低溫甲醇洗設備布置和管道布置設計淺析

路俊峰

（東華工程科技股份有限公司，安徽合肥230024）

低溫甲醇洗是煤化工凈化裝置變換工序后的工序，其對氣體凈化脫除CO2和H2S 起著重要的作用，而低溫甲醇洗工序的設備布置設計和管道布置設計的好壞，直接影響裝置運行、裝置的投資成本，因此做好其設備布置和管道布置的設計工作，對甲醇洗裝置乃至整個項目起著至關重要的作用。

1 低溫甲醇洗設備布置設計

1.1 設備布置的基本要求[1-2]

（1）滿足工藝流程的要求，按照流程順序和同類設備適當集中相結合的方式布置。

（2）布置緊湊，節(jié)省占地面積和管道投資。

（3）滿足操作、維護、檢修、施工和消防的要求。

（4）滿足安全生產(chǎn)、環(huán)境保護、工廠總體布置要求。

（5）設備布置應滿足標準規(guī)范如防火間距等要求。

（6）設備平面布置、豎向布置，應結合管道布置的要求確定。

1.2 工序內主要設備的布置要求

1.2.1 動設備類

（1）泵類：低溫甲醇洗冷區(qū)流程的泵類設備按照工藝流程順序統(tǒng)一布置在裝置內主管廊的下方。貧甲醇泵設備較大，一般露天布置在熱區(qū)貧甲醇罐附近，便于操作和檢修。若在寒區(qū)，需設置泵房，應考慮泵房內設置吊車，便于設備檢修。熱區(qū)內與甲醇水分離塔和熱再生塔相關的泵設備，滿足流程最短的要求，布置在熱區(qū)結構框架的下方。

（2）氫氣循環(huán)氣壓縮機：本工序的壓縮機一般布置在裝置的邊緣，布置時一定要考慮壓縮機的驅動功率，如果功率大于等于150 kW,則壓縮機與其他甲類工藝設備的距離不得小于9 m，以滿足防火間距的要求。

1.2.2 塔類

塔類設備布置需重點考慮：①從大型設備的吊裝考慮，塔類設備一般布置在裝置的外側;②從塔內件安裝考慮，布置在外側以方便吊裝、安裝塔內件;③便于日常維護和檢修;④注意塔設備與框架或管廊的距離，保證離開塔的管道滿足管道支撐的要求。

1.2.3 換熱器類[3]

臥式換熱器的布置要考慮的因素：①換熱器的基礎高度，應能滿足換熱器上、下管口配管空間的要求;②要考慮換熱器抽空空間的要求及換熱器封頭蓋的檢修要求;③換熱器的固定端位置需要考慮連接管道的柔性計算需要;④應避免換熱器的中心線與結構梁中心線重合，以確保換熱器配管上下穿管通暢。

立式繞管式換熱器布置考慮的因素：①因繞管換熱器的高度較高，布置的位置應考慮其吊裝檢修的要求，方便吊裝;②繞管換熱器下部應能滿足管口配管的管道空間要求;③繞管換熱器上部配管需考慮其檢修、施工的操作框架，及其頂部管道的支撐要求。

立式再沸器布置考慮的因素：①再沸器與精餾塔關聯(lián)，宜按照工藝流程順序靠近塔設備布置，通常安裝在獨立支架或框架上。做獨立支架時，需注意側面殼程管口的方位和標高與結構水平支撐梁、斜撐避開布置;②再沸器的支撐高度需滿足工藝要求，其上方應留有足夠的檢修空間;③做獨立支架布置時，框架內的凈空需保證再沸器保溫后的空間要求;④安裝高度應保證其最低接管位置標高與地面的凈空高度要求。

1.2.4 槽罐容器類

貧甲醇罐布置的基礎標高，應能滿足貧甲醇泵的汽蝕余量的要求，且保證其頂部入口和底部出口去貧甲醇泵的管線配管，與相關設備相對位置相適應，考慮入口控制閥組的放置，做到流程順暢。

