＊強(qiáng)文靜

（中國(guó)石化工程建設(shè)有限公司 北京 100101）

淺談某千萬(wàn)噸/年常減壓蒸餾裝置中減壓轉(zhuǎn)油線的設(shè)計(jì)

＊強(qiáng)文靜

（中國(guó)石化工程建設(shè)有限公司 北京 100101）

減壓轉(zhuǎn)油線作為常減壓蒸餾裝置的重要管道，其設(shè)計(jì)的好壞對(duì)減壓塔的產(chǎn)品質(zhì)量和減壓塔的拔出率有直接的影響。本文通過(guò)對(duì)某千萬(wàn)噸/年常減壓蒸餾裝置中的減壓轉(zhuǎn)油線的管道選材、管道布置，管道支架等幾方面，總結(jié)了減壓轉(zhuǎn)油線的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

減壓轉(zhuǎn)油線；轉(zhuǎn)油線設(shè)計(jì)方案的比較；管道支架

1.概述

常減壓蒸餾裝置是原油加工的第一道工序，作為煉油加工中的龍頭裝置，其技術(shù)水平的高低對(duì)原油的有效利用及全廠的產(chǎn)品質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)效益有著極為重要的影響。

減壓轉(zhuǎn)油線作為常減壓蒸餾裝置中極為重要的管道，其設(shè)計(jì)的好壞對(duì)減壓塔的產(chǎn)品質(zhì)量和減壓塔的拔出率有直接的影響。減壓轉(zhuǎn)油線的設(shè)計(jì)難點(diǎn)主要在于既要滿足管道應(yīng)力的需要，保證管道有足夠的柔性，又要盡可能的降低管道的壓力降，從而提高減壓拔出率，改善油品質(zhì)量，降低能耗。

2.減壓轉(zhuǎn)油線的組成

減壓轉(zhuǎn)油線是指自減壓爐至減壓塔之間的工藝物料管系，減壓轉(zhuǎn)油線是由高速段管道和低速段管道來(lái)組成的。高速段是指從減壓爐管出口與低速段之間的管道，其特點(diǎn)是管徑小、管內(nèi)介質(zhì)流速高、容易引起管道振動(dòng)。低速段是指與減壓塔進(jìn)口相連的一段大直徑水平管道，其特點(diǎn)是管徑大、管內(nèi)介質(zhì)流速低，管道有最小長(zhǎng)度要求。

減壓轉(zhuǎn)油線的溫降及壓降主要集中在高速段管道，然而低速段管道的熱膨脹主要是由高速段管道來(lái)吸收，所以高速段管道要在保證管道有一定的柔性的同時(shí)，盡可能減少管道彎頭的數(shù)量，縮短管道長(zhǎng)度。

3.相關(guān)設(shè)備平面布置

圖1 減壓塔C-400與減壓爐F-401的設(shè)備平面布置圖

減壓爐與減壓塔一般采用同軸線布置，目的也是為了減壓轉(zhuǎn)油線能夠中心對(duì)稱性布置，如圖1。在本裝置中減壓爐與減壓塔中心距為45.2米。為了保證物料的氣化率，減少管道的壓降，降低管道的溫降，從加熱爐出口至減壓塔入口的管道要求盡量短，但為了使管道在入塔之前的直管段長(zhǎng)度能夠滿足氣液混相進(jìn)料更為平穩(wěn)，工藝對(duì)低速段管道有最小要求，一般不小于15米。

4.管道設(shè)計(jì)

(1)管道選材

減壓轉(zhuǎn)油線的腐蝕主要來(lái)自于硫腐蝕和高溫環(huán)烷酸腐蝕。原油中的硫主要存在的形態(tài)有：?jiǎn)钨|(zhì)硫，硫化氫，硫醇，硫醚，二硫化物等類型的有機(jī)含硫化物，原油中的活性硫，如單質(zhì)硫，硫化物和低分子硫醇等可以直接和金屬發(fā)生反應(yīng)引起管道的腐蝕，原油中的非活性硫，如硫醚等在高溫條件下釋放活性硫也會(huì)對(duì)管道造成嚴(yán)重的腐蝕作用。原油中的環(huán)烷酸可與鐵反應(yīng)生成環(huán)烷酸鐵，尤其在高溫及高流速的管道里，環(huán)烷酸的腐蝕更為嚴(yán)重。本裝置中減壓轉(zhuǎn)油線以DN600為界，小于DN＜600的管道選用0Cr18Ni10Ti的不銹鋼管道。DN600以上的管道采用Q345R+00Cr17NL14Mo2的復(fù)合管材，復(fù)合板的采用，一方面不銹鋼的內(nèi)襯有效的起到了很好的耐腐蝕作用，另一方面大幅節(jié)約了管材成本，而且從應(yīng)力角度上來(lái)說(shuō)，碳鋼的管材基體受熱形變量要小于不銹鋼管道，合適的選用可以適當(dāng)減小管道的熱膨脹。因此轉(zhuǎn)油線的選材也應(yīng)根據(jù)原油的屬性不同進(jìn)行合理選材，在保證安全生產(chǎn)的前提條件下，盡可能的節(jié)約施工成本。

