關(guān)麗麗
(中石化廣州工程有限公司配管工程室,廣東 廣州 510000)
催化加氫作為作為石油加工的一個重要過程,對于提高原油加工深度,合理利用石油資源,改善產(chǎn)品質(zhì)量,提供輕質(zhì)油收率以及減少大氣污染都具有重要意義。催化加氫主要分為兩大類:加氫精制及加氫裂化。加氫精制主要用于油品精制,其目的是除掉油品中的硫、氮、氧雜原子及金屬雜質(zhì),使烯烴飽和,有時還對部分芳烴進行加氫,改善油品的使用性能。加氫進料泵用于將原料油升壓后送至加熱爐,在加氫精制裝置起到了關(guān)鍵性作用。合理的出入口管道設(shè)計,才能滿足加氫進料泵管嘴受力及力矩小于泵所能承受的力和力矩,是加氫進料泵以及整個裝置運行平穩(wěn)、安全的必要條件。下面以某項目130萬噸/年煤油加氫精制裝置為例,詳細介紹加氫進料泵的出入口管道設(shè)計。
加氫進料泵一般采用露天布置,與原料油緩沖罐就近布置,以減小泵入口管道壓降。加氫進料泵及原料油緩沖罐均布置在管橋的同一側(cè),統(tǒng)一美觀、便于檢修,并留有設(shè)備檢修及閥門操作空間。加氫進料泵與管橋之間留有一定的空間,滿足泵出入口管道的柔性布置及閥門的布置,設(shè)置泵入口管道上切斷閥的操作平臺,加氫進料泵平面布置圖見圖1。
圖1 加氫進料泵平面布置圖
(1)管道布置設(shè)計必須符合工藝管道及儀表流程圖(PID)的設(shè)計要求,并應(yīng)做到安全可靠、經(jīng)濟合理,滿足施工,操作維修等方面的要求。
(2)盡量減少泵入口管道壓降,避免泵發(fā)生汽蝕。
(3)管道的柔性分析應(yīng)滿足泵制造廠關(guān)于管嘴受力的要求。
(4)管道布置在泵的上方時,應(yīng)有一定的高度,不能影響電機或泵體的吊裝。
入口管道采用步步低的設(shè)計原則,通過自然補償?shù)姆绞皆黾尤嵝?,盡量減少管道長度及彎頭數(shù)量。泵入口采用頂進方式,入口切斷閥布置在高處,應(yīng)考慮設(shè)置操作平臺。支吊架以滑動管托為主,跨距小于管道的允許跨距。入口管道的過濾器采用T型過濾器,必須安裝在90°拐彎處,并預(yù)留抽出金屬濾網(wǎng)空間。入口管道最后一個彎頭后有一段豎直段,此處支撐采用彈簧支吊架,避免因管道有豎直位移時導致管道脫空或頂死,從而造成相鄰支吊架或設(shè)備管口的受力增加。泵入口管道布置圖見圖2。
圖2 泵入口管道布置圖
泵出口管道分為兩路,一路將原料油升壓后送至加熱爐,另一路通過最小流量線返回至原料油緩沖罐。泵出口采用頂出方式,出口管道從泵嘴引至操作平臺設(shè)π型自然補償,并設(shè)置彈簧支吊架,從而可以吸收泵嘴初始熱位移和管線在垂直方向的熱位移,之后出口管道引至地面布置出口止回閥、切斷閥及最小流量線上相關(guān)閥門。出口管道壓力屬于設(shè)計壓力6MPa(g)的GC1管道,出口止回閥、切斷閥以及排空、放空閥均采用雙閥。最小流量線上調(diào)節(jié)閥前后壓差過大,流體流動的波動性較大,容易造成管道震動,因此要求調(diào)節(jié)閥后直管段長度不小于5倍管徑,同時閥后第一個支架為防振管卡。出口管道上支吊架除以上特殊使用的支架外,在管橋上主要采用滑動、導向、止推管托,在地面上采用彎管及水平管道用支架。泵出口管道布置圖見圖3。
圖3 泵出口管道布置圖
