加氫裝置分餾塔配管設(shè)計(jì)要點(diǎn)

張翠云

(安徽華東化工醫(yī)藥工程有限責(zé)任公司上海分公司,上海 201315)

在石油化工裝置中,加氫裝置通過加氫工藝,在較高的壓力和溫度下,氫氣經(jīng)催化劑作用使重質(zhì)油轉(zhuǎn)化為輕質(zhì)油,而分餾過程是該裝置獲得產(chǎn)品的必不可少的流程。分餾塔作為分餾部分核心設(shè)備,當(dāng)原料油的加氫反應(yīng)油氣進(jìn)入分餾塔底部,在分餾塔中切割出柴油、航煤、石腦油等產(chǎn)品。由于要求其生產(chǎn)能力大、效率高、造價(jià)低、安裝維修方便,有一定的操作彈性,故采用板式塔。

按照工藝流程,分餾塔一般與進(jìn)料加熱爐、塔頂空冷器、塔頂回流罐、側(cè)線汽提塔、塔底抽出泵等眾多工藝設(shè)備相連,塔體開口數(shù)量多,為保證分餾效果,塔盤較多,塔內(nèi)構(gòu)件復(fù)雜,故配管設(shè)計(jì)相比其它設(shè)備難度較大。在實(shí)際的配管設(shè)計(jì)中,不僅要滿足工藝、操作、檢修和施工的要求,還要滿足塔內(nèi)件的結(jié)構(gòu)要求,綜合考慮各種因素,做到經(jīng)濟(jì)合理、美觀實(shí)用。本文以某加氫裂化裝置分餾塔為例,從其平面布置、平臺(tái)規(guī)劃、管口方位設(shè)計(jì)、附塔管道和支吊架設(shè)計(jì)等多方面,闡述分餾塔的配管設(shè)計(jì)諸多要點(diǎn),為類似裝置分餾塔的管道設(shè)計(jì)提供參考。

1 分餾塔的平面布置

1.1 分餾塔相關(guān)工藝流程簡述

該加氫裂化裝置自反應(yīng)部分來的低分油混合后經(jīng)過脫丁烷塔脫除液化氣組分后再經(jīng)分餾塔進(jìn)料加熱爐(F1201)加熱后進(jìn)入分餾塔(T1203),分餾塔設(shè)三個(gè)側(cè)線:重石腦油側(cè)線汽提塔(T1206)、航煤側(cè)線汽提塔(T1205)和柴油側(cè)線汽提塔(T1204)。分餾塔塔頂氣經(jīng)分餾塔頂空冷器(A1204)冷卻、冷凝后進(jìn)入分餾塔頂回流罐(V1203),液相經(jīng)泵升壓,一部分冷卻后送出裝置,另一部分作為塔頂回流。塔底采用蒸汽汽提,塔底油經(jīng)未轉(zhuǎn)化油泵(P1204A/B)升壓,換熱后,循環(huán)到反應(yīng)部分去。其工藝原則流程見圖1。

圖1 分餾塔相關(guān)工藝原則流程圖

1.2 分餾塔及其關(guān)聯(lián)設(shè)備的平面布置

根據(jù)規(guī)范[1],塔與其關(guān)聯(lián)設(shè)備如進(jìn)料加熱器、非明火加熱的重沸器、塔頂冷凝冷卻器、回流罐、塔底抽出泵等,宜按工藝流程順序靠近布置,所以將分餾塔頂空冷器布置在靠近分餾塔的北側(cè)管廊上,塔底未轉(zhuǎn)化油泵布置在管廊下,側(cè)線汽提塔底重沸器均布置在西側(cè)的分餾構(gòu)架上,而三個(gè)側(cè)線汽提塔(其中航煤側(cè)線汽提塔和重石腦油側(cè)線汽提塔重疊布置)與分餾塔成直角三角形布置,從而方便設(shè)置聯(lián)合平臺(tái),提高穩(wěn)定性。兩塔之間的凈距不宜小于2.5 m[2],同時(shí)考慮平臺(tái)的寬度以及敷設(shè)管道和檢修需要的空間,將兩塔中心距離定為6 m。為了滿足泵的操作、檢修和管道布置的要求,泵基礎(chǔ)與分餾塔外壁的間距一般不宜小于2.5 m,另外分餾塔與管廊立柱之間方便設(shè)置調(diào)節(jié)閥組和通道,故分餾塔中心與管廊柱子中心定為7.5 m,分餾塔部分平面布置見圖2。