(2)減壓轉(zhuǎn)油線的兩個(gè)設(shè)計(jì)方案的比較

管道設(shè)計(jì)參數(shù)：操作溫度：390℃

設(shè)計(jì)溫度：420℃

操作壓力：-0.064（MPaG）

設(shè)計(jì)壓力：-0.35/-0.1（MPaG）

本裝置中爐子出口中心標(biāo)高分別為EL3800/EL4308，減壓塔進(jìn)料口的中心標(biāo)高為EL27100，高度差近二十多米。

方案一：采用了在高速段管道上立管冷緊的方式來(lái)消除管道熱脹的影響，如圖二。

采用立管冷緊的方案優(yōu)點(diǎn)在于管道布置方式簡(jiǎn)單，管道支架設(shè)置簡(jiǎn)單，減少了管道彎頭數(shù)量，有效地降低了管道的溫降，減少了管道的壓降。而立管冷緊的缺點(diǎn)在于立管冷緊施工難度相對(duì)大，四路分支管分別冷緊，容易造成冷緊施工不一致，從而出現(xiàn)管道受力不均，而且從后期施工檢查來(lái)說(shuō)，也不方便檢查是否嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖進(jìn)行冷緊，就曾有裝置因施工原因未按設(shè)計(jì)要求的冷緊量進(jìn)行冷緊而造成減壓爐爐管的變形。

圖2 減壓轉(zhuǎn)油線的設(shè)計(jì)方案一

方案二：采用了在高速段立管上增加π彎來(lái)吸收管道的熱位移，增加管道的柔性，如圖三。此方案的優(yōu)點(diǎn)較立管冷緊來(lái)說(shuō)大大降低了施工難度和安全風(fēng)險(xiǎn)，其缺點(diǎn)在于增加了管道的彎頭和管道數(shù)量從而增加了管道的壓降及溫降而且支架設(shè)置較為復(fù)雜，但經(jīng)工藝專業(yè)進(jìn)行核算后壓降及溫降均在可承受范圍內(nèi)，經(jīng)比較后本裝置最終采用了方案二的設(shè)計(jì)。

圖3 減壓轉(zhuǎn)油線的設(shè)計(jì)方案二

方案二設(shè)計(jì)的具體走向?yàn)椋簻p壓爐共8路出口，采用對(duì)稱性布置，從爐底水平抽出，爐出口管徑為DN250，從爐子介質(zhì)出口出來(lái)即接DN250*350的大小頭，經(jīng)一段水平直管段再次擴(kuò)徑至DN400后加彎頭垂直向上，在立管加一π型彎來(lái)滿足管道柔性，吸收管道熱位移，π彎立管高度約6米，同側(cè)爐出口的一路管道45°斜接至另一管道上，且再次擴(kuò)徑至DN800，此時(shí)八路變四路，然后兩兩DN800的管道再由褲狀三通的形成連接成一條管道，四路變兩路，管徑為DN1400，兩路DN1400的管道再次由通過(guò)褲狀三通合并，DN1400擴(kuò)徑至DN2300經(jīng)一段水平直管再擴(kuò)徑至DN2800后，水平徑向與減壓塔相連。

本次設(shè)計(jì)中為了減小管系的溫降及壓降，主要采用了如下幾個(gè)方面：

①轉(zhuǎn)油線從爐子出口出來(lái)至低速段管道經(jīng)過(guò)了多次管道的逐級(jí)變徑，減少了管線突然擴(kuò)徑引起的溫度和壓力的劇烈變化，增加管線的穩(wěn)定性；

②采用褲型三通，使得合流處的壓力變化更加緩慢，減少了介質(zhì)的流動(dòng)阻力，更好的處理了管道間的銜接；

③高速段管道上的90°彎頭均采用3倍DN的大半徑彎頭，降低了彎頭處的應(yīng)力減少了管道壓力降；

⑶管道支架

由于減壓轉(zhuǎn)油線為汽液兩相流管道，高速段管道長(zhǎng)，彎頭多，低速段管道管徑大，容易引起管道振動(dòng)，所以合理的支架設(shè)置尤為重要。本裝置中的減壓轉(zhuǎn)油線的支撐主要利用爐前管架，見(jiàn)圖4。

圖4 減壓爐爐前管架

經(jīng)過(guò)應(yīng)力分析計(jì)算，減壓轉(zhuǎn)油線的支架設(shè)置詳見(jiàn)圖5。在正常操作工況下主要支架的節(jié)點(diǎn)受力見(jiàn)表1。

圖5 減壓轉(zhuǎn)油線支架設(shè)置圖

表1 減壓轉(zhuǎn)油線操作工況下主要節(jié)點(diǎn)受力

下面本文將對(duì)減壓轉(zhuǎn)油線的幾個(gè)重要支架做一說(shuō)明：

①由于減壓轉(zhuǎn)油線低速段管線長(zhǎng)且管徑大，所以需要在減壓塔進(jìn)料口處，節(jié)點(diǎn)號(hào)1890，對(duì)管道進(jìn)行冷緊來(lái)減小管道變形，冷緊量取90mm。

