李莉（中石化洛陽工程有限公司 配管室，河南 洛陽 471003）

淺析渣油加氫裝置加氫反應(yīng)器的配管設(shè)計(jì)

李莉（中石化洛陽工程有限公司 配管室，河南 洛陽 471003）

本文結(jié)合某200萬噸/年渣油加氫裝置，對該裝置中核心設(shè)備之一的加氫反應(yīng)器，從設(shè)備平面布置、管嘴方位的確定、管道設(shè)計(jì)及構(gòu)架的設(shè)置進(jìn)行了論述。

加氫反應(yīng)器；管道設(shè)計(jì)；反應(yīng)構(gòu)架

渣油加氫反應(yīng)器在高溫（最高操作溫度440℃），高壓（最高操作壓力19.53MPa）及有腐蝕介質(zhì)（H2和H2S）的條件下運(yùn)行，其配管設(shè)計(jì)對整個(gè)裝置的正常運(yùn)行有著至關(guān)重要的作用。本文結(jié)合某渣油加氫裝置從平面布置、管嘴方位的確定、管道設(shè)計(jì)等幾方面對其進(jìn)行簡單探討。

1 反應(yīng)器平面布置

（1）反應(yīng)器布置應(yīng)滿足工藝流程的要求。為控制反應(yīng)系統(tǒng)的溫降、壓降，將反應(yīng)器和進(jìn)料加熱爐靠近布置，同時(shí)考慮柔性設(shè)計(jì)的前提下其管道長度應(yīng)盡量短。

（2）反應(yīng)器布置應(yīng)滿足安全的要求。反應(yīng)器與提供反應(yīng)熱量的加熱爐可視為一個(gè)系統(tǒng)，沒有防火間距要求，凈距應(yīng)盡量縮短[2]。為避免加熱爐與反應(yīng)器基礎(chǔ)相碰，基礎(chǔ)之間距離不應(yīng)小于4.5米。

（3）反應(yīng)器布置應(yīng)滿足操作和檢修的要求。反應(yīng)器成排布置在同一構(gòu)架內(nèi)。構(gòu)架下部應(yīng)考慮卸催化劑的空間，此外反應(yīng)器靠近檢修側(cè)應(yīng)留有足夠的空間以滿足裝卸催化劑的要求及設(shè)備檢修等。

2 反應(yīng)器開口方位的布置

油氣入口和人孔在反應(yīng)器頂部。本裝置四臺反應(yīng)器均為底部催化劑卸料，卸料口高度應(yīng)滿足裝卸催化劑的要求，其方位應(yīng)朝向檢修側(cè)，以便于人員和車輛進(jìn)行催化劑裝卸。油氣出口在底部。反應(yīng)器熱電偶為三點(diǎn)式（或五點(diǎn)式）測溫儀，故熱電偶嘴子開口方位不可朝向反應(yīng)器構(gòu)架的柱子或斜撐，以免影響熱電偶的安裝和檢修。

3 反應(yīng)器的管道設(shè)計(jì)

管道內(nèi)的介質(zhì)為減壓渣油、氫氣和硫化氫，其設(shè)計(jì)溫度最高可達(dá)445℃，設(shè)計(jì)壓力可達(dá)19.53MPa,屬于高溫、高壓、臨氫、重油管線。由于管內(nèi)介質(zhì)含有氫氣，在高溫高壓情況下管線易產(chǎn)生氫腐蝕，同時(shí)由于其管壁較厚，溫度較高，故其膨脹量和熱應(yīng)力也較大。

3.1 管道材料選用

考慮渣油加氫裝置反應(yīng)流出物管道的操作條件及介質(zhì)情況，根據(jù)API941的Nelson曲線及H2+H2S腐蝕曲線(Couper)選材原則，該處材質(zhì)為應(yīng)為奧氏體不銹鋼。但奧氏體不銹鋼長期在400-850℃高溫下時(shí)，會產(chǎn)生晶間腐蝕傾向。其機(jī)理是：在腐蝕介質(zhì)的作用下，鉻鎳奧氏體不銹鋼在400-850℃的溫度范圍內(nèi)再次受熱時(shí)，碳和鉻會以碳化物的形式沿晶界析出，但鉻的擴(kuò)散速度低于碳的擴(kuò)散的速度，晶體內(nèi)部的鉻來不及擴(kuò)散至晶界，因而靠近晶界處會造成一貧鉻區(qū)，使其抗腐蝕能力下降，防止鉻鎳奧氏體不銹鋼晶間腐蝕的辦法有兩個(gè)：一是降低鋼材中的碳含量，以減少碳化物的析出；二是添加能形成穩(wěn)定碳化物的元素，如鈦或鈮，以防止碳化鉻的析出。故管道材料一般使用含有穩(wěn)定化元素的不銹鋼，如TP321和TP347。本裝置該部分管道選用的是TP321材質(zhì)。

