胡愛(ài)新

（中國(guó)成達(dá)工程有限公司，成都）

1 工程概況

某6 000 t/a SAPO 催化劑項(xiàng)目是選用工廠與大學(xué)實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合研究開(kāi)發(fā)的工藝包，是在工藝包不斷完善的過(guò)程中開(kāi)展的工程設(shè)計(jì)。項(xiàng)目最終安全順利建成和投產(chǎn)，并創(chuàng)造了優(yōu)異的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，說(shuō)明工藝包開(kāi)發(fā)和工程設(shè)計(jì)是成功的。

該項(xiàng)目是在老廠預(yù)留地上新建項(xiàng)目，部分公用工程依托原有工廠公輔設(shè)施提供，項(xiàng)目主裝置分為SAPO 分子篩和催化劑兩部分，設(shè)有獨(dú)立DCS 控制室、污水處理系統(tǒng)、原料和產(chǎn)品庫(kù)房等，通過(guò)新建和部分原廠管廊改造連接各裝置單元。

經(jīng)過(guò)催化劑項(xiàng)目工藝流程的分析，以及老廠有限的預(yù)留地特點(diǎn)，我們把SAPO 分子篩和催化劑分成兩個(gè)區(qū)域布置。

2 工藝物料特性

SAPO 分子篩裝置主要原料有PA 溶液、有機(jī)胺、SB1 粉體、SA1/SA2 溶液、去離子水、回用液、回用有機(jī)胺等原料。其中SB1 粉體為固體，容易黏結(jié)，有機(jī)胺是易燃性介質(zhì)。

催化劑裝置原料主要有分子篩漿液、黏結(jié)劑A/ B、回用水，惰性基質(zhì)等，惰性基質(zhì)為固體，黏結(jié)劑反應(yīng)后介質(zhì)黏稠，容易結(jié)焦。

3 裝置設(shè)備布置要求

分子篩和催化劑裝置是兩個(gè)生產(chǎn)方式不同的相對(duì)獨(dú)立的單元，裝置與裝置之間，裝置與輔助設(shè)施和原有生產(chǎn)管廊之間通過(guò)管廊連接，分子篩裝置以大型高壓晶化釜、過(guò)濾機(jī)為中心；催化劑裝置則以大型噴霧干燥塔和焙燒爐為主。

根據(jù)GB 50160—2018《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》[1]和GB 50016—2018《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》[2]有關(guān)條款規(guī)定，分子篩裝置定義為甲類(lèi)廠房，催化劑裝置定義為丁類(lèi)廠房。

3.1 SAPO分子篩裝置布置要點(diǎn)

（1）分子篩裝置分4 層布置，總高度22.9 m，占地面積720 m2，是帶有屋頂?shù)陌氤ㄩ_(kāi)式鋼結(jié)構(gòu)廠房，廠房四周設(shè)置百葉窗。

選用帶屋頂廠房，是為了避免頂層堆放物料區(qū)域和加料時(shí)受雨水影響而受潮。廠房選用半敞開(kāi)式，四周用百葉窗封閉，并設(shè)置通風(fēng)系統(tǒng)，是考慮在加料和檢修操作過(guò)程中有物料粉塵飄散，通風(fēng)系統(tǒng)和百葉窗有利于空氣的流通，凈化粉塵污染操作壞境。

廠房選用22.9 m 的高度，是由于該裝置區(qū)是預(yù)留地，面積之小，布置設(shè)備之多，含預(yù)留設(shè)備有80多臺(tái)。根據(jù)工藝流程、操作要求、以及微正負(fù)壓的特點(diǎn)，設(shè)備多，需要垂直和緊湊性布置，廠房高度容易超出24 m 的高度范圍。若高度超出24 m 范圍，按GB 50016—2018《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》[2]2.1.1 條則定義為高層廠房，高層廠房的耐火等級(jí)提高到三級(jí)，各種安全措施相應(yīng)提高，建設(shè)成本增加30%左右。因此，在考慮節(jié)省成本，又能滿足布置和操作要求時(shí)，用布置在地面上的設(shè)備開(kāi)始垂直疊加到最高層布置設(shè)備來(lái)推算廠房的高度：收集罐+中間罐+板框壓濾機(jī)+晶化釜+配料釜+SB1 膠溶罐+各種計(jì)量槽+檢修空間+配管空間＞24 m 廠房高度。經(jīng)過(guò)多次計(jì)算，調(diào)整配管的直管段長(zhǎng)度，優(yōu)化管道空間設(shè)計(jì)，選擇合適的檢修空間，精算屋面梁和彩板高度，最后把廠房高度調(diào)整到小于24 m 范圍內(nèi)，既滿足了規(guī)范要求，又節(jié)省了建設(shè)成本。

