裴 蕾

（上海國(guó)際化建工程咨詢有限公司，上海 200063）

在以煤為原料制合成氨、甲醇等的工藝過(guò)程中，需要脫除粗合成氣中的CO2、H2S等酸性氣。低溫甲醇洗就是現(xiàn)代煤化工裝置廣為采用的凈化工藝，其利用甲醇在低溫高壓下對(duì)酸性氣溶解度極大的特點(diǎn)脫除原料氣中的CO2、H2S等，具有氣體凈化度高、選擇性好、脫硫脫碳可在同一工序中分別進(jìn)行的特點(diǎn)。隨著煤化工項(xiàng)目的大型化，低溫甲醇洗裝置的規(guī)模也越來(lái)越大，設(shè)備布置的難度和要求也越來(lái)越高。以下結(jié)合多個(gè)工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)低溫甲醇洗裝置設(shè)備布置的設(shè)計(jì)思路、要點(diǎn)進(jìn)行探討與總結(jié)，一方面為今后類似裝置的設(shè)備布置設(shè)計(jì)工作積累經(jīng)驗(yàn)，另一方面藉此與同行進(jìn)行交流。

1 低溫甲醇洗工藝流程簡(jiǎn)介

低溫甲醇洗工藝為多塔流程，八塔流程包括吸收塔、中壓閃蒸塔、CO2產(chǎn)品塔、H2S濃縮塔、N2氣提塔、熱再生塔、甲醇水分離塔和尾氣洗滌塔。以合成氨裝置為例，來(lái)自上游的原料氣冷卻分離出水分后進(jìn)入吸收塔，脫除了H2S和CO2的凈化氣送液氮洗工段，富含H2S和CO2的甲醇溶液進(jìn)入中壓閃蒸塔，閃蒸出的閃蒸氣與來(lái)自液氮洗工段的循環(huán)H2一起經(jīng)循環(huán)氣壓縮機(jī)壓縮、冷卻后返回原料氣冷卻器回收。中壓閃蒸塔上段出來(lái)的富CO2甲醇溶液進(jìn)入CO2產(chǎn)品塔，下段（底部）的含硫甲醇一部分送至CO2產(chǎn)品塔，一部分送至H2S濃縮塔；CO2產(chǎn)品塔頂部產(chǎn)生不含硫CO2，作為CO2產(chǎn)品氣，CO2產(chǎn)品塔液相送H2S濃縮塔進(jìn)一步閃蒸。H2S濃縮塔頂部尾氣復(fù)熱后送尾氣洗滌塔，得到的液相送N2氣提塔進(jìn)行H2S提濃；富含H2S和CO2的甲醇溶液則經(jīng)熱再生塔閃蒸、氣提實(shí)現(xiàn)甲醇的再生，熱再生塔塔頂出來(lái)的甲醇蒸氣／酸性氣混合物經(jīng)冷卻、分離后，冷凝液回流，酸性氣則復(fù)熱后送出界區(qū)。出熱再生塔的甲醇水濃縮液升壓后送至甲醇水分離塔完成甲醇、水的分離，其頂部的甲醇蒸氣送熱再生塔作為氣提氣，底部出來(lái)的廢水送至尾氣洗滌塔用于洗滌尾氣。

2 設(shè)備布置的總體原則

低溫甲醇洗裝置的設(shè)備布置主要是按照工藝流程順序和同類設(shè)備適當(dāng)集中的原則進(jìn)行。裝置生產(chǎn)過(guò)程中的原料氣含CO、H2、H2S等，使用的液體物料主要含甲醇，具有易燃、易爆、有毒的特性，屬甲類裝置，因而布置時(shí)要注意本裝置定位與廠區(qū)其他不相關(guān)裝置／單元或設(shè)備之間的安全間距應(yīng)滿足《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50160—2008）的要求。

3 設(shè)備布置設(shè)計(jì)方案

低溫甲醇洗裝置的設(shè)備（除動(dòng)設(shè)備外）全部采用露天布置；為縮短管廊長(zhǎng)度和減少占地面積，采用中間管廊式布置，裝置中所有靜設(shè)備在內(nèi)管廊兩側(cè)布置。

整個(gè)低溫甲醇洗工藝分為吸收、解吸、熱再生、甲醇水分離4個(gè)部分，其中，前兩個(gè)部分為冷區(qū)，后兩個(gè)部分為熱區(qū)。冷區(qū)和熱區(qū)基本上均布在管廊的兩側(cè)，均為局部框架結(jié)構(gòu)和部分設(shè)備直接落地布置；同時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)本著節(jié)省工藝管線的原則，通過(guò)裝置管廊將冷、熱區(qū)各設(shè)備有機(jī)地聯(lián)系在一起，各局部框架與管廊平臺(tái)間用走道連通，便于操作維護(hù)和生產(chǎn)管理。

4 設(shè)備布置設(shè)計(jì)要點(diǎn)

整個(gè)低溫甲醇洗裝置中的大部分設(shè)備為塔、換熱器、泵，因此，做好這些設(shè)備的布置設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