1.2.5 熱再生塔系統(tǒng)設備布置高差要求

從H2S 餾分熱交換器至H2S 餾分氨冷器，再到H2S氣體分離罐，要求設備布置步步低，需保證管線自流，并且需保證H2S氣體分離罐的布置標高滿足工藝要求，使得H2S氣體分離罐底部的富甲醇管線的壓力滿足去H2S濃縮塔的要求。

1.3 總圖布置的相對位置考慮因素

（1）變換工段的單元應相鄰布置，保證上下游管道的交接順利。

（2）如果低溫甲醇洗內設CO2放空筒，應保證其與空分裝置的空氣吸入口的位置合理，不會對空分裝置產(chǎn)生影響。

2 低溫甲醇洗管道布置設計

2.1 兩相流管道的設計

（1）設計時盡量減少彎頭，縮短管長，降低阻力降。

（2）氣液兩相流盡量減少水平管段的長度，以避免管道振動。做管架時應注意加固。

（3）從含硫甲醇閃蒸罐或閃蒸塔、無硫甲醇閃蒸罐或閃蒸塔去H2S濃縮塔的管線，減壓控制閥組盡量靠近H2S 濃縮塔，減少控制閥組后的水平管段，附塔部分的管線適當縮徑，減小管線因流型不當引起的振動。

2.2 有阻力降要求的工藝管路系統(tǒng)

洗滌塔的段間冷卻器進出口管線系統(tǒng)的阻力降需滿足工藝要求。從洗滌塔上段和中段升氣筒集液箱采出的工藝物料去段間冷卻器冷卻后，再返回塔的整個管路系統(tǒng)（包括段間冷卻器）的阻力降要小于塔內升氣筒集液箱液體采出處與返塔處的壓差。主要從兩個方面控制壓差，滿足工藝要求：一是保證集液箱內的正常操作液體有足夠的靜壓差；二是保證管線系統(tǒng)的配管彎頭盡量少，管線長度盡量短，段間冷卻器的壓力降盡量小。

2.3 低溫管道的設計要求[1]

（1）低溫介質管道的布置在滿足柔性下應使管道短，彎頭數(shù)量少，且應減少液袋。

（2）低溫介質管道應利用管道自然形狀達到自然補償。

（3）低溫介質管道間距應根據(jù)保冷后法蘭、閥門、測量元件的厚度以及管道的側向位移確定。

（4）低溫介質管道上的法蘭不宜與彎頭或三通直接焊接。

2.4 塔類設備附塔管線及管口布置與平臺的協(xié)調設計

對于低溫甲醇洗工序中洗滌塔、H2S 濃縮塔等，爬塔管線比較多，怎樣布置好附塔管道，方便操作維修，又能與平臺設置協(xié)調布置，主要考慮：

（1）根據(jù)工藝和內件的要求，布置好管口的方位和塔盤的方位。含有甲醇的進料管:由于含有氣體的甲醇為氣液兩相流動流體,其開設方位受塔內塔盤的降液板位置限制最嚴格,必須開設在上下兩塊塔盤的非降液區(qū)域，有效利用相應的塔盤,提高塔盤效率。

（2）人孔:開設在沒有降液板的方位，應朝向檢修側，并設有平臺。操作既方便又美觀。

（3）液位計口:液位計及液位調節(jié)器的接口應開設在能從平臺或梯子上容易觀測和檢修的位置，不應開設在降液區(qū), 以免受流入液體的影響而計量不準。

（4）塔上管線的垂直布置:為了減少支撐,若無特殊要求,管線離開管口后一般應立即向下,并沿著與塔平行的方向盡可能集中布置,以利于統(tǒng)一支撐。

（5）兼顧考慮管口法蘭的安裝、拆卸、維修方便。管口的標高越高，其附塔管線宜居中布置，在滿足工藝和內件管口方位要求的前提下，宜按照各管口標高的順序，由居中布置向兩側布置附塔管道，形成“金字塔”式的管口分布。這樣平臺設置時，能夠確保多數(shù)管口在平臺上順利安裝、拆卸和檢修。