②在低速段DN2300X1400的褲型三通的下游1000mm處，節(jié)點(diǎn)號(hào)1830，設(shè)置彈簧支架，采用4個(gè)彈簧并聯(lián)安裝，使減壓塔進(jìn)料口的受力保持在允許范圍內(nèi)，同時(shí)在此位置設(shè)置剛性支架，節(jié)點(diǎn)號(hào)1820，此支架的設(shè)置主要是考慮到減壓轉(zhuǎn)油線在充水工況下的集中荷載將近70多噸，為了防止彈簧受壓造成破壞而設(shè)置的剛性保護(hù)支架。值得注意的是，此處由于荷載過(guò)大，需要通過(guò)調(diào)整爐前管廊的柱間距，利用爐前管廊的鋼柱來(lái)支撐此段管道，根據(jù)選用彈簧的高度，將柱頂升至合適標(biāo)高并將荷載提交土建專業(yè)進(jìn)行核算。

③在DN1400X800的褲型三通處，即節(jié)點(diǎn)號(hào)1380和2181處分別設(shè)置彈簧支架，同樣也是采用4個(gè)彈簧并聯(lián)安裝，因?yàn)榇颂幯澬腿ㄏ虏灰嗽O(shè)置支撐，所以選擇在褲型三通封頭的末端焊接DN900的假管，在假管處進(jìn)行支撐。由于轉(zhuǎn)油線的設(shè)計(jì)溫度為420°，而碳鋼的使用溫度不能超過(guò)425°，為了保險(xiǎn)起見(jiàn)，此處假管的材質(zhì)選用合金鋼管道。

④在節(jié)點(diǎn)號(hào)140,540,940,1340處，標(biāo)高EL23000,設(shè)置立管承重支架，由于減壓塔是從基礎(chǔ)位置向上膨脹，所以將減壓轉(zhuǎn)油線的立管剛性支撐位置設(shè)置的盡量與減壓塔基礎(chǔ)標(biāo)高保持一致，使減壓塔嘴子升高高度與承重支架往上部分膨脹趨于一致。

⑤為了防止減壓轉(zhuǎn)油線的管道振動(dòng)，分別在八路分支管的立管處，標(biāo)高為EL6200，節(jié)點(diǎn)號(hào)為40，240，440，640等處及π彎的最后一個(gè)彎頭處，標(biāo)高EL11353，節(jié)點(diǎn)號(hào)為70，270,470,670等處設(shè)置導(dǎo)向支架，導(dǎo)向支架的設(shè)置既滿足了管道熱膨脹所需要的位移空間，又能約束管道防止管道發(fā)生振動(dòng)。

⑥為了減少減壓爐嘴子的受力，在8路介質(zhì)出減壓爐出口處均設(shè)置了彈簧支架，節(jié)點(diǎn)號(hào)15，415,815,1215等處。

5.結(jié)論

通過(guò)對(duì)比兩種減壓轉(zhuǎn)油線的設(shè)計(jì)方案，分析了每個(gè)方案的優(yōu)劣勢(shì)，總結(jié)了減小管道壓降及溫降的幾個(gè)方面，優(yōu)化了減壓轉(zhuǎn)油線的設(shè)計(jì)，并通過(guò)合理設(shè)置管道支架，保證了管道平穩(wěn)運(yùn)行，并提高了整個(gè)裝置的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]顧比倫．氣液兩相流管道防振的方法與措施[J]．石油化工設(shè)備技術(shù) ,2011 ,32(2):25–28．

[2]張德姜 ,等．石油化工裝置工藝管道安裝設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]．北京：中國(guó)石化出版社 ,2009．

[3]王桂華．大型常減壓蒸餾裝置的減油線設(shè)計(jì)[J]．煉油技術(shù)與工程 ,2009 ,35(5)．

(責(zé)任編輯 王恒)

Design of Vacuum Transfer Line for One Atmospheric-vacuum Distillation Unit with Output Capacity of Ten Million Tons/Year

Qiang Wenjing
(Sinopec engineering Incorporation, Beijing, 100101)

Vacuum transfer line, as the important pipeline for atmospheric-vacuum distillation unit, has direct in fl uence on the product quality and extraction ratio of vacuum tower on whether it has good or bad design effect. In this paper, through introducing the pipeline material selection, pipeline arrangement and pipeline support etc. aspects of the vacuum transfer line for one atmospheric-vacuum distilation unit with output capacity of ten million tons per year, it has concluded the key points of vacuum transfer line design.

vacuum transfer line；comparison of vacuum transfer line design scheme；pipeline support

T

A

強(qiáng)文靜（1984～），女，中國(guó)石化工程建設(shè)有限公司；研究方向：管道設(shè)計(jì)。