王 向 存

（中石化洛陽工程有限公司， 河南 洛陽 471003）

在我國(guó)，乙苯作為一種工業(yè)原料，其消費(fèi)量逐年遞增，且對(duì)外依存度高。而催化干氣量超過 550萬t/a，其中含15%～20%的乙烯，主要作為燃料，造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)[1]。利用催化干氣中的乙烯與苯反應(yīng)制乙苯工藝，由于其原料來源廣泛，加工工序簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)化率高，產(chǎn)品成本低而倍受關(guān)注。以烷基化反應(yīng)器和烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)器為主的反應(yīng)系統(tǒng)是催化干氣制乙苯裝置的核心，該系統(tǒng)的管道設(shè)計(jì)直接影響裝置的正常運(yùn)行。本文以廣州分公司 8萬 t/a催化干氣制乙苯裝置和長(zhǎng)嶺分公司12萬t/a催化干氣制乙苯裝置為例，簡(jiǎn)單介紹反應(yīng)系統(tǒng)管道設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題。

1 工藝過程和反應(yīng)機(jī)理

1.1 工藝過程

催化產(chǎn)生的干氣經(jīng)脫丙烯系統(tǒng)進(jìn)入烷基化反應(yīng)器與過量的苯在溫度 430 ℃，壓力0.8 MPa進(jìn)行反應(yīng)，生成乙苯及二乙苯、丙苯、二甲苯、多烷基苯等。二乙苯經(jīng)二乙苯塔頂脫出進(jìn)入烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)器與過量的苯在溫度245 ℃，壓力3.2 MPa進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)五塔分離后丙苯、多烷基苯作為副產(chǎn)物出裝置[2]。

1.2 烷基化和烷基轉(zhuǎn)移的反應(yīng)機(jī)理[3]

1.2.1 苯烷基化生成乙苯和多乙苯

在烷基化反應(yīng)器中，沸石催化劑上存在 Lewis酸中心，可以吸附干氣中的乙烯分子，生成正碳離子L- CH2CH2＋，再與苯進(jìn)行加成反應(yīng)生成乙苯。乙苯可以進(jìn)一步烷基化生成多乙苯等。

1.2.2 多乙苯烷基轉(zhuǎn)移

在烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)器中，在沸石催化劑上同樣存在 Lewis 酸中心，吸附多乙苯分子生成正碳離子，發(fā)生烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)生成乙苯，并達(dá)到穩(wěn)態(tài)濃度。

2 反應(yīng)構(gòu)架各層高的確定和構(gòu)架平臺(tái)對(duì)土建梁的要求

2.1 反應(yīng)構(gòu)架各層高確定

構(gòu)架底層標(biāo)高的確定主要與反應(yīng)產(chǎn)物出口高度和彈簧支架高度有關(guān)。反應(yīng)產(chǎn)物出口管道（DN600）換熱器管口（約EL+3 500）接彎頭相連，管口中心標(biāo)高需EL+4 500以上；管道上設(shè)恒力彈簧，管底與平臺(tái)高差應(yīng)滿足彈簧支架高度（約600 mm）要求；故底層標(biāo)高一般取EL+4 000。

頂層平臺(tái)梁底標(biāo)高應(yīng)滿足不同工況下反應(yīng)器軸向熱位移要求，防止反應(yīng)器頂部與梁底相撞。反應(yīng)器軸向熱位移的計(jì)算[4]：

式中：?t ——軸向熱位移；

L ——固定點(diǎn)到反應(yīng)器頂端長(zhǎng)度；

et——單位線膨脹量。

中間層標(biāo)高要滿足人孔、卸料口，儀表開口及通道的要求。由于反應(yīng)器床層層高較低，每個(gè)床層內(nèi)有催化干氣入口、冷苯入口、人孔、催化劑卸出口和熱電偶口，這些管口布置緊湊，給層高的確定帶來一定難度。

與以往不同（6個(gè)人孔和5個(gè)卸料孔主要布置在構(gòu)架中間每層平臺(tái)正上方，距離平臺(tái)較高，需在人孔下方局部設(shè)活動(dòng)平臺(tái)，占用空間較大）；長(zhǎng)嶺和廣石化乙苯裝置采用人孔和卸料孔主要布置在構(gòu)架兩側(cè)面，側(cè)面平臺(tái)起到了樓梯通道和操作通道的雙重作用，節(jié)省了大量的空間。

圖1 廣乙苯 構(gòu)-3 EL+15200層北側(cè)管道布置圖Fig.1 Framework-3 EL+15200 layer north pipingdrawing of Guanzhou ethylbenzene

圖2 廣乙苯 構(gòu)-3 EL+15200層南側(cè)管道布置圖Fig.2 Framework-3 EL+15200 layer south pipingdrawing of Guanzhou ethylbenzene

圖3 長(zhǎng)嶺乙苯構(gòu)-3 EL+11000層管道布置圖Fig.3 Framework-3 EL+11000 layer pipingdrawing of Changling ethylbenzene