通常將塔的四周可劃分為操作和檢修所需的操作側(cè)(檢修側(cè))和配管所需的管道側(cè),分餾塔北側(cè)是管廊,西側(cè)是汽提塔,南側(cè)和東側(cè)是道路,初步劃分分餾塔東南側(cè)為檢修側(cè),西北側(cè)是管道側(cè),將梯子、平臺(tái)、人孔、儀表和吊柱等布置在檢修側(cè),工藝管道布置在管道側(cè)。

2 分餾塔的安裝高度

塔的安裝高度應(yīng)滿足工藝流程的要求,同時(shí)考慮以下幾點(diǎn)因素:

(1)安裝高度應(yīng)滿足塔底管道安裝和操作所需要的最小凈空,且塔的基礎(chǔ)面高出地面不應(yīng)小于200 mm;

(2)對于用泵抽吸塔底液體時(shí),應(yīng)由泵的必需汽蝕余量和吸入管道的壓力降來確定塔的高度;

(3)塔底到塔底泵的抽出管道在水平管段上不得有袋形,應(yīng)是“步步低”進(jìn)泵,以免產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象。塔底泵一般布置在管廊下,為了使塔底抽出管道的管底標(biāo)高為管廊第二層側(cè)梁高度,應(yīng)適當(dāng)調(diào)整塔的裙座高度,如圖3所示。

圖3 分餾塔安裝高度

(4)對于成組布置的塔采用聯(lián)合平臺(tái)時(shí),為了取齊平臺(tái)高度,可以調(diào)整個(gè)別塔的安裝高度;

(5)在滿足工藝要求前提下,裙座盡可能低,對投資是有利的。

故分餾塔和汽提塔的基礎(chǔ)高度取200 mm,裙座高度為7 000 mm。

3 分餾塔操作平臺(tái)的設(shè)置

(1)凡有人孔、手孔、閥門、法蘭、儀表管口等需要操作或檢修的位置均應(yīng)設(shè)置平臺(tái)。平臺(tái)的標(biāo)高應(yīng)根據(jù)人孔、手孔、管口高度、閥門及儀表的安裝高度和操作需要確定,宜從下往上設(shè)計(jì)。平臺(tái)距人孔中心線的高度可為700～1 200 mm范圍內(nèi),最佳距離為800 mm。管嘴法蘭距平臺(tái)面不小于150 mm,否則不好擰法蘭螺栓。上下兩層平臺(tái)高差不應(yīng)小于2 200 mm,一般至少2 500 mm。

(2)塔平臺(tái)一般采用環(huán)形或扇形。塔頂平臺(tái)可圍繞塔設(shè)置一周,一般為方形或者圓形全平臺(tái),大小根據(jù)吊柱、放空閥、安全閥組等操作維修空間確定。其他層平臺(tái)寬度一般為800～1 500 mm,僅作為通道的平臺(tái)寬度可為1 000 mm,僅有人孔的平臺(tái)寬度可為1 200 mm,有儀表液位計(jì)的平臺(tái)寬度應(yīng)為1 400 mm。平臺(tái)上的通道寬度不小于600 mm。平臺(tái)與塔的外壁之間凈空一般不小于塔保溫厚度+30 mm。

(3)塔聯(lián)合平臺(tái)應(yīng)考慮各塔、構(gòu)架之間的熱脹,留有縫隙。聯(lián)合平臺(tái)個(gè)別標(biāo)高不能統(tǒng)一時(shí)可以用斜梯連接。塔與構(gòu)架靠近布置時(shí),宜在塔平臺(tái)和構(gòu)架之間設(shè)置通道。如圖4所示,分餾塔EL+6800層采用的聯(lián)合平臺(tái),將各汽提塔平臺(tái)連接起來,且與相鄰構(gòu)架平臺(tái)用走橋連通以方便操作或檢修。

