劉 蓉

(洛陽石化工程設(shè)計有限公司，河南 洛陽 471000)

化工設(shè)計

低壓連續(xù)重整裝置反應(yīng)再生區(qū)工藝管道設(shè)計初探

劉 蓉

(洛陽石化工程設(shè)計有限公司，河南 洛陽 471000)

現(xiàn)代石油化工中，低壓連續(xù)重整(CCR)占主流地位，反應(yīng)再生部分是整個低壓連續(xù)重整裝置的核心部分。本文重點介紹了反應(yīng)再生部分關(guān)鍵工藝管線的設(shè)計和平面布置問題。這些關(guān)鍵工藝管線主要包括反應(yīng)區(qū)的反應(yīng)油氣管線、催化劑輸送管線和再生區(qū)電加熱器等主要管線。本文借助國內(nèi)采用UOP工藝包的某大型低壓連續(xù)重整裝置的設(shè)計，對反應(yīng)再生區(qū)的設(shè)備平面布置，構(gòu)架平面和豎面布置以及這些關(guān)鍵管線的工藝設(shè)計、管道走向、支架設(shè)置以及需要注意的相關(guān)事項進行了論述。

反應(yīng)油氣管線；反應(yīng)再生構(gòu)架；連續(xù)重整；工藝管道設(shè)計

現(xiàn)代石油化工中，低壓連續(xù)重整(CCR)占主流地位，目前國內(nèi)應(yīng)用的連續(xù)重整工藝主要有法國石油研究院(IFP)、環(huán)球油品公司(UOP)和國內(nèi)的洛陽石化工程公司(LPEC)三家，其中IFP和UOP自從第一代連續(xù)重整工藝工業(yè)化以來，都在不斷進行各自的新催化劑和新工藝的研制開發(fā)，目前均發(fā)展到了第四代催化劑再生工藝，它們各自比其前一代再生工藝更加先進、可靠，均為目前世界上具有先進水平的連續(xù)重整工藝[1]。

無論采用哪個工藝流程，反應(yīng)再生都是這套技術(shù)的核心，反應(yīng)再生部分的工藝管道設(shè)計是重整裝置中管道設(shè)計部分的重點與難點，設(shè)計的好壞直接影響到重整裝置能否順利開工，因此，反應(yīng)再生區(qū)的管道工藝管道設(shè)計尤其重要。

1 反應(yīng)再生區(qū)工藝概述

重整反應(yīng)部分的目的是通過催化劑把精制石腦油中辛烷值較低的環(huán)烷烴和烷烴轉(zhuǎn)化為富含芳烴的重整油組分，并同時副產(chǎn)氫氣。國內(nèi)某大型低壓連續(xù)重整裝置中來自預(yù)處理部分汽提塔底的精制石腦油經(jīng)過濾后進入焊接板式重整進料換熱器(E-201)與氫氣混合并與反應(yīng)產(chǎn)物換熱后，進入重整進料加熱爐(F-201)繼續(xù)加熱至重整反應(yīng)所需溫度后進入重整一反(R-201)，物流經(jīng)反應(yīng)器內(nèi)的扇形筒徑流向連續(xù)向下移動的重整催化劑床層，在臨氫條件下進行重整反應(yīng)。經(jīng)反應(yīng)器中心管流出進入第一中間加熱爐(F-202)升溫至反應(yīng)溫度后，繼續(xù)進入重整二反(R-202)、第二中間加熱爐(F-203)、重整三反(R-203)和第三中間加熱爐(F-204)、重整四反(R-204)進行加熱和反應(yīng)。最終反應(yīng)產(chǎn)物從重整四反(R-204)流出后大部分進入重整進料換熱器(E-201)與進料換熱。經(jīng)換熱后的反應(yīng)產(chǎn)物，進入反應(yīng)產(chǎn)物進入空冷器(A-201A～L)冷凝冷卻。

催化劑再生部分的目的是將積炭的待生催化劑進行再生，恢復(fù)其活性，然后再送回反應(yīng)部分。催化劑依靠重力作用依次從重整一反(R-201)、重整二反(R-202)、重整三反(R-203)和重整四反(R-204)四個反應(yīng)器流至反應(yīng)器底部的催化劑收集器，然后催化劑向下流至“L”閥組。并靠氮氣提升至再生段。此催化劑儲存在上部聚集器中，當(dāng)射線料位儀檢測達(dá)高料位時，催化劑靠重力輸送至閉鎖料斗(D-303)。閉鎖料斗增壓至再生器(R-301)的操作壓力，并整批輸送入再生器的上部的緩沖區(qū)。催化劑在再生器中連續(xù)進行燒焦。在再生器中，催化劑依次經(jīng)過燒焦區(qū)、氧氯化區(qū)以及焙燒區(qū)。完成再生反應(yīng)后，經(jīng)過氮封罐(D-305)使催化劑由氧環(huán)境切換為氫氣環(huán)境后進入閉鎖料斗(D-308)升壓后并靠氫氣提升至反應(yīng)器還原段，還原過的催化劑保持了和原來幾乎一樣的性質(zhì)進入一反，從而完成催化劑的再生過程。