4.1 塔的布置

低溫甲醇洗工藝（八塔流程）中包含有吸收塔、中壓閃蒸塔、CO2產(chǎn)品塔、H2S濃縮塔、N2氣提塔、熱再生塔、甲醇水分離塔和尾氣洗滌塔，塔的數(shù)量較多，在布置時(shí)需注意以下幾點(diǎn)：①各塔根據(jù)工藝流程順序布置在管廊兩側(cè)且盡量靠近框架；②塔和管廊之間布置管道，塔的另一側(cè)預(yù)留檢修場(chǎng)地，以滿足塔的吊裝、塔板裝卸，塔的人孔、手孔朝向檢修側(cè)；③塔和管廊立柱之間沒有布置泵時(shí)，塔外壁和管廊立柱之間距離一般為3～5m，一般在此區(qū)域內(nèi)設(shè)置調(diào)節(jié)閥組、排水管道和排水井等；④塔和管廊之間布置泵時(shí)，應(yīng)按泵的操作、檢修和配管要求確定有關(guān)距離，一般情況下，塔外壁和管廊立柱之間距離不宜小于2.5m；⑤塔底、塔側(cè)接入泵的，在塔的裙座高度設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮泵的汽蝕余量要求。

4.2 換熱設(shè)備的布置

低溫甲醇洗工藝中的換熱設(shè)備主要有立式繞管式換熱器、臥式換熱器和再沸器。

4.2.1 立式繞管式換熱器

繞管式換熱器一般為立式多股流體的換熱設(shè)備，其與臥式換熱器在布置上有一定的差異。其布置設(shè)計(jì)需注意的要點(diǎn)有：①繞管式換熱器的頂部和底部管口較多，布置時(shí)要確保其頂部和底部有足夠的空間，以滿足進(jìn)出口物料的配管需求；②甲醇富液的進(jìn)、出口管道通常有坡度要求，布置時(shí)必須計(jì)算出繞管式換熱器與其他各相連設(shè)備管口的相對(duì)標(biāo)高，確認(rèn)是否滿足配管的坡度要求，即進(jìn)料管口應(yīng)低于相連設(shè)備的出料管口，出料管口應(yīng)高于相連設(shè)備的進(jìn)料管口且留有足夠的配管空間；③在選擇框架支撐高度時(shí)，還需滿足工藝方面對(duì)換熱器的要求，如垂直布置時(shí)，工藝要求原料氣冷卻器的下切線高度要高于原料氣分離器的高液位，在滿足了上述各項(xiàng)要求后就可以初步定出設(shè)備的支撐點(diǎn)標(biāo)高；④由于繞管式換熱器支撐在框架內(nèi)，因而需要為設(shè)備的整體吊裝預(yù)留空間，且框架平臺(tái)不宜太小，以利于檢修和拆卸。

低溫甲醇洗裝置繞管式換熱器的立面布置如圖1。

圖1 低溫甲醇洗裝置繞管式換熱器的立面布置

4.2.2 臥式換熱器

臥式換熱器宜成組布置，且需注意以下幾點(diǎn)：①臥式換熱器布置在框架上時(shí)應(yīng)使其支座基礎(chǔ)一端中心線對(duì)齊，換熱器布置在地面上時(shí)可按支座基礎(chǔ)一端中心線對(duì)齊布置，或按管程進(jìn)口或出口中心線對(duì)齊布置；②為便于日后換熱器抽芯和管程污垢清理，臥式換熱器布置時(shí)應(yīng)盡量避免換熱器的中心線正對(duì)著管架或者框架柱子的中心線，同時(shí)還要考慮臥式換熱器的抽芯和檢修方式，預(yù)留檢修的空間、通道和場(chǎng)地；③布置時(shí)要考慮滿足工藝流程的要求，如工藝上要求管道自流、無(wú)袋形，布置時(shí)就要將此換熱器盡量布置在下游設(shè)備的上方，如塔與塔的段間冷卻器之間相連的管道要求阻力降不能過(guò)大，在考慮配管影響的同時(shí)還需注意換熱器布置高度不能過(guò)低；④為方便配管，與塔有關(guān)的各換熱器宜按工藝流程順序布置在塔的附近。

4.2.3 再沸器

在低溫甲醇洗工藝中，熱再生塔和甲醇水分離塔的塔底均設(shè)有再沸器來(lái)加熱物料，其布置時(shí)重點(diǎn)考慮的因素有以下幾點(diǎn)：①再沸器與塔有關(guān)，應(yīng)按照工藝流程順序靠近塔布置，使兩者間管道在滿足管道應(yīng)力要求的情況下盡可能短，以減小阻力降；②立式再沸器宜單獨(dú)設(shè)框架支撐，但并不用螺栓固定于框架上，這樣做的好處是冷態(tài)時(shí)框架可以支撐再沸器，熱態(tài)時(shí)再沸器可隨塔體一起膨脹運(yùn)動(dòng)，從而減小管口受力；③再沸器的安裝高度與塔的高度需滿足工藝要求，維持一定位差，其上、下方應(yīng)有檢修空間；④1座塔設(shè)有2臺(tái)再沸器時(shí)，應(yīng)對(duì)稱布置，盡量使其處于同一中心線，并留出切換操作余地。