圖4 分餾塔EL+6800層聯(lián)合平臺(tái)

(4)各層平臺(tái)之間的梯子一般采用直梯,梯子應(yīng)自上而下布置。直梯寬度為400～600 mm,離地超過3 m和離平臺(tái)超過2.4 m的直梯應(yīng)加安全護(hù)籠。直梯宜從側(cè)面通向平臺(tái)。攀爬高度在15 m以內(nèi)時(shí),梯間平臺(tái)的間距應(yīng)為5～8 m,超過15 m時(shí),每5 m應(yīng)設(shè)置梯間平臺(tái)。液位計(jì)或者壓力表等儀表口可布置在直梯兩側(cè),便于操作和檢修。

4 分餾塔的開口方位設(shè)計(jì)

由于分餾塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜,若要設(shè)計(jì)出合理、美觀的管口方位,需滿足以下要求:(1)符合工藝要求,滿足管口與塔盤等內(nèi)件的相互位置關(guān)系;(2)滿足操作和檢修的要求;(3)合理劃分管道側(cè)和操作側(cè)。

該裝置分餾塔采用的板式塔直徑3 200 mm,切線長43 900 mm,塔板共60層,塔上部1#～53#塔板為雙溢流,其中奇數(shù)層塔盤為兩側(cè)溢流堰型式,偶數(shù)層塔盤為中間溢流堰型式,下部的54#～60#塔板為單溢流,具體管口明細(xì)見表1。

表1 管口明細(xì)表

4.1 人孔的方位設(shè)計(jì)

人孔是為人員進(jìn)出塔內(nèi)部進(jìn)行內(nèi)件安裝、檢修等而設(shè)置的,故布置時(shí)應(yīng)便于內(nèi)構(gòu)件、塔盤、填料的安裝和拆卸,應(yīng)布置在操作側(cè),并在吊柱的工作范圍內(nèi),進(jìn)出塔比較方便、安全、合理的位置。當(dāng)一個(gè)塔有幾個(gè)人孔時(shí),上、下人孔宜在同一條垂直線上。當(dāng)受條件限制不能位于同一方位時(shí),其布置的區(qū)域不宜大于90°。人孔方位不得開在降液管或受液槽區(qū)域內(nèi),一般應(yīng)設(shè)在塔板上方的鼓泡區(qū)。

本分餾塔共有9個(gè)人孔(管口31-9),人孔3-1位于塔頂?shù)?#塔盤上方,人孔方位需避開兩側(cè)的降液管位置,雙溢流奇數(shù)層降液管按東西方向設(shè)計(jì),人孔的方位范圍如圖5所示。塔中間人孔32-7上下均是塔板,既要避開下層塔板的降液區(qū),防止踩空,又要避開上層塔板的降液管,人孔方位范圍如圖6所示。塔底的人孔38-9內(nèi)部無特殊結(jié)構(gòu),方位無特殊要求,可與其他人孔方位相同。結(jié)合平臺(tái)的規(guī)劃及管道布置情況,并考慮吊柱的起吊范圍,確定人孔的方位位于245°。

圖5 塔頂人孔方位范圍

圖6 塔中間人孔方位范圍

4.2 回流口、進(jìn)料口、中間抽出口和返回口方位設(shè)計(jì)

回流口方位與塔內(nèi)件形式有關(guān),一般布置在塔板上方的管道側(cè),回流液要求進(jìn)入受液槽內(nèi)。本分餾塔回流口4位于第1層塔盤上方,采用一字型分布器,分布器與降液管方向平行,開口方位也應(yīng)平行于降液管,塔盤為東西方向,考慮西北側(cè)為管道側(cè),故回流口確定為270°(正西向),如圖7所示。

