翁亞妮，易永紅

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加氫反應(yīng)器配管設(shè)計重點

翁亞妮，易永紅

（中國石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計分公司， 山東 青島 266071）

通過對加氫裝置中加氫反應(yīng)器的平面布置、反應(yīng)器構(gòu)架及平臺的設(shè)置、反應(yīng)器管嘴的開口方位、反應(yīng)器的管道布置及支架設(shè)置方式等方面進行了詳細(xì)的闡述，總結(jié)了加氫裝置反應(yīng)器配管設(shè)計的重點。

加氫反應(yīng)器；平面布置；構(gòu)架及平臺；開口方位；管道布置；支吊架

近幾年來，國內(nèi)加氫技術(shù)得到長足發(fā)展，新建和擴建的千萬噸級煉廠多采用加氫技術(shù)的工藝流程，如蠟油加氫裂化、渣油加氫、柴油加氫等，加氫工藝的主要特點是生產(chǎn)靈活性大、加工原料范圍較廣、液體產(chǎn)品收率高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性好等，是重油深加工的主要工藝技術(shù)手段之一。在煉油工業(yè)中可生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)輕質(zhì)油品、清潔餾份油產(chǎn)品和運輸燃料，也可為后續(xù)化工裝置提供優(yōu)質(zhì)原料，在煉油和石油化工企業(yè)中越來越受到重視。

加氫反應(yīng)器是加氫裝置中非常重要的核心設(shè)備，操作條件比較苛刻，具有高溫、高壓、臨氫等特點[1]。反應(yīng)器配管設(shè)計的合理性在反應(yīng)器的操作、巡檢、催化劑裝卸、反應(yīng)器設(shè)備及內(nèi)件的吊裝檢修、裝置的安全生產(chǎn)、平穩(wěn)操作等方面都有著舉足輕重的作用。與反應(yīng)器關(guān)聯(lián)的管線多采用不銹鋼和合金鋼管線，因此反應(yīng)器配管設(shè)計的合理性還關(guān)系到工程投資的高低。本文將根據(jù)實際的工作經(jīng)驗總結(jié)加氫反應(yīng)器配管設(shè)計的重點。

1 反應(yīng)器平面布置

反應(yīng)器平面布置一般應(yīng)注意以下幾點：

（1）加氫反應(yīng)器的平面布置應(yīng)與其相關(guān)的加氫進料加熱爐、加氫反應(yīng)產(chǎn)物換熱器等協(xié)同考慮，統(tǒng)一布置。

（2）反應(yīng)器一般布置在構(gòu)架內(nèi)，且布置在裝置的一端或一側(cè)，靠近消防檢修道路，同時還應(yīng)考慮反應(yīng)器整體到貨后運輸?shù)浆F(xiàn)場的道路。

（3）加氫反應(yīng)器與加氫進料加熱爐的凈距應(yīng)盡量縮短，但不宜小于4.5 m[2]。根據(jù)流程式布置原則反應(yīng)產(chǎn)物換熱器需靠近反應(yīng)器布置，通常是將反應(yīng)器布置在反應(yīng)產(chǎn)物換熱器和加氫反應(yīng)加熱爐之間。

（4）反應(yīng)器靠道路一側(cè)應(yīng)設(shè)置催化劑裝填與卸料檢修場地，并與道路連接，以方便催化劑運輸。

（5）加氫反應(yīng)器是加氫裝置中最重、吊裝難度最大的設(shè)備，隨著裝置規(guī)模越來越大，吊裝反應(yīng)器所需的吊車噸位隨之增大，因此反應(yīng)器的吊裝空間應(yīng)引起足夠的重視，必要時應(yīng)與施工單位進行討論確定反應(yīng)器吊裝所需空間，避免后期增加施工費用。