4.3 泵的布置

低溫甲醇洗工藝中泵數(shù)量較多，宜將泵集中布置于管廊下，呈單排或雙排布置，布置時(shí)需考慮的要點(diǎn)有：①我國(guó)南方和北方地區(qū)的氣候差異較大，南方地區(qū)一般可露天或半露天布置，北方寒冷和風(fēng)沙大的地區(qū)宜在管廊下設(shè)立泵房，以利于防凍和清潔；②泵集中單排布置時(shí)，宜將泵端出口中心線對(duì)齊，距管廊中心線間距一般在0.6～1.2m之間，或?qū)⒈枚嘶A(chǔ)邊對(duì)齊，便于設(shè)置排污管或排污溝以及基礎(chǔ)施工；③泵集中雙排布置時(shí)，宜將兩排泵的動(dòng)力端相對(duì)，中間留出檢修通道；④管廊下的泵應(yīng)盡量靠近與之相關(guān)的塔或容器布置；⑤泵房空間要考慮泵的間距、檢修空間和配管空間等。

4.4 其他設(shè)備的布置

低溫甲醇洗工藝中，甲醇排污罐和循環(huán)氣壓縮機(jī)也是比較重要的設(shè)備，其合理、科學(xué)布置對(duì)整個(gè)裝置的安全、穩(wěn)定運(yùn)行起著關(guān)鍵性的作用。

由于低溫甲醇洗裝置的幾個(gè)低點(diǎn)排放口要排放殘留甲醇，故甲醇排污罐一般布置在裝置地下一角，且布置時(shí)需注意以下幾點(diǎn)：①地下排污罐的高度應(yīng)滿足排污甲醇管線至罐入口的坡度和配管要求；②地下排污罐附屬梯子的設(shè)置應(yīng)考慮易到達(dá)性；③為便于觀察排污罐上的液位計(jì)，有必要設(shè)置一定高度的平臺(tái)；④應(yīng)為排污罐設(shè)置遮雨棚。

循環(huán)氣壓縮機(jī)屬可燃?xì)怏w壓縮機(jī)，且驅(qū)動(dòng)功率大于150kW，故宜將循環(huán)氣壓縮機(jī)或壓縮機(jī)房單獨(dú)設(shè)置，并與其他設(shè)備、設(shè)施的間距須符合GB50160—2008中“設(shè)備、建筑物平面布置的防火間距表”中的有關(guān)規(guī)定。

5 低溫甲醇洗裝置設(shè)備布置的工程實(shí)例

圖2、圖3分別為2個(gè)項(xiàng)目低溫甲醇洗裝置的平面布置示意圖。2套低溫甲醇洗裝置均按照工藝流程順序?qū)⒗洹釁^(qū)分布在管廊兩側(cè)。

圖2的項(xiàng)目建設(shè)地在內(nèi)蒙古，整個(gè)裝置占地約120m×80m。該地區(qū)冬季寒冷、風(fēng)沙大，因而將動(dòng)設(shè)備集中布置在管廊下，并設(shè)泵房和壓縮機(jī)房，以利于防凍和清潔。整個(gè)裝置在熱區(qū)設(shè)置2個(gè)框架、冷區(qū)設(shè)置1個(gè)框架，各換熱器按照工藝流程順序布置在與之有關(guān)的塔附近的地面或框架上。

圖2 內(nèi)蒙古某低溫甲醇洗裝置平面布置簡(jiǎn)圖

圖3的項(xiàng)目建設(shè)地在山東，整個(gè)裝置占地約110m×60m。該地區(qū)冬季氣候條件相對(duì)來(lái)說(shuō)沒有那么苛刻，因而泵和壓縮機(jī)均露天布置，以利于動(dòng)設(shè)備的通風(fēng)散熱。整個(gè)裝置在熱區(qū)設(shè)置3個(gè)框架，冷區(qū)設(shè)置2個(gè)框架，換熱器的布置同樣也滿足上述設(shè)備布置的要點(diǎn)。

圖3 山東某低溫甲醇洗裝置平面布置簡(jiǎn)圖

6 結(jié)束語(yǔ)

低溫甲醇洗裝置內(nèi)的換熱系統(tǒng)復(fù)雜、設(shè)備較多，布置時(shí)需要考慮的因素有很多，設(shè)計(jì)過(guò)程中要根據(jù)裝置的實(shí)際占地情況及業(yè)主要求，并兼顧滿足有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范以及工藝流程的要求進(jìn)行綜合考量，設(shè)備布置設(shè)計(jì)時(shí)注意把控上述要點(diǎn)，同時(shí)設(shè)備布置要做到經(jīng)濟(jì)合理、實(shí)用安全、整齊美觀，這就要求設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中不斷鉆研，努力提高自身業(yè)務(wù)水平，對(duì)參與的項(xiàng)目設(shè)計(jì)及時(shí)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，并收集、整理相關(guān)資料，只有這樣，才能使所設(shè)計(jì)的設(shè)備布置方案更加合理，才能適應(yīng)煤化工裝置大型化的需要。