（2）考慮到頂層是固體粉塵原料加料區(qū)，粉塵密集，該樓層四周采用封閉式設(shè)置，墻面設(shè)計(jì)有軸流風(fēng)機(jī)通風(fēng)，有利于加快空氣的流通，減輕室內(nèi)空氣污 染。

（3）根據(jù)介質(zhì)有腐蝕性特點(diǎn)，有腐蝕區(qū)域設(shè)計(jì)成玻璃鋼防腐蝕樓面層，集中考慮在操作區(qū)和有泄漏點(diǎn)區(qū)域，該項(xiàng)目重點(diǎn)考慮的是泵操作區(qū)域、加料區(qū)域、晶化釜區(qū)域。

（4）廠房?jī)?nèi)設(shè)置有防爆式垂直升降機(jī)從第1 層樓面直通到頂層，是基于固體原料運(yùn)輸?shù)綐琼敿恿蠀^(qū)域方便和快捷考慮，同時(shí)也便于操作人員的通行。

圖1 分子篩裝置晶化釜布置示意圖（局部）Fig.1 Layout of crystallization kettle of molecular sieve device (partial)

（5）結(jié)合工藝原則、工廠操作和檢修要求以及原料屬性特點(diǎn)，加料區(qū)計(jì)量槽布置在廠房頂層，晶化釜、過(guò)濾機(jī)布置在中間層，下層布置收集罐和機(jī)泵；精餾脫胺塔、洗滌塔、大型原料儲(chǔ)罐、回用液體儲(chǔ)罐、導(dǎo)熱油系統(tǒng)布置在廠房外圍地面上。

選用垂直式緊湊性布置，是因?yàn)楣艿纼?nèi)介質(zhì)是固體和液體混合物，在高溫和微正負(fù)壓輸送環(huán)境下，容易結(jié)焦，容易堵塞管道。垂直和緊湊型布置，可以減少管道的彎頭和直管段長(zhǎng)度，減少管道設(shè)計(jì)過(guò)程中的“液袋”形成，提升介質(zhì)自身重力流，易于管道在微正壓情況的流通，而減少管道堵塞的現(xiàn)象[3]。

（6）考慮到設(shè)備檢修需要，晶化釜上部空間設(shè)置有檢修荷載為3 t 的電動(dòng)葫蘆，并留有合適的吊裝檢修空間。選用3 t 電動(dòng)葫蘆，是按照電機(jī)與攪拌器可拆卸時(shí)最大荷載考慮的，電機(jī)最大荷載2.3 t，攪拌器1.5 t，因此按最大檢修件選擇荷載后圓整為3 t。該樓層廠房高度選用8.5 m，也是按電機(jī)與攪拌器拆卸分離后，選用最長(zhǎng)吊件能移出晶化釜平臺(tái)時(shí)，來(lái)推算樓層高度的。平臺(tái)高度（1.5 m）+最大被吊件長(zhǎng)度（3.2 m）+樓底梁高+軌道到葫蘆掛鉤長(zhǎng)度（2.0 m）+吊裝提升空間（1.8 m）=可選樓層高。

（7）核心設(shè)備晶化釜成雙排對(duì)稱(chēng)布置，每4 臺(tái)設(shè)備為一組，設(shè)備掛耳掛在第3 層樓面，上封頭蓋在第3 層，下封頭蓋在第2 層，圍繞晶化釜周?chē)?層樓面上設(shè)置有1.5 米高聯(lián)合操作平臺(tái)，設(shè)備上封頭管口和閥門(mén)在平臺(tái)上操作，設(shè)備下封頭管口和閥門(mén)在第2 層樓面操作，既方便與設(shè)備操作也節(jié)省樓層空間。

3.2 催化劑裝置布置要點(diǎn)