（6）因加氫反應(yīng)器很重，目前國內(nèi)最大的反應(yīng)器重達1 600 t，反應(yīng)器所在位置的地質(zhì)條件要有所保證。

2 反應(yīng)器構(gòu)架及平臺的設(shè)置

加氫反應(yīng)器平臺與塔器平臺設(shè)置不同，塔器平臺一般與設(shè)備為一體，平臺生根在塔設(shè)備上，而反應(yīng)器上不能生根平臺，需單獨設(shè)置與反應(yīng)器完全分離的構(gòu)架平臺。因此，加氫反應(yīng)器構(gòu)架平臺的設(shè)置具有區(qū)別于塔器平臺設(shè)置的特點。

2.1 反應(yīng)器構(gòu)架底平臺的設(shè)置方式

（1）設(shè)置全平臺：反應(yīng)器底部的油氣出口和底部卸料口的標(biāo)高基本一致，因此可將構(gòu)架第一層平臺設(shè)在反應(yīng)器底部卸料口和反應(yīng)器油氣出口下方，且在卸料口下方設(shè)可開啟的活動平臺。此種平臺設(shè)置方法的優(yōu)點在于方便觀察、操作油氣出口管道上的儀表及儀表閥，同時也方便檢修拆卸油氣出口的大法蘭及盲板，不足之處在于卸料口在平臺上方，平臺高度距離地面僅2 500 mm，因平臺較低，卸料口側(cè)只允許小型車輛進出，操作工人在此處操作卸劑器械很不方便，若將第一層平臺高度提高，則需要增加反應(yīng)器群座高度，如此將會增加反應(yīng)器及反應(yīng)器構(gòu)架的整體高度，無形中增加了整個裝置的設(shè)備投資。

（2）設(shè)置半平臺：在反應(yīng)器底部卸料口側(cè)不設(shè)平臺，而在另一側(cè)反應(yīng)器油氣出口下方設(shè)置平臺。此種平臺設(shè)置方法彌補了以上做法的不足，通過調(diào)整卸料口側(cè)構(gòu)架二層平臺的高度，可方便各種車輛進出裝卸催化劑，同時也方便觀察、操作油氣出口管道上的儀表及儀表閥，拆卸、檢修油氣出口的大法蘭及盲板也很方便。但要注意卸料口一側(cè)需給結(jié)構(gòu)專業(yè)說明卸料口一側(cè)地面至二層平臺中間不允許設(shè)置橫梁，若結(jié)構(gòu)需要，只能設(shè)置人字撐或八字撐。

建議反應(yīng)器構(gòu)架底平臺的設(shè)置應(yīng)優(yōu)先考慮采用第二種做法。

2.2 反應(yīng)器構(gòu)架頂平臺的設(shè)置方式

（1）頂平臺的高度應(yīng)合適，頂平臺一般宜設(shè)在距反應(yīng)器頂人孔法蘭螺栓最下端100 mm處。在此高度，反應(yīng)器頂部人孔螺栓的安裝拆卸比較方便，且進料口管線距離頂平臺的高度也比較合適，便于管線上的儀表和儀表閥門的檢修操作，同時平臺結(jié)構(gòu)梁較好設(shè)置。

（2）頂平臺的開洞大小可按反應(yīng)器熱脹后平臺高度處反應(yīng)器外壁+保溫厚度+50 mm設(shè)計。

（3）頂平臺梁布置應(yīng)合理，以避免平臺梁與反應(yīng)器碰。因加氫反應(yīng)器封頭為圓封頭，確保平臺梁不出現(xiàn)在圖1中陰影線區(qū)域即可。

（4）頂平臺應(yīng)在電動葫蘆吊車梁正下方設(shè)置反應(yīng)器頭蓋檢修重載區(qū)和催化劑裝載重載區(qū)。催化劑裝載重載區(qū)宜靠構(gòu)架檢修側(cè)，應(yīng)能夠承載催化劑料桶滿載的重量；頭蓋檢修重載區(qū)宜靠構(gòu)架管道側(cè)，應(yīng)能夠承載反應(yīng)器頭蓋的重量。