圖1和2分別為廣乙苯構(gòu)-3 EL+15 200層北側(cè)和南側(cè)管道布置圖。圖1有兩個(gè)熱偶口、人孔、卸料口和冷苯入口，圖2有催化干氣入口和下一床層的兩個(gè)熱偶口。由于正常工況下設(shè)備向上熱漲，平臺(tái)向上抬碰熱偶口；向下降卸料口和催化干氣入口與土建梁撞。圖3為長(zhǎng)嶺乙苯構(gòu)-3 EL+11 000層管道布置圖。圖3可看到，一對(duì)熱偶口布置在平臺(tái)上下，上接口距平臺(tái)150 mm，下接口距平臺(tái)350 mm。這主要考慮到裝置運(yùn)行期間設(shè)備熱漲和平臺(tái)布梁。

2.2 構(gòu)架平臺(tái)對(duì)土建梁的一些要求

（1）烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)器從頂層斜45 ℃裝催化劑，這就要求土建梁躲開裝料口布置，平臺(tái)和裝料口交叉處做成活動(dòng)板。建議土建梁與裝料口平行布置。

（2）反應(yīng)器人孔本體上方帶有連接孔蓋的連接件，平臺(tái)上設(shè)備按正常大小開洞，該連接件與土建梁碰撞；開洞增大易踩空。建議斷開人孔處梁，自下層平臺(tái)立鋼管焊在梁斷開處作支撐。催化干氣入口和冷苯入口外伸長(zhǎng)，與平臺(tái)梁易碰撞，建議采用相同措施。

3 主要管道設(shè)計(jì)中應(yīng)注意問題

烷基化反應(yīng)器管道主要由催化干氣入口、冷苯入口、產(chǎn)物出口和循環(huán)苯入口管道組成。

從設(shè)備管口到管子第一道閥部分，材質(zhì)應(yīng)按照設(shè)備和管道工況中的最苛刻條件進(jìn)行選擇，當(dāng)設(shè)備條件更為苛刻時(shí)，在閥前后劃分管道等級(jí)分界。對(duì)催化干氣入口和冷苯入口管道，第一道閥采用20#，盲板和第二道閥采用15CrMo；

催化干氣入口管道沿設(shè)備外壁布置，建議在豎管上增加一對(duì)法蘭意方便設(shè)備內(nèi)件檢修;

冷苯入口管道考慮應(yīng)力分析通常在管口處設(shè)置向上的∏彎或水平直管段降低管道應(yīng)力；

產(chǎn)物出口管道管徑大，閥門手輪長(zhǎng)，水平放置空間不允許，建議豎直安裝，在上層平臺(tái)開洞操作；自加熱爐來的循環(huán)苯入口管道，與低壓氮、高壓氮、電加熱器升溫后的氮、經(jīng)安全閥去放空、直接去火炬線以及與冷苯跨線多個(gè)管線相連，每個(gè)管線上均有切斷閥；頂層還布置有電加熱器，空間非常有限，建議以循環(huán)苯入口管道為主，其它管道與主管道平行布置。循環(huán)苯管道考慮應(yīng)力分析，靠近設(shè)備處設(shè)彎頭以增加管道柔性。

烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)器進(jìn)口管道采用與循環(huán)苯入口管道相同的方法，出口管道在EL+4 000層平臺(tái)下加∏彎以降低管道應(yīng)力，催化劑吊裝至各催化劑入口，在構(gòu)架一側(cè)留吊裝通道。

4 支吊架的設(shè)置

5 結(jié) 論

與塔管道支架（支架、管道和塔體同時(shí)熱漲）設(shè)置不同，反應(yīng)區(qū)管道支架放在構(gòu)架上，管道熱漲時(shí)，構(gòu)架無熱位移。工藝主管道溫度高，沿反應(yīng)器軸向熱位移大，且低壓常溫小管道也因與工藝主管道相連被抬起，使用應(yīng)力分析CAESARII 軟件進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算，彈簧支架高達(dá)百個(gè)。

建議布置管道時(shí)考慮彈簧支架盡量設(shè)置在同一軸線上，管道既美觀又方便土建布梁；

小荷載大位移彈簧可要求彈簧廠家做特殊設(shè)計(jì)；

在構(gòu)架外的豎管上安裝彈簧時(shí)，建議采用外懸臂生根在構(gòu)架梁上，管道上焊支耳，彈簧放懸臂上支撐管道支耳。

催化干氣制乙苯裝置中，管道設(shè)計(jì)在符合不同工藝條件的同時(shí)，考慮管道的材質(zhì)、應(yīng)力分析、支吊架設(shè)置和操作檢修等，不斷優(yōu)化設(shè)計(jì), 使配管安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、整齊美觀。

［1］朱方明. 催化干氣制乙苯技術(shù)研究［J］. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào), 2011，23：8.

［2］劉震. 催化干氣制乙苯工藝的進(jìn)展［J］. 科技論壇, 2012, 55.

［3］李建偉, 等. 催化干氣制乙苯第三代技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用［J］. 化工進(jìn)展, 2010, 29（9）：1790-1795.

［4］ 石油化工裝置工藝管道安裝設(shè)計(jì)手冊(cè)，第一篇，設(shè)計(jì)與計(jì)算［M］.3版. 中國(guó)石化出版社.