圖7 回流口方位

氣相進(jìn)料管口一般布置在塔盤上方,與降液管平行,當(dāng)氣流速度較高時(shí),應(yīng)設(shè)分配管。氣液混相進(jìn)料管口一般布置在塔盤上方,并設(shè)分配管。塔進(jìn)料管口應(yīng)設(shè)在遠(yuǎn)離降液管的地方。本分餾塔進(jìn)料口12位于分餾塔中下部,雙溢流與單溢流分界處,在54#塔盤上方,進(jìn)料口帶有分配器。根據(jù)工藝包要求,單溢流段塔盤方向與雙溢流塔盤方向不同,雙溢流塔盤為東西方向,故單溢流塔盤方向?yàn)槟媳狈较颉＿M(jìn)料口徑為DN450,比較大,是從分餾塔進(jìn)料加熱爐來,管道溫度高,考慮聯(lián)合平臺(tái)通行,故布置在塔的東側(cè),即90°方位,如圖8所示。

圖8 塔進(jìn)料口方位

雙溢流塔盤的抽出管口開在中間降液管下面受液槽的兩端上,其方位應(yīng)在與降液管平行的塔中心線上。本分餾塔的三個(gè)中間抽出口分別位于第15#、29#、43#塔盤受液槽底部,開口可在操作側(cè)的任意角度開設(shè),由于與之連接的側(cè)線汽提塔均在分餾塔的西側(cè),故抽出口設(shè)在270°(正西向)。

本分餾塔的三個(gè)返回口分別位于第12#、26#、40#塔盤上方,管口方位應(yīng)平行于降液管,故可設(shè)在西側(cè)或者東側(cè),同時(shí)考慮側(cè)線汽提塔均在分餾塔的西側(cè),故返回口也設(shè)在270°。

4.3 塔頂氣相管口和塔底抽出管口方位設(shè)計(jì)

塔頂氣相出口1位于分餾塔頂部中心,管口朝上,不涉及方位問題,由于口徑較大,應(yīng)優(yōu)先考慮管道的布置。放空管口一般布置在塔頂氣相開口的附近,也可將其布置在塔頂氣相管道最高水平段的頂部。

塔底抽出管口16位于分餾塔底部,從塔裙座引出。按照工藝流程此出口接至北側(cè)管廊下方的未轉(zhuǎn)化油泵,初步考慮管口應(yīng)布置在北側(cè)。經(jīng)過詳細(xì)的應(yīng)力分析,最終確定此管口方位在正北側(cè)(0°)是合理的。

4.4 儀表管口方位設(shè)計(jì)

本分餾塔的儀表管口包含溫度計(jì)口、現(xiàn)場液位計(jì)口、遠(yuǎn)傳液位計(jì)口,這些儀表管口應(yīng)設(shè)在操作側(cè)內(nèi)的平臺(tái)上或者梯子旁,便于觀察、操作和檢修的地方。溫度計(jì)口看工藝要求是測氣相溫度還是液相溫度,如果測液溫,需要開在降液管內(nèi),測氣溫則應(yīng)開在塔板的氣相區(qū)。同時(shí)還要考慮溫度計(jì)插入和抽出空間,避免影響溫度計(jì)的安裝或與塔內(nèi)件碰撞。本塔5個(gè)溫度計(jì)口均測量氣相溫度,故應(yīng)布置在氣相區(qū)。由于管口5-1所在層平臺(tái)正西側(cè)已布置回流口,最終確定為管口5-1在290°,管口52-4均在270°。

液位計(jì)口應(yīng)設(shè)在平臺(tái)或梯子上操作方便的地方,站在梯子上操作的液位計(jì)宜安裝在梯子的右側(cè)。液位計(jì)口不宜穿越平臺(tái),不能位于爬梯靠平臺(tái)的一側(cè),以免阻礙通道。

主要管口布置完成后,其余管口方位根據(jù)管線的布置情況進(jìn)行完善。塔頂?shù)踔陌惭b方位是以人孔的方位為基準(zhǔn),旋轉(zhuǎn)半徑能涵蓋全部人孔,并應(yīng)靠近道路側(cè),同時(shí)考慮起吊過程中是否有障礙物。塔的出入口應(yīng)設(shè)在方便進(jìn)出的地方,避免與梯子碰撞,名牌應(yīng)置于容易觀察之處。綜上,此分餾塔的管口方位如圖9所示。