2.3 反應(yīng)器構(gòu)架頂電動葫蘆及結(jié)構(gòu)梁的設(shè)置要求

（1）電動葫蘆的負(fù)載重量應(yīng)取滿載催化劑料桶重量和反應(yīng)器頭蓋重量中較重的一方。

圖1 頂平臺梁限制區(qū)域

注：為頂平臺開洞大?。粸榉磻?yīng)器頂封頭外半徑+保溫厚度+50 mm

（2）電動葫蘆軌道梁應(yīng)位于反應(yīng)器人孔正上方，軌底與頂平臺間最小空間應(yīng)為下列各參數(shù)之和：軌底到電動葫蘆吊鉤的最小高度；被吊起部件或料桶高度；被吊起部件頂部與吊鉤的間隙（按索具與垂直線的夾角不大于60°，且不小于0.5 m考慮）[3];被吊起部件底部與平臺的間隙，不小于0.5 m。

（3）在反應(yīng)器頭蓋放置區(qū)側(cè)吊車梁下部靠近構(gòu)架柱子設(shè)置電動葫蘆檢修平臺，上部設(shè)置吊車防雨雪棚，棚子不宜設(shè)置過大，以免妨礙催化劑裝填。

（4）通常反應(yīng)器檢修、催化劑裝填采用吊車與電動葫蘆相結(jié)合的方式，在反應(yīng)器構(gòu)架頂部留出供吊車吊裝催化劑的空間，此空間不允許設(shè)置結(jié)構(gòu)梁。

（5）反應(yīng)器構(gòu)架檢修側(cè)立面從頂平臺至吊車梁軌頂間不應(yīng)設(shè)妨礙電動葫蘆吊裝運行的梁柱、燈具等物體。

（6）反應(yīng)器檢修側(cè)構(gòu)架頂平臺至上層吊車梁之間不允許設(shè)置結(jié)構(gòu)梁。

2.4 反應(yīng)器構(gòu)架平臺的其他設(shè)置要求

（1）在設(shè)置反應(yīng)構(gòu)架平臺的時候應(yīng)充分考慮到因反應(yīng)器熱脹與構(gòu)架的相對位移，同時反應(yīng)器構(gòu)架平臺的設(shè)置應(yīng)滿足操作、檢修和催化劑裝卸的要求。

（2）反應(yīng)器構(gòu)架中間各層平臺的設(shè)置，應(yīng)根據(jù)反應(yīng)器冷氫注入口、熱電偶口、催化劑中間卸料口等管嘴及其連接管道的操作和檢修的要求確定，并保證各管嘴在反應(yīng)器熱膨脹的時候均不會與構(gòu)架平臺梁相碰。

3 反應(yīng)器的開口方位

3.1 物料入口

為使反應(yīng)器入口管線避開重載區(qū)，物料入口管嘴方位應(yīng)與電動葫蘆軌道梁方向垂直；當(dāng)反應(yīng)器入口管線與構(gòu)架平臺邊凈空不到800 mm時，反應(yīng)器入口管嘴應(yīng)遠(yuǎn)離反應(yīng)器構(gòu)架斜梯側(cè)。

3.2 物料出口

為了不妨礙催化劑卸料和操作人員通行，反應(yīng)器出口管嘴應(yīng)遠(yuǎn)離卸料口和構(gòu)架斜梯側(cè)。

3.3 冷氫口

為了控制反應(yīng)溫度，平衡催化劑床層間的熱量分布，催化劑床層間需注入冷氫。冷氫口檢修和安裝時需要抽出和插入，冷氫口方位設(shè)計時應(yīng)考慮抽出空間，不應(yīng)正對構(gòu)架立柱、斜撐，同時冷氫管線的布置不能妨礙操作人員的正常通行。

