壓縮機，且驅(qū)動功率大于150kW，故宜將循環(huán)氣壓縮機或壓縮機房單獨設(shè)置，并與其他設(shè)備、設(shè)施的間距須符合GB50160—2008中“設(shè)備、建筑物平面布置的防火間距表”中的有關(guān)規(guī)定。

5 低溫甲醇洗裝置設(shè)備布置的工程實例

圖2、圖3分別為2個項目低溫甲醇洗裝置的平面布置示意圖。2套低溫甲醇洗裝置均按照工藝流程順序?qū)⒗洹釁^(qū)分布在管廊兩側(cè)。

圖2的項目建設(shè)地在內(nèi)蒙古，整個裝置占地約120m×80m。該地區(qū)冬季寒冷、風(fēng)沙大，因而將動設(shè)備集中布置在管廊下，并設(shè)泵房和壓縮機房，以利于防凍和清潔。整個裝置在熱區(qū)設(shè)置2個框架、冷區(qū)設(shè)置1個框架，各換熱器按照工藝流程順序布置在與之有關(guān)的塔附近的地面或框架上。

圖2 內(nèi)蒙古某低溫甲醇洗裝置平面布置簡圖

圖3的項目建設(shè)地在山東，整個裝置占地約110m×60m。該地區(qū)冬季氣候條件相對來說沒有那么苛刻，因而泵和壓縮機均露天布置，以利于動設(shè)備的通風(fēng)散熱。整個裝置在熱區(qū)設(shè)置3個框架，冷區(qū)設(shè)置2個框架，換熱器的布置同樣也滿足上述設(shè)備布置的要點。

圖3 山東某低溫甲醇洗裝置平面布置簡圖

6 結(jié)束語

低溫甲醇洗裝置內(nèi)的換熱系統(tǒng)復(fù)雜、設(shè)備較多，布置時需要考慮的因素有很多，設(shè)計過程中要根據(jù)裝置的實際占地情況及業(yè)主要求，并兼顧滿足有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范以及工藝流程的要求進行綜合考量，設(shè)備布置設(shè)計時注意把控上述要點，同時設(shè)備布置要做到經(jīng)濟合理、實用安全、整齊美觀，這就要求設(shè)計人員在設(shè)計過程中不斷鉆研，努力提高自身業(yè)務(wù)水平，對參與的項目設(shè)計及時進行經(jīng)驗總結(jié)，并收集、整理相關(guān)資料，只有這樣，才能使所設(shè)計的設(shè)備布置方案更加合理，才能適應(yīng)煤化工裝置大型化的需要。