2 反應(yīng)再生區(qū)主要設(shè)備平面布置及構(gòu)架設(shè)計

圖1 立面圖Fig.1 Elevation

反再部分由重整混合進料換熱器系統(tǒng)、重整反應(yīng)系統(tǒng)、再生系統(tǒng)、四合一爐系統(tǒng)和余熱回收系統(tǒng)組成[2]。反應(yīng)再生區(qū)是把反應(yīng)器、再生器、立式換熱器等大型的立式設(shè)備與分離料斗、氮封罐、閉鎖料斗、粉塵收集器、及換熱器、電加熱器、風(fēng)機、泵、罐等小型設(shè)備共同放置在同一個多層構(gòu)架中，按流程布置在一個整體區(qū)域內(nèi)。為了方便設(shè)備安裝與檢修反應(yīng)器，再生器以及板式換熱器均靠檢修道路一側(cè)布置，既有利于設(shè)備的現(xiàn)場組對，也方便吊裝。

反應(yīng)再生構(gòu)架有近90 m高，共4跨，約30 m寬。4臺反應(yīng)器重疊布置在右邊的第二跨內(nèi)，反應(yīng)器的頂部為還原段，以大法蘭與一反栓接，下面依次是第二、三、四反應(yīng)器，立式換熱器放置在反應(yīng)器右邊的第一跨內(nèi)，反應(yīng)器左邊是再生器。再生器所在的框架中，按催化劑再生的流向，自上而下依次為：分離料斗、再生器、氮封罐、閉鎖料斗。反應(yīng)器與再生器之間是構(gòu)架的樓梯間。圖1是連續(xù)重整裝置反應(yīng)再生區(qū)設(shè)備的典型立面圖。

UOP反應(yīng)器采用重疊式布置，物流為上進上出(中心管上流式)。占地比較小，反應(yīng)器間催化劑靠重力流動，不用氣體提升，但設(shè)備和構(gòu)架比較高，反應(yīng)器裙座高度應(yīng)按照UOP催化劑管線工藝要求來確定。管道設(shè)計中需要考慮反應(yīng)器的人孔開口方位朝向構(gòu)架的檢修側(cè)，平臺高度便于工人的操作。由于反應(yīng)溫度高，底部還原段有400多毫米的位移，應(yīng)避免頂部平臺梁與還原段人孔相碰。在檢修反應(yīng)器還原段時，須將還原段從大法蘭處與反應(yīng)器分離，在EL+72200層應(yīng)設(shè)置兩個吊梁方便吊裝，并且EL+70500層平臺應(yīng)考慮檢修時放置反應(yīng)器還原段的區(qū)域， EL+70500層以上平臺應(yīng)設(shè)置活動平臺，檢修時能夠移開，平臺應(yīng)根據(jù)還原段的高度及外徑來確定。最上層EL+91000平臺應(yīng)設(shè)置電動葫蘆，用以吊裝反應(yīng)器各部件。為了方便吊裝，EL+72200以上平臺靠檢修側(cè)應(yīng)設(shè)為可拆卸梁。

再生構(gòu)架上設(shè)備較多，且很多設(shè)備都穿平臺。為了方便設(shè)備的吊裝及檢修，因根據(jù)設(shè)備所在的高度及內(nèi)部件的長度在適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置吊點及活動平臺。

3 反應(yīng)油氣線的工藝管道設(shè)計

圖2 管線布置圖Fig.2 Layout of pipe

任何裝置的反應(yīng)油氣線都是管道設(shè)計的重點與難點，本套連續(xù)重整裝置也不例外。隨著裝置大型化，管道直徑越來越大，熱脹所產(chǎn)生的力和力矩成倍增長。因此必須采用合理的管道布置，提高管道柔性。重整反應(yīng)油氣線是從四合一反應(yīng)爐(在反應(yīng)再生構(gòu)架之前，緊鄰構(gòu)架)至反應(yīng)器之間的8根大的反應(yīng)油氣管線，由于管道溫度高，且為臨氫介質(zhì)管道。應(yīng)按照納爾遜曲線的要求進行取材。因此，選用耐高溫的國外進口的ASME B16.47[3]-P11鋼材，通過核算，管線壁厚定為14.27 mm。由于管道溫度高，熱位移也大，對管道的應(yīng)力影響也很大，而工藝要求壓降最小，這就要求管道少拐彎，所以，不宜用管道的自身熱膨脹來吸收管道變形。通過對反應(yīng)再生反應(yīng)油氣線的應(yīng)力計算以及以往重整裝置開工情況的反饋，管道從爐子出來，為減少壓降，水平以小于90°的角度拐向反應(yīng)器，然后垂直向上并拐進反應(yīng)器嘴子。整個管系僅有3個彎頭，這就最大限度的減少了管道的壓降，同時還節(jié)省了管道的用料，節(jié)省了投資。如圖2所示。人孔的高度取1000 mm為宜，人孔開口方向應(yīng)朝向右方。