3.4 卸料口

卸料口應(yīng)朝向空曠檢修場地；為便于催化劑卸料，卸料口法蘭高度距地面不小于2.3 m[4]，一般控制在距地面2.3~3.0 m。

3.5 熱電偶口

熱電偶口的方位首先應(yīng)滿足工藝和儀表的要求，并滿足熱電偶插入、抽出所需的檢修空間。在確定熱電偶口方位前，應(yīng)了解插入反應(yīng)器內(nèi)熱電偶的型式，對于不能彎曲的熱電偶，熱電偶抽出方位上要根據(jù)熱電偶的具體長度留出足夠的空間，在此空間范圍內(nèi)不能有構(gòu)架立柱、斜撐或其它管線。

4 反應(yīng)器的管道布置

4.1 反應(yīng)器進出口管道

（1）爐后混氫的工藝方案中，為使氫氣和原料油充分混合，氫氣管線和原料油管線的混合點距離入口管線上的儀表開口位置要求最小30倍管徑，最大50倍管徑。儀表開口位置距離入口管嘴距離最小。

（2）反應(yīng)器進出口管道應(yīng)進行詳細(xì)的應(yīng)力分析。反應(yīng)器進出口管嘴受力應(yīng)合理，過大將可能增加反應(yīng)器壁厚，過小將可能使管線增長，彎頭增多，因此管道設(shè)計專業(yè)應(yīng)與設(shè)備專業(yè)協(xié)商反應(yīng)器進出口管嘴受力大小，使其在合理的經(jīng)濟范圍內(nèi)。

（3）從加熱爐集合總管到反應(yīng)器入口管線應(yīng)步步高，從反應(yīng)器出口到高壓換熱器管線應(yīng)最多出現(xiàn)一個高點，避免出現(xiàn)袋形。

（4）反應(yīng)器進出口管道為TP321/TP347不銹鋼，管道壁厚較厚，往往需要國外采購。為減少管道材料，在滿足工藝要求和設(shè)備管嘴受力要求的前提下，反應(yīng)器進出口管道盡量短，并且減少彎頭的數(shù)量。

（5）入口管道在入口法蘭附近應(yīng)設(shè)卡箍式管托與門框式支架組合的可分離剛性支架，供檢修用。入口管道在頂平臺構(gòu)架梁處應(yīng)設(shè)置恒力彈簧吊架，在立管處考慮設(shè)置導(dǎo)向支架和彈簧支架（必要時）。

（6）進料管道布置要避開構(gòu)架頂平臺檢修重載區(qū)域。

（7）在管道設(shè)計布置時要充分考慮管道自身的較大熱位移，避免操作工況時管道和構(gòu)架梁及斜撐相碰。

（8）為方便反應(yīng)器出料管道的安裝及檢修，反應(yīng)器出料口管道應(yīng)設(shè)置帶彎頭的可拆卸管段。

（9）對于兩相流反應(yīng)器進出口管道應(yīng)考慮管道的防振措施。

（10）反應(yīng)器進出口管道的支吊架盡量選用卡箍式管托和管吊。

（11）位移較大的彈簧支吊架盡量選用吊架，吊桿的長度不宜過短，應(yīng)保證熱態(tài)吊桿的偏移角度不超過4°。導(dǎo)向支架不宜選用管卡式的，應(yīng)選用框式導(dǎo)向支架，以避免管道的軸向位移受到限制[1]，框式導(dǎo)向支架應(yīng)避免管道因熱位移過大而使管托脫離導(dǎo)向框。

4.2 冷氫管道

（1）冷氫管道的介質(zhì)操作溫度不高，自身的熱脹量不大，但反應(yīng)器冷氫口的管嘴會隨反應(yīng)器的熱脹而升高，為保證冷氫管嘴法蘭安全無泄漏，冷氫管道設(shè)計時應(yīng)有足夠的柔性，并進行詳細(xì)的管道應(yīng)力計算，在適當(dāng)位置設(shè)置彈簧支吊架。

