孫冬梅(新疆化工設(shè)計研究院有限責任公司,新疆 烏魯木齊 830000)

催化裝置中催化劑管線的配管設(shè)計

孫冬梅(新疆化工設(shè)計研究院有限責任公司,新疆 烏魯木齊 830000)

本文結(jié)合某催化裝置如何防止催化劑磨損，從平面布置、管道走向、設(shè)計選材、施工要求等方面進行催化劑管線的配管設(shè)計。

催化裝置；催化劑；管道配管設(shè)計；參數(shù)選擇

催化裝置的核心中的核心是反再系統(tǒng)中催化劑的連續(xù)再生。在催化劑循環(huán)再生系統(tǒng)中控制催化劑磨損尤其重要。當前由于催化劑輸送管道及其支架還存在設(shè)計不合理、管道元件和切斷閥選型不合適、磨損程度嚴重等現(xiàn)象,部分催化劑輸送還經(jīng)常出現(xiàn)阻力大、管道振動問題,對裝置的長時間高效安全運行產(chǎn)生了不利影響。所以催化劑管線的配管設(shè)計也要堅持防止磨損為目的，設(shè)計時需要綜合考慮平面布置、管道走向、設(shè)計選材、施工要求等催化劑的磨損有直接影響的因素，根據(jù)催化裝置的工藝原理，科學、合理布置相關(guān)設(shè)備，通過最大程度的縮短催化劑管線，來實現(xiàn)減少催化劑磨損的效果。

1 反應再生系統(tǒng)的工作原理

催化裝置中反再系統(tǒng)的主要設(shè)備包括再生器、反應器、再生器和反應器的上部料斗和下部料斗、閉鎖料斗和還原室。當催化劑通過反再系統(tǒng)各個關(guān)鍵設(shè)備后，將反碎粒和粉塵被淘析氮氣收集到粉塵收集器，經(jīng)過催應——再生——再反應的連續(xù)重整流程。化劑在自重作用下經(jīng)閉鎖料斗流入再生器，在再生器內(nèi)部，催化劑經(jīng)過燒焦、氯化/氧化和干燥從催化劑在自重的作用下，將催化劑碎粒及粉塵與整粒催化劑分開。

2 管道元件材質(zhì)選擇

選擇管道元件材質(zhì)時要根據(jù)管道的設(shè)計溫度要求來確定，熱催化劑輸送管道元件材質(zhì)一般包括不銹鋼和合金鋼兩種，不銹鋼耐高溫,能滿足從再生器中卸出溫度高達700℃度催化劑的要求，其余熱催化劑輸送管道元件一般選用合金鋼；冷催化劑輸送管道元件一般選擇碳鋼材質(zhì)。裝置催化劑輸送管線要滿足內(nèi)壓管道壁厚承載力要求。同時，為了使裝置能夠長時間運行，催化劑輸送管道壁厚確定是要充分考慮磨蝕的附加量。催化劑輸送無縫鋼管設(shè)計時，壁厚等級根據(jù)管徑的不同一般設(shè)計為Sch60～Sch80。管道中的彎頭、三通等管件壁厚也要滿足管道等強度，盡量使管件最薄處的壁厚、管件材質(zhì)與相應管道壁厚和材質(zhì)相一致。

3 閥門選用

因為催化劑固體顆粒磨損、閥門處催化劑易堵塞、主管道內(nèi)介質(zhì)雙向流等原因，管道中閥門的材質(zhì)選擇時要與管道的材質(zhì)匹配,通常選用 MPa金屬硬密封閘閥較多,但是因為閘閥閥槽容易被催化劑填塞,閥門密封面由于受催化劑直接沖刷而造成磨損，所以近年來逐漸被金屬硬密封偏心半球閥取代應用。密封偏心半球閥具有開關(guān)迅速、流通面積大、阻力小、密封面的直接磨損少、開關(guān)過程中能去除閥座密封面催化劑積垢等優(yōu)點,但其設(shè)計和制造精度要求很高,一旦技術(shù)不過關(guān)容易在高溫時出現(xiàn)抱死現(xiàn)象。

4 管道應力分析

根據(jù)催化劑輸送管道的實際布置和工藝需要,催化劑輸送管道中的各閥門存在打開或關(guān)閉等多種組合狀態(tài)，相應管道冷、熱狀態(tài)組合形式也分為多種,與催化劑輸送管道相連的催化劑儲罐嘴子處端點因為工況條件的不同位移也不盡相同,進行管道應力分析時要考慮不同狀態(tài)的工況組合。

(1)數(shù)據(jù)輸入 數(shù)據(jù)輸入包括基本參數(shù)、管道單元結(jié)構(gòu)參數(shù)和邊界條件三種，基本參數(shù)包括管道中各單元的管徑、壁厚、安裝溫度、計算溫度、計算壓力、管道材料、管道材料密度、輸送介質(zhì)密度等；管道單元結(jié)構(gòu)參數(shù)包括各單元的幾何形狀及尺寸、結(jié)構(gòu)特征；邊界條件包括管道中各約束點的約束條件和附加位移、管道中集中荷載和分布荷載、彈簧支架等條件。根據(jù)確定的工況條件,將各工況數(shù)據(jù)正確輸入到Caesar 程序中,可獲得相應的管道應力分析結(jié)果。(2)應力校核 為防止管壁內(nèi)應力過大造成管道自身破壞，需要進行應力校核。根據(jù)管道應力荷載的不同通常分為一次應力和二次應力，因壓力、重力和其他外力荷載作用所產(chǎn)生的力是一次應力，因熱脹冷縮、端點位移等位移荷載作用所產(chǎn)生的力是二次應力。將數(shù)據(jù)輸入Caesar 程序根據(jù)輸出結(jié)果,就可以自行開始應力校核,計算模型需要反復修改直到擁有滿意的結(jié)果。需要指出的是，Caesar程序尾巴沒有考慮風荷載、地震荷載，調(diào)整后管道中各處一次應力值如果不能滿足要求，需要對管道分支處進行補強、合理設(shè)置支架來降低一次應力；調(diào)整后管道中各處二次應力值不能滿足要求時,可以采取增加管道柔性、改變支架型式、降低應力集中處一次應力水平等措施,來降低二次應力水平。

5 設(shè)計原則

催化劑輸送管道設(shè)計時要盡量遵循簡化管系、縮短管道長度的原則。催化劑輸送管道的目標任務是為了實現(xiàn)催化劑輸送，要在滿足技術(shù)要求的前提下,在催化劑輸送管系中科學合理設(shè)計布置幾組三角形管線，盡量通過簡化配管來減輕管道流通阻力。同時管道變向盡量減少，確實需要變向時,要在相鄰兩彎頭之間預留足夠長度的直管。在管道中要合理設(shè)置工業(yè)風輸送和松動點,輸送風管道與催化劑輸送管道順介質(zhì)流向連接,盡量滿足催化劑雙向輸送需要，并要設(shè)置閘閥和截止閥來進行切斷開關(guān)和調(diào)節(jié)風量。同時，管道支架設(shè)計也要按照管道應力分析結(jié)果,考慮分析不同工況校核支架的適用性，為防止管道振動或堵塞,管道中要盡量設(shè)置足夠剛度的剛性支架,少用彈簧支架，支架材質(zhì)一般選用碳鋼。

6 結(jié)語

催化劑管線的配管設(shè)計較為復雜，必須先規(guī)劃好催化劑管線的走向，按照催化劑管道設(shè)計要求嚴格施工，確保管道施工質(zhì)量，為其順利高效運行提供保障。

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