4 電加熱器的工藝管道設(shè)計

電加熱器按流程應(yīng)布置在反應(yīng)器頂部的還原段旁邊，由于反應(yīng)器的支座在下面，因此還原段向上的熱膨脹量很大，而電加熱器放在了框架平臺上。從電加熱器至還原段由于按照UOP工藝要求不能太長，管線不能依靠自生的熱脹來吸收位移。所以在電加熱器支座處分別設(shè)置了恒力彈簧支架。

5 催化劑管線的工藝管道設(shè)計

連續(xù)重整裝置的催化劑再生流程是這樣的：先從四反的底部向下進入布置在地面的再生V型閥組，后垂直向上提升，以25°的傾角向下進入分離料斗，再由分離料斗，再由分離料斗向下進入再生器，后右下進入氮封罐，閉鎖料斗至地面的再生V型閥組后垂直向上提升，并以25°的傾角向下進入反應(yīng)器的還原段，后經(jīng)第一，二，三反應(yīng)器，回到四反，完成一個催化劑的循環(huán)。催化劑輸送管道內(nèi)為氣、固兩相流動狀態(tài)，有很大的磨損性，并產(chǎn)生一定量的催化劑粉塵和碎片[4]。這些催化劑粉塵和碎片直接影響催化劑的效率和再生，同時也加大了粉塵收集系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。為了控制催化劑的磨損率，這就要求催化劑管線少拐彎，若不得不改變方向，也要用大煨彎，以改善催化劑在彎頭出的流動狀態(tài)。

在不同的階段，由于溫度和管線里介質(zhì)含量的不同，選用不同的管道材質(zhì)。再生階段的的溫度較高，管道選用TP316。氯化階段由于存在氯離子腐蝕，管道選用0Cr17Ni12Mo2。還原階段溫度較高且臨氫，這部分管道選用TP304H。而輸送催化劑的管線由于溫度較低，選用碳鋼即可滿足要求。

6 結(jié)束語

反應(yīng)再生區(qū)為整個裝置的核心區(qū)，需要管道設(shè)計人對裝置的工藝流程，裝置的運行，現(xiàn)場的施工安裝過程以及裝置運行的操作和維修等要有了解。在設(shè)計中要充分考慮不同操作工況對管道的選材和布置的影響，從根本上保證裝置的運行平穩(wěn)。

[1] 侯韶劍.大型連續(xù)重整裝置反應(yīng)油氣管線管道布置初探[J].煉油技術(shù)與工程,2012,42(8):38.

[2] 陳 杰.連續(xù)重整裝置平面布置及管道設(shè)計[J]. 煉油技術(shù)與工程,2012,22(4):17-19.

[3] The association for the study of medical education.ASME B16.47-2006 Large Diameter steel Flanges[S]. ASME,2006.

[4] 張晉峰.催化裂化裝置催化劑輸送管道設(shè)計[J].河南石油,2006,20(1):89-91.

(本文文獻(xiàn)格式：劉 蓉.低壓連續(xù)重整裝置反應(yīng)再生區(qū)工藝管道設(shè)計初探[J].山東化工,2017,46(5):120-121,124.)

Study on the Design of the Process Piping in the Reaction Regeneration Zone of Low Pressure CCR Unit

LiuRong

(Luoyang Petrochemical Engineering Design Co.,Ltd.,Luoyang 471000,China)

Low-pressure continuous catalytic reforming (CCR) is a main technology in the modern petrochemical industry, while the reaction-regeneration zone is the core part of the low pressure CCR unit. This paper focuses on the design and layout of the key process pipelines in the reaction-regeneration zone. The key process piping mainly includes the reactor oil vapor line, catalysts pipelines and electric heater of regeneration zone and other major pipelines. By the design of a large-scale low-pressure CCR unit with UOP technology package in China，this paper discussed the device layout，the plane and vertical layout of frame, the piping design, the piping direction and the piping bracket settings of reaction-regeneration devices. While some related issues were also discussed.

reactor oil vapor line;reaction-regeneration section;CCR;piping design

2017-02-06

劉 蓉(1985—)，女，河南南陽人，2012年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(華東),現(xiàn)從事管道設(shè)計工作。

TE973.1

A

1008-021X(2017)05-0120-02