（2）由于靠近冷氫注入口設(shè)備管嘴處溫度比較高，冷氫管道等級一般以止回閥為界，氫氣總管到止回閥前管道為碳鋼，從止回閥到冷氫管嘴間管道為不銹鋼。為防止高溫對止回閥前管道影響，從止回閥到冷氫管嘴間管道一般不小于2 m，為節(jié)約材料也不宜過長。

（3）冷氫管嘴檢修和安裝時需要抽出和插入，在冷氫管道靠近管嘴處設(shè)置帶彎頭的可拆卸管段。

4.3 測壓管道

儀表管道測壓口應(yīng)從管道上方引出，避免堵塞和腐蝕，壓力表前的取壓閥通常是雙閥中間帶一放凝閥，閥的安裝位置較高，配管設(shè)計時要考慮壓力表前的三閥組的管線支架問題，同時要在合適位置設(shè)置檢修操作平臺，便于觀察壓力表讀數(shù)。差壓變送器應(yīng)高于測壓點，安裝于反應(yīng)器頂層平臺上。

4.4 消防管道

（1）對于溫度高于自燃點介質(zhì)的反應(yīng)器進出口管道法蘭和彎管法蘭處均應(yīng)設(shè)置消防蒸汽環(huán)管。消防蒸汽環(huán)管應(yīng)位于墊片正上方，一般距法蘭外緣80~200 mm，朝墊片側(cè)開Φ2 mm小孔，并在蒸汽環(huán)管低點設(shè)Φ6 mm淚孔。消防蒸汽環(huán)管應(yīng)設(shè)置為可拆卸結(jié)構(gòu)。 （下轉(zhuǎn)第1003頁）

（2）每個消防蒸汽環(huán)管均應(yīng)設(shè)置一個切斷閥。切斷閥應(yīng)集中布置在明顯、安全和易操作的地方，切斷閥并應(yīng)落地安裝，距反應(yīng)器至少15米。

（3）反應(yīng)器構(gòu)架應(yīng)設(shè)置消防蒸汽管道和消防水管道。

4.5 服務(wù)站管道

反應(yīng)器構(gòu)架各層或隔層應(yīng)設(shè)置服務(wù)站，服務(wù)站管道至少包括：凈化風(fēng)、氮氣、蒸汽。

5 結(jié)束語

反應(yīng)器配管設(shè)計具有自己的特點，本文在反應(yīng)器平面布置、構(gòu)架及平臺設(shè)置、開口方位、管道布置等方面闡述了反應(yīng)器的配管設(shè)計重點。熟練掌握這些內(nèi)容，能避免設(shè)計出錯，加快設(shè)計進度，提高工作效率。

［1］丘平．加氫反應(yīng)器的配管設(shè)計[J].石油化工設(shè)計，2008，25（2）：15-16.

［2］張德姜，李慶漢，張發(fā)有，丘平．石油化工工藝裝置布置設(shè)計規(guī)范[S].中華人民共和國工業(yè)和信息化部，2011： 4．

［3］陳英．加氫裂化裝置反應(yīng)器的配管設(shè)計[J].石油化工設(shè)計，2005，22（2）：14-15.

［4］張德姜，王懷義，劉紹葉．石油化工裝置工藝管道安裝設(shè)計手冊第一篇，設(shè)計與計算[M].中國石化出版社，2009：85-91．

The Emphasis of Hydrogenation Reactor Piping Design

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（CPECC East-China Design Branch, ShandongQingdao 266071，China）

The plain layout, frame and platform settings, nozzle orientation, piping layout, piping support and hanger settings of hydrogenation reactor in hydrogenation unit were introduced. Then the emphasis of hydrogenation reactor piping design was discussed.

Hydrogenation reactor; Plain layout; Structure and platform; Nozzle orientation; Piping design; Piping support and hanger

TE 96

A

1671-0460（2014）06-0997-03

2013-09-25

翁亞妮（1979-），女，新疆克拉瑪依人，工程師，2001年畢業(yè)于石油大學(xué)（北京）化學(xué)工程專業(yè)，從事配管設(shè)計工作。E-mail：wengyani@cnpccei.cn。