2.5 其他配管設計注意事項

（1）原料氣管道進裝置的配管要考慮噴入甲醇位置至繞管冷卻器的距離要求。

（2）甲醇洗裝置多數(shù)不銹鋼管道，其支撐管道為碳鋼管道時，如果與主管焊接時，應考慮支撐管道有一段與主管材質一致的管道，以免異種鋼之間焊接對主管造成影響。

（3）所有低溫管道要求選用保冷用的管架。

（4）由于甲醇洗爬塔的管道較多，故這些爬塔管口的方位要注意間距，保證保溫、保冷和管架安裝（特別是彈簧支吊架的安裝間距）的間距。附塔管線的管架、平臺預焊件注意錯開布置，以免預焊件互相碰撞。

（5）溫度計管嘴開設在液相區(qū)，要求溫度計套管與塔板內液體接觸，而壓力計管嘴開設在塔板下的汽相區(qū)。

（6）對于大的控制閥，配管時應注意儀表返回的控制閥膜頭的型式、平面四個方向所占的空間，管道設計應滿足其空間要求。

3 設備布置和管道布置的優(yōu)化設計

3.1 常規(guī)布置

常規(guī)低溫甲醇洗的設備布置，一般會按照冷區(qū)域的設備布置在管廊的一邊，即吸收區(qū)與解吸區(qū)同側布置，熱區(qū)域在管廊的另一邊,也有的是冷區(qū)和熱區(qū)在同一側沿著管廊單邊布置，當然這兩種方案都是按照工藝流程順序布置，也考慮了操作檢修，但是忽視了一點，即甲醇洗工序作為一個冷區(qū)工藝設備和工藝流程居多的工序，其冷區(qū)設備之間連接的管道均為低溫使用的不銹鋼管道，而熱區(qū)設備多為碳鋼管道，按照上述布置方案雖然能夠滿足流程要求，但其冷區(qū)的設備之間的管道在裝置布置的長度方向很長，設備布置上吸收區(qū)與解吸區(qū)間有多個換熱器布置，其連接的管道較長，并且需要通過管廊沿線敷設連接，一方面導致不銹鋼管道的投資增加，另一方面管廊寬度和荷載也因眾多設備連接的管道空間占位而增加結構投資。

3.2 優(yōu)化方案

因為冷區(qū)的設備布置流程長，可采用將冷區(qū)分成兩部分，分別布置在管廊的兩側，吸收區(qū)及其緊密相關的設備布置在管廊一側，解吸區(qū)及相關換熱器框架布置在管廊的另一側，冷區(qū)吸收區(qū)與解吸區(qū)之間的管道連接，只需要跨過管廊連接兩側的設備即可，減少了低溫不銹鋼管道設計的長度。具體方案：吸收塔及塔間繞管深冷設備布置在一側，CO2產(chǎn)品塔、H2S濃縮塔、閃蒸塔、氣提塔等設備布置在吸收塔區(qū)域的對面，中間為管廊區(qū)域，熱區(qū)框架及相關設備占地面積相對小，可與吸收塔區(qū)域設備在管廊的同一側布置。

3.3 應用實例效果

某項目通過上述設備布置的優(yōu)化調整及熱區(qū)設備布置的優(yōu)化，將低溫甲醇洗工序的設備布置以設計模塊化的觀念，使得低溫甲醇洗裝置布置在滿足工藝流程和操作方便的基礎上更加緊湊、美觀，同時加強了各個框架的聯(lián)系，既節(jié)省了投資，又增加了操作檢修的便捷性。

通過同等規(guī)模的項目應用實例對比，節(jié)省裝置占地面積約1 900 m2，節(jié)省不銹鋼管道約165 t，總計節(jié)省投資約690萬元。

4 結束語

通過掌握低溫甲醇洗工序各類設備的設備布置設計和管道布置設計，有利于做好布置管道的工程設計。通過對工藝流程的分析，對設備布置和管道布置進行優(yōu)化，能夠減少占地，減少管道配管長度，總體上降低了裝置的投資。