3.2 管道的設(shè)計(jì)

3.2.1 主工藝管道的設(shè)計(jì)

第一反應(yīng)器出口至第二反應(yīng)器入口的管線。其設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

設(shè)計(jì)溫度：414℃

設(shè)計(jì)壓力：19.11MPa

管道材質(zhì)：ASTM A312 TP321

管道公稱直徑：DN400

管道壁厚：46.02mm

方案一，如圖1所示。可以看出，該方案布置簡單，彎頭較少，雖在經(jīng)濟(jì)上節(jié)省了投資，但經(jīng)應(yīng)力計(jì)算分析，入口法蘭處彎矩過大（71067N.m）。經(jīng)調(diào)整，方案二，如圖2所示，在進(jìn)入第二反應(yīng)器之前增加一個(gè)90度彎頭，在X方向上增加一段管道，相應(yīng)的低點(diǎn)處彈簧向X方向移動，法蘭處彎矩為（21125N.m），彎矩有了明顯改善。前者是后者的3倍多，顯然方案二更安全合理。

同樣的管道長度，僅增加了一個(gè)彎頭，就大大緩解了設(shè)備管嘴及法蘭的受力情況，管道也更加合理安全。可見，高溫厚壁管道的柔性設(shè)計(jì)，不僅僅要從增加管道長度的角度考慮，合理的布置方案更是應(yīng)該思考的方向。

圖1

圖2

3.2.2 消防蒸汽管道的設(shè)計(jì)

渣油屬低凝點(diǎn)重油，一旦泄露便會起火。為防止法蘭連接處泄漏起火，法蘭處均應(yīng)設(shè)置帶孔的消防環(huán)管，小孔朝向法蘭連接面。發(fā)生泄露時(shí)開啟蒸汽，使泄露的油氣由于缺氧而減小火勢，從而減少損失。消防蒸汽環(huán)管應(yīng)分別設(shè)置切斷閥，并集中布置，掛牌明確標(biāo)識，切斷閥組與消防環(huán)管至少應(yīng)有15m的安全距離。

消防蒸汽管道在不使用時(shí)為常溫，且其口徑較小，由于其末端的消防蒸汽環(huán)管固定在法蘭面處，在消防蒸汽環(huán)管附近的管道應(yīng)有足夠的柔性來吸收反應(yīng)器及主工藝管道的熱脹量，防止對消防管道造成破壞，影響正常使用。

4 反應(yīng)器構(gòu)架及平臺的設(shè)置

該裝置有4臺反應(yīng)器，其外徑均為￠6080mm，布置在構(gòu)架內(nèi)。反應(yīng)器操作溫度高，

在設(shè)置頂部構(gòu)架平臺和平臺與設(shè)備間隙的時(shí)候應(yīng)充分考慮到其熱膨脹。反應(yīng)器構(gòu)架從檢修和操作安全性考慮，宜設(shè)成雙跑斜梯。同時(shí)，在構(gòu)架中間檢修側(cè)設(shè)置直梯，以供緊急情況下逃生使用。

頂平臺的開洞大小根據(jù)反應(yīng)器頂部人孔的大小來確定。該反應(yīng)器人孔連接法蘭外緣直徑為￠1650mm，且此法蘭密封面壓力比較高，緊固件相當(dāng)大，螺栓的預(yù)緊安裝需采用液壓拉伸器，平臺高度應(yīng)滿足拉伸器的操作空間。同時(shí)應(yīng)計(jì)算反應(yīng)器受熱向上的膨脹量，確保膨脹后的球形封頭與頂平臺開洞的邊緣梁有一定的空隙。構(gòu)架頂平臺的設(shè)計(jì)需考慮承受催化劑和料斗的重量。同時(shí)還要設(shè)置反應(yīng)器頭蓋承重區(qū),并明顯標(biāo)示。

5 結(jié)語

本文對渣油加氫裝置反應(yīng)器平面布置、管嘴方位的確定、管道設(shè)計(jì)及構(gòu)架設(shè)置等分別進(jìn)行了分析論述。反應(yīng)器及其管道長期處于高溫、高壓、臨氫的環(huán)境中，故其配管設(shè)計(jì)的合理與否對其乃至整個(gè)裝置的操作，檢修，及安全生產(chǎn)運(yùn)行有著十分重要的意義。

[1]朱華興張立新煉油技術(shù)與工程，加氫專輯2006～2010，中國石化出版社，108～109.

[2]張德姜李慶漢王金富.石油化工裝置工藝裝置布置設(shè)計(jì)規(guī)范，2011，15～16.