（1）催化劑裝置分3 層布置，總高度20 m，占地面積750 m2，帶有屋頂?shù)陌氤ㄩ_(kāi)式鋼結(jié)構(gòu)廠房。

（2）第3 層屬于加料區(qū)，避免物料飄散，同樣采用有通風(fēng)系統(tǒng)的封閉式廠房。

（3）按工藝流程，加料區(qū)計(jì)量槽設(shè)備布置在頂層，依上而下，中間層依次布置混合釜、成膠釜，第1 層地面設(shè)置有中間夾層平臺(tái)，黏結(jié)劑儲(chǔ)罐、膠體中間罐、細(xì)粉罐支撐在1 樓平臺(tái)上，對(duì)應(yīng)的設(shè)備底部布置相關(guān)聯(lián)的機(jī)泵和輔助設(shè)備。

（4）大型噴霧干燥塔是核心設(shè)備，從焙燒爐到加熱器以及布袋除塵器等設(shè)備都是圍繞噴霧干燥塔展開(kāi)的。噴霧干燥塔布置在室內(nèi)是基于設(shè)備操作方便和利用樓層支撐節(jié)省成本來(lái)考慮的。塔直徑4.6 m，塔體長(zhǎng)15 m，上下為錐體，支撐在第2 層樓面，分別貫穿第2 層和第3 層樓面，周?chē)粲泻线m的操作平面和檢修空間.

4 管道設(shè)計(jì)要求

由于工藝介質(zhì)多屬于粉體、漿液，并有一定的腐蝕性，高溫，微正負(fù)壓等特點(diǎn)，因此，管道內(nèi)介質(zhì)容易堵塞，黏結(jié)，在管道設(shè)計(jì)過(guò)程中，容易黏結(jié)和粉體介質(zhì)的設(shè)備之間的水平管道，采用最短距離連接，不宜水平和“袋形”設(shè)計(jì)，減少管道自然補(bǔ)償，通過(guò)應(yīng)力計(jì)算后，采用膨脹節(jié)來(lái)吸收管道應(yīng)力。粉體介質(zhì)和漿料介質(zhì)垂直管線，利用設(shè)備布置高度差，管線垂直設(shè)計(jì)，工藝介質(zhì)自流，并采用大半徑彎頭或大于90°彎頭連接，或斜插連接等方式，減少管道堵塞現(xiàn)象。

4.1 分子篩裝置主工藝管道設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（1）配料釜到晶化釜管線設(shè)計(jì)特點(diǎn)

配料釜出口到晶化釜入口的管線垂直設(shè)計(jì)，不應(yīng)有“袋形”，依靠介質(zhì)重力流體輸送，同時(shí)要滿足閥門(mén)在晶化釜操作平臺(tái)上操作和檢修的要求。

（2）晶化釜管線設(shè)計(jì)

晶化釜是立式設(shè)備，上封頭管口設(shè)置有聯(lián)合操作平臺(tái)，用于設(shè)備檢修和上部管線上的閥門(mén)操作。每4 臺(tái)設(shè)備為一組，分2 排布置，總管線依托框架梁柱水平敷設(shè)在兩邊和中間，設(shè)備管口出來(lái)的管道垂直升高到總管高度匯入總管，支管上閥門(mén)靠近總管，既便于操作，又節(jié)省了空間，也整齊美觀。設(shè)備下部總管線依托框架柱敷設(shè)在兩排設(shè)備中間，閥門(mén)在下層樓面操作，就地液位計(jì)，就地溫度計(jì)和壓力表設(shè)計(jì)在便于觀測(cè)位置。

這種管道設(shè)計(jì)特點(diǎn)，總管利用設(shè)備成排和對(duì)稱(chēng)布置走設(shè)備中間，縮短了支管到總管間距。支管上切斷閥靠近總管最小間距設(shè)計(jì)，在停車(chē)后，支管閥門(mén)關(guān)閉，管內(nèi)介質(zhì)能溢流到晶化釜設(shè)備，解除了管道內(nèi)介質(zhì)集聚管道內(nèi)的“死端”區(qū)，能解決支管內(nèi)結(jié)焦和堵塞情況發(fā)生。

（3）泵的入口管線設(shè)計(jì)