加氫進料泵作為加氫精制裝置的敏感設(shè)備,應(yīng)對其出入口管道進行詳細的應(yīng)力分析。本次分析借助應(yīng)力分析專業(yè)軟件——CAESAR II,通過持續(xù)荷載工況、純熱態(tài)荷載工況及操作狀態(tài)荷載工況下的應(yīng)力分析,完成對管道一次應(yīng)力、二次應(yīng)力和管嘴受力校核。
(1)管道上各點的二次應(yīng)力值應(yīng)小于許用應(yīng)力范圍。
(2)管道對泵嘴的推力及力矩應(yīng)在允許的范圍內(nèi)。
(3)管道的最大位移量應(yīng)能滿足不使管道支吊架從支撐梁上滑落。
輸入的主要參數(shù)如下:泵入口管道設(shè)計溫度150℃,設(shè)計壓力0.8MPa(g),材質(zhì)為20#-GB9948,外徑273mm,壁厚7.8mm;泵出口管道設(shè)計溫度150℃,設(shè)計壓力7.1MPa(g), 材質(zhì)為20#-GB9948,去加熱爐管道外徑219.1mm、壁厚18.26mm,最小流量線管道外徑168.3mm、壁厚14.27mm。應(yīng)力計算模型見圖4和圖5。應(yīng)力結(jié)果見表1和表2。
圖4 泵入口管道應(yīng)力模型
圖5 泵出口管道應(yīng)力模型
各節(jié)點中出現(xiàn)的最大一次應(yīng)力值/kPa許用應(yīng)力/kPa比值/%泵入口管道36713.112580029.2泵出口管道33690.312300027.4
表2 二次應(yīng)力分析結(jié)果
根據(jù)API-610標準要求,應(yīng)對離心泵管嘴進行受力分析,受力不應(yīng)超過制造廠提供的允許值,具體數(shù)值按API-610中規(guī)定值的2倍進行校核。加氫進料泵管嘴受力見表3,從表中可以看出,泵所受的力和力矩小于允許值,受力合格。
表3 加氫進料泵管嘴受力
加氫進料泵出口管道屬于GC1管道,應(yīng)該進行法蘭泄露校核。校核采用當量壓力法,在這種方法中,法蘭上的軸向力(F)和彎矩(G)用以下公式轉(zhuǎn)換為當量壓力(Pe)。
Pe=4F/πG2+ 16M/πG3
(1)
式中: Pe——由軸向力、彎矩共同作用下的當量壓力Pa;
F——法蘭所受的軸向力,N.m;
M——法蘭所受的彎矩,N;
G——墊片的有效直徑,m。
當量壓力與管道設(shè)計壓力之和應(yīng)滿足下式要求:
Pe+ Pd≤Pr
(2)
式中:Pr——法蘭最大允許工作壓力,MPa;
Pd——管道設(shè)計壓力,MPa。
加氫進料泵出口管道設(shè)計溫度150℃,法蘭材質(zhì)為A105,查SH/T3406-2013中表A.5-2可知法蘭最大允許工作壓力Pr 為9.02MPa。管道設(shè)計壓力Pd為7.1MPa。根據(jù)式(1)將應(yīng)力模型中最大軸向力及彎矩處法蘭數(shù)據(jù)代入后計算得出最大當量壓力Pe為1.63 MPa。由此得出Pe+ Pd小于Pr,說明法蘭不會泄露。
以某項目130萬t/a煤油加氫精制裝置為例,系統(tǒng)了闡述了加氫進料泵的管道設(shè)計,通過合理的平面布置、充分的柔性設(shè)計以及選用合適的支架等方式,結(jié)合應(yīng)力計算軟件分析,最終使設(shè)計的管道經(jīng)濟合理、安全可靠,也為類似項目的管道設(shè)計提供的參考。