圖9 分餾塔的管口方位

5 塔的管道布置和支架設(shè)計(jì)

5.1 塔的管道布置一般原則

塔的管道布置首先要滿足PID要求,其次應(yīng)從塔的頂部到底部進(jìn)行規(guī)劃[3],優(yōu)先布置塔頂管道、大直徑管道和有特殊要求的管道。每一條管道應(yīng)盡量沿塔敷設(shè),與塔外壁呈同心圓或切線布置,且與塔壁保持300～500 mm凈空,使管道布置既整齊美觀又易于支撐。每一條管道按照它的起止點(diǎn)都應(yīng)盡可能短,但必須滿足管道的柔性的要求。

5.2 塔頂氣相管道的布置

塔頂氣相管道(塔頂餾出線)一般管徑較大,管道應(yīng)盡可能短,且應(yīng)按照“步步低”的要求布置,不得出現(xiàn)袋形,且要具有一定的柔性[5]。塔頂油氣管道至多臺(tái)并聯(lián)的冷換設(shè)備時(shí),宜采用對稱布置。本分餾塔采用空冷器冷凝,進(jìn)入空冷器的管道要對稱布置,使其阻力降相同,避免出現(xiàn)偏流,如圖10所示。

圖10 塔頂氣相管道模型

5.3 塔側(cè)面管道的布置

本分餾塔側(cè)面管道有回流線、進(jìn)料線、側(cè)線抽出線、汽提蒸汽線、側(cè)線返回線等,上述管道宜用管件直接與管口最小連接,當(dāng)管道上有閥門時(shí),為了使閥門關(guān)閉后無積液,閥門宜與塔管口直接相連[4]。分餾塔側(cè)線到汽提塔均有調(diào)節(jié)閥,其安裝位置應(yīng)靠近汽提塔,以保證調(diào)節(jié)閥前有一段液柱。例如分餾塔到重石腦油側(cè)線汽提塔調(diào)節(jié)閥如圖11所示。

圖11 分餾塔到重石腦油側(cè)線汽提塔管道模型

5.4 塔底管道的布置

本塔與泵連接的抽出管線,應(yīng)步步低進(jìn)泵,以免產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象[6]。抽出管上的切斷閥應(yīng)盡量靠近塔體,并便于操作。由于塔底的操作溫度一般較高,故管道應(yīng)短且少拐彎,同時(shí)有足夠的柔性以減少泵管口受力。見圖12所示。

圖12 塔底管道模型

5.5 塔管道支架的設(shè)計(jì)

附塔管道的支架一般生根在塔壁上。承受管道重量的固定支架設(shè)在靠近管口的位置,塔頂氣相管道的承重支架距上部封頭焊接最小150 mm,在承重支架之下,應(yīng)按照規(guī)定間距設(shè)置導(dǎo)向支架,自上而下最后一個(gè)導(dǎo)向支架距水平管道宜大于25倍管徑,以免影響管道的自然補(bǔ)償。

6 結(jié)束語

分餾塔的配管設(shè)計(jì)首先在滿足工藝要求和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范下,合理規(guī)劃平面布置,確定安裝高度。分餾塔與其他塔集中布置時(shí),宜設(shè)置聯(lián)合平臺(tái)。塔的開口方位應(yīng)滿足塔內(nèi)件的要求,綜合考慮平臺(tái)梯子以及關(guān)聯(lián)設(shè)備的相對位置。進(jìn)塔的管道設(shè)計(jì)宜按照從塔頂?shù)剿?、先大管徑后小管徑的順序布?合理設(shè)置支架,使管道具備足夠的柔性。分餾塔的配管設(shè)計(jì)要點(diǎn)囊括了塔配管設(shè)計(jì)中所需要的大部分內(nèi)容,熟練掌握這些要點(diǎn),對于所有塔的配管設(shè)計(jì)都會(huì)有很大的幫助和提高。