常減壓裝置中加熱爐布置及管道設(shè)計(jì)分析

彭文強(qiáng)

(武漢煉化工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430223)

加熱爐作為主要的加熱物料的設(shè)備，廣泛應(yīng)用于石油化工裝置中，如常減壓裝置，芳構(gòu)化裝置，加氫裝置，催化裂化裝置，催化重整裝置等。因加熱爐適用的廣泛性，且具有其他設(shè)備不可替代的功能，布置設(shè)計(jì)做得不好可能會(huì)影響整個(gè)裝置，所以做好加熱爐的布置及其管道的設(shè)計(jì)顯得尤為重要。

1 加熱爐的分類

加熱爐的分類方法較多，可以按照結(jié)構(gòu)，用途和操作壓力，燃燒的噴嘴形式等來(lái)分，具體分類如表1所示。

表1 加熱爐形式的分類

2 加熱爐布置總體原則

(1)加熱爐一般被視為是明火設(shè)備，宜集中布置在裝置的邊緣，并宜位于可燃?xì)怏w、液化烴和甲B、乙A類設(shè)備全年最小頻率風(fēng)向的下風(fēng)側(cè)，以避免因泄露導(dǎo)致安全事故[1]。

(2)當(dāng)多個(gè)加熱爐集中布置時(shí)，兩個(gè)加熱爐的凈距、爐外壁與檢修道路邊緣的距離均宜≥3 m，考慮到經(jīng)濟(jì)合理的因素，多個(gè)加熱爐可共用一套余熱回收系統(tǒng)。

(3)水平布置爐管的加熱爐，加熱爐的一側(cè)應(yīng)有≥(爐管長(zhǎng)度H+2) m的檢修場(chǎng)地，便于爐管抽出，檢修場(chǎng)地如與道路相連，檢修道路可作為檢修的一部分。

(4)加熱爐附屬的燃料氣分液罐，原料氣加熱器等與爐體的防火間距不應(yīng)小于6 m[2]。

(5)加熱爐與其他工藝設(shè)備及構(gòu)、建筑物的間距應(yīng)符合GB50160《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》[3]和SH3011《石油化工工藝裝置布置設(shè)計(jì)規(guī)范》[4]的規(guī)定。依據(jù)上述設(shè)備布置的原則，常減壓裝置中加熱爐的布置如圖1所示。

圖1 加熱爐平面布置圖

3 加熱爐管道的設(shè)計(jì)

加熱爐的管道設(shè)計(jì)主要有加熱爐入口管道，加熱爐出口轉(zhuǎn)油線管道，燃料氣、燃料油管道，長(zhǎng)明燈燃?xì)夤艿?，霧化蒸汽管道，滅火蒸汽管道，消音器管道的設(shè)計(jì)等。而在上述管系中，常減壓裝置中加熱爐入口和出口轉(zhuǎn)油線管道由于溫度較高，管道的熱位移較大，管道材料也多為高溫特殊材料，價(jià)格高，施工成本高，焊接條件和檢驗(yàn)要求較嚴(yán)格，也會(huì)受工藝條件和平面布置的限制，因此，管道設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)在滿足工藝條件的前提下，應(yīng)使管道具有很好的柔性來(lái)吸收管道的熱位移，并保證管系的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。

3.1 加熱爐入口工藝管道

加熱爐入口進(jìn)料介質(zhì)如果為全液相或全氣相，入口管道可以采用非對(duì)稱的原則布置，但應(yīng)在各路分支上分別加自動(dòng)流量調(diào)節(jié)裝置，以便控制各路的流量；如果進(jìn)料介質(zhì)為氣液兩相，則應(yīng)采用對(duì)稱布置，保證各路的流體分布均勻，避免偏流。常壓減裝置中，常壓爐和減壓爐入口的管線布置大致一樣，當(dāng)四路同時(shí)進(jìn)料時(shí)，管道布置圖如圖2所示。

圖2 常減壓加熱爐入口管道布置

3.2 加熱爐出口轉(zhuǎn)油線管道

1)加熱爐出口轉(zhuǎn)油線管道介質(zhì)如為全氣相或全液相，管道布置時(shí)可按一般高溫管道考慮。

2)出口介質(zhì)如果有部分汽化，且轉(zhuǎn)油線為多路合并時(shí)，應(yīng)采用對(duì)稱布置，并應(yīng)在管系的最低點(diǎn)緊靠根部設(shè)置排液閥，所排的含油污水也應(yīng)引至地面含油污水漏斗中。

3)常壓爐出口管道分多路時(shí)應(yīng)對(duì)稱布置，各支管與總管相連時(shí)應(yīng)采用順介質(zhì)斜接，總管與常壓爐的距離也應(yīng)盡可能的短，為減少壓降，管道的彎頭可用大半徑彎頭，管道也應(yīng)逐步的擴(kuò)徑，管道的壓降也應(yīng)提交工藝專業(yè)核算，并滿足工藝的要求。以方爐為例，常壓爐轉(zhuǎn)油線管道布置圖如圖3所示。

圖3 常壓爐出口轉(zhuǎn)油線管道布置圖

4)減壓爐出口轉(zhuǎn)油線管道的布置與常壓爐出口轉(zhuǎn)油線的要求基本一致，但減壓爐對(duì)設(shè)備的布置和管道的壓降提出了更高的要求。在設(shè)備布置時(shí)，減壓塔、減壓爐和轉(zhuǎn)油線三者一般會(huì)布置在同一軸線上，低速段的轉(zhuǎn)油線為水平直管，垂直徑向連接減壓塔；低速段的轉(zhuǎn)油線也可布置在減壓爐的一側(cè)，但應(yīng)盡量減少管線對(duì)塔的推力和力矩。低速段轉(zhuǎn)油線因在負(fù)壓下操作，應(yīng)對(duì)管系進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算和穩(wěn)定性計(jì)算。以方爐為例，減壓爐轉(zhuǎn)油線管道對(duì)稱布置圖如圖4所示。

圖4 減壓爐出口轉(zhuǎn)油線管道布置圖

4 加熱爐管道支吊架的設(shè)計(jì)

(1)加熱爐進(jìn)、出口管道首先應(yīng)靠管道自然補(bǔ)償來(lái)滿足管道熱位移的要求?？赏ㄟ^(guò)加熱爐本身的平臺(tái)梁，加熱爐本體的鋼結(jié)構(gòu)來(lái)支撐，也可以通過(guò)增加爐前管架來(lái)滿足管道的支撐問(wèn)題，增加爐前管架時(shí)應(yīng)統(tǒng)一考慮所有管線。

(2)對(duì)于轉(zhuǎn)油線上的低速段，因其管徑較大，彈簧受力較大，也存著著管道導(dǎo)向、止推和冷緊等情況，為保證彈簧支架的穩(wěn)定性，可將彈簧做成箱式彈簧。

(3)為減少管道與支架間的摩擦力，可在彈簧的頂板與管托或者鞍座之間增加PTFE(聚四氟乙烯)，以減少管道的熱位移對(duì)支架穩(wěn)定性的影響。

(4)加熱爐進(jìn)出口管道上的彈簧支架較多，施工時(shí)應(yīng)注意彈簧定位銷的狀態(tài)。

5 結(jié)論

加熱爐是常減壓裝置中的重要設(shè)備，做好加熱爐管道的設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)裝置的運(yùn)行具有重要的作用。加熱爐的布置和管道的布置應(yīng)以標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范為依據(jù)，在滿足工藝要求的前提下，綜合考慮操作，檢修和安裝等因素，同時(shí)也應(yīng)兼顧整齊美觀等。