攪拌槽設(shè)備到泵的入口管線采取最短距離連接，閥門(mén)的配對(duì)法蘭與管件直接連接，減少直管段過(guò)度；這樣設(shè)計(jì)避免泵入口管線過(guò)長(zhǎng)，減少管道內(nèi)漿液的沉積，管線底部配置大口徑DN 50 導(dǎo)淋閥，用于疏通和排凈漿液介質(zhì)。

（4）放空管線設(shè)計(jì)

本裝置放空管線按工藝流程要求引入安全放空高度排放。放空支管線接入放空總管，由總管引至高于分子篩廠房頂部3.5 m 以上排放，放空管線頂端配置有防雨罩，放空管線設(shè)置有阻火氣系統(tǒng)。

4.2 催化劑裝置主工藝管道設(shè)計(jì)特點(diǎn)

（1）分級(jí)機(jī)到焙燒爐管線設(shè)計(jì)

分級(jí)機(jī)出口到焙燒爐管線，設(shè)計(jì)溫度400 ℃，工藝介質(zhì)是催化劑，該管線設(shè)計(jì)時(shí)要考慮高溫引起的應(yīng)力，在微正負(fù)壓工況下，介質(zhì)細(xì)粉能暢通的輸送到焙燒爐內(nèi)。設(shè)計(jì)時(shí)分級(jí)機(jī)出口管道采用120°彎頭垂直斜接于焙燒爐入口。這種配管特點(diǎn)，兩管口連接時(shí)彎頭最少，距離最短，既滿足了管線內(nèi)工藝介質(zhì)不堵塞現(xiàn)象，又能通過(guò)管道自然補(bǔ)償吸收了高溫管道產(chǎn)生的應(yīng)力。

（2）加熱器管線設(shè)計(jì)

粉體物料在加熱器內(nèi)被天然氣燃燒產(chǎn)生高溫，在接入風(fēng)機(jī)送風(fēng)管線到加熱器情況下，粉塵物料在風(fēng)力的作用下輸送入噴霧干燥塔。因此，加熱器連接噴霧干燥塔管線口徑大（DN 800），溫度高（500 ℃），要求距離短。針對(duì)這些特點(diǎn)，在設(shè)備布置和管道設(shè)計(jì)時(shí)，加熱器最小間距靠近噴霧干燥塔。取消水平段管道，水平段選用短半徑彎頭（1 DN）連接水平段膨脹節(jié)（1.8 m）直接接入噴霧干燥塔管口，管道以最短垂直+水平距離連接了兩設(shè)備管口，這樣設(shè)計(jì)既能滿足溫度應(yīng)力的要求，又能滿足工藝的需要。

（3）噴霧干燥塔環(huán)管線設(shè)計(jì)

中間膠體罐出來(lái)的漿液介質(zhì)，通過(guò)高壓泵打入均布在噴霧干燥塔上的6 個(gè)管口內(nèi)進(jìn)行噴霧造粒，要求進(jìn)入每個(gè)管口的介質(zhì)流量相近。針對(duì)這特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)時(shí)該管線圍繞噴霧干燥塔設(shè)計(jì)成環(huán)形，環(huán)管上6 根DN 50 支管通過(guò)金屬軟管與干燥塔上管口連接，這樣設(shè)計(jì)達(dá)到了每個(gè)管口介質(zhì)流量分配均勻，介質(zhì)進(jìn)入噴霧干燥塔造粒時(shí)成型均勻。

圖3 分級(jí)機(jī)管道示意圖Fig.3 Piping diagram of classifier

5 結(jié)束語(yǔ)

設(shè)計(jì)是不斷完善和優(yōu)化的過(guò)程，需要深刻理解工藝流程、工廠操作和檢維修要求，設(shè)計(jì)時(shí)既滿足規(guī)范要求，又能達(dá)到節(jié)省建設(shè)成本的目的。本文通過(guò)對(duì)關(guān)鍵設(shè)備布置要點(diǎn)比較分析，選用方案的論述和說(shuō)明，對(duì)廠房高度進(jìn)行推算，達(dá)到合理化布置的要求，以及管道設(shè)計(jì)過(guò)程中的特點(diǎn)說(shuō)明，設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)有助于總結(jié)和提高，在今后同類(lèi)產(chǎn)品項(xiàng)目設(shè)計(jì)中具有借鑒意義，達(dá)到優(yōu)化和提高設(shè)計(jì)的目的。