浆态床渣油加氢装置常压塔的配管设计.pdf

配管技术石油化工设计Petrochemical Design2023,40(3)56 59浆态床渣油加氢装置常压塔的配管设计刘璐（中国石化工程建设有限公司，北京1 0 0 1 0 1）摘要：介绍了浆态床渣油加氢技术及其特点。以产品回收单元及常压塔部分工艺流程为研究背景，探讨了常压塔的管口方位及降液板的布置，并对常压塔的管道布置优化进行说明，以满足工艺条件、配管及应力的要求。对塔梯子平台的布置及设计中的注意事项进行了说明。关键词：渣油加氢常压塔管口方位降液板管道设计doi:10.3969/j.issn.1005-8168.2023.03.0131浆态床渣油加氢技术近年来，原油质量呈现出重质化、劣质化的趋势，原油密度变大，含硫量增加，其他杂质含量（如Fe、N i、V 等)也呈现出上升趋势。随着燃料标准逐步升级,环保减排目标明确,重油特别是渣油的清洁、高效、高质加工，成为世界炼油企业关注的焦点。与焦化技术相比，渣油加氢技术具有转化率高、改善原料的裂化性能、裂化产品质量高、生产过程清洁化等优点，是炼化企业提高效益的重要技术手段 2 渣油加氢工艺的反应装置，根据反应器型式的不同,可分为固定床、移动床、沸腾床和浆态床（又称悬浮床)等4 大类 3 。近几年浆态床渣油加氢裂化技术发展较快，受到国内外的广泛关注，也成为各大石油公司研发的热点。与固定床、移动床和沸腾床技术相比，浆态床加氢裂化技术具有以下优点：1)原料油适应性广泛,对加工原料中杂质含量基本无限制;2)反应器内部结构简单，无特殊内构件;3)渣油转化率高,轻油收率高。液体产品收率高达9 0%以上；4）工艺简单，操作灵活，渣油转化率的高低可通过循环模式进行调节实现(4。本套浆态床渣油加氢装置以减压渣油和催化循环油浆为原料，在钼系催化剂作用下经加氢热裂化反应，生产液化气、轻石脑油、重石脑油、柴油、蜡油,并副产气体和油渣。其中液化气送至液化气分离装置，轻石脑油送至罐区，重石脑油、柴油送至加氢裂化装置，蜡油送至蜡油加氢装置；副产物中的气体送至C1、C 2 分离装置，油渣经油渣储运单元送至油渣制氢装置。本装置工艺流程共分为7 个主要部分：浆态床原料油泵送及催化剂存储单元、浆液反应单元、浆液分馏单元、氢回收及气体回收单元、产品回收单元、辅助单元，以及公用工程部分。本文针对该装置中产品回收单元的常压塔及其配管进行详细介绍。2产品回收单元及常压塔流程来自浆液反应单元和浆液分馏单元的产物在常压塔进料加热炉升温至3 1 6 后进人常压塔(C-5001)闪蒸段。在常压塔中,进料分离为3 部分：塔顶为全馏程石脑油（也称未稳定石脑油）粗产品；侧线为柴油粗产品；塔底为蜡油粗产品。过热中压蒸汽用于塔底产品汽提。未稳定石脑油和汽提蒸汽一起在常压塔顶空冷器（A-5001）冷凝后进人常压塔顶后冷器（E-5007)进一步冷凝,后进人常压塔顶回流罐（V-5002)分离为气相、未稳定石脑油和水。全馏程石脑油经泵送至再接触罐。一部分塔顶液返回常压塔顶层塔板作为回流以维持常压塔顶温度。收稿日期：2 0 2 2-0 6-2 4。作者简介：刘璐，女，2 0 1 2 年毕业于天津大学化工工程专业，工程硕士，工程师，长期从事配管设计工作。联系电话:[phone];E-mail:liulu 管口的方位，将2 5、2 7、2 9 层三块奇数层降液板设2023年第3 期（第4 0 卷）柴油从常压塔部分抽出塔盘抽出送人柴油汽提塔（C-5002）。柴油汽提塔的进料流量由其塔底液位控制，过热中压蒸汽用作该塔汽提蒸汽。为回收常压塔热量,柴油由中段回流泵（P-5003）抽出,热交换后送回塔内。柴油与来自减压塔的轻蜡油（LVGO)混合后送出装置去柴油加氢裂化装置，温度为1 2 0。当柴油加氢裂化装置停车或无法接收产出的柴油，全部柴油经柴油产品空冷器（A-5002)冷却至5 0 后送入中间储罐常压塔底蜡油经常压塔底泵（P5 0 0 4）升压后与蜡油（VGO)混合后进行热量回收系统。最终蜡油冷却至1 6 0,送人蜡油加氢处理装置。当蜡油加氢处理装置停车或无法接收产出蜡油，全部蜡油产品经蜡油产品空冷器（A5 0 0 6）冷却至90后送入中间储罐。常压塔及分馏框架的设备平面布置如图1 所示。FR5-2E500300P-502APR624t002P-502B00535-23P-50834000%52-503EP-50054P-50058E-50064刘璐.浆态床渣油加氢装置常压塔的配管设计-5001P-50086P-50b4B3PR5-2P36-214FR5-20PR6-19FR5-1857.层塔盘位于塔的中部，其中1 1 1 4 层为四溢流塔盘，1 5 2 4 层为单溢流塔盘,两组塔盘中间设置了集油箱和一层烟肉塔盘用来收集中段柴油。2 5 30层塔盘位于塔的下部,为单溢流塔盘。其中1 24层塔盘直径为3 7 0 0 mm，而2 5 3 0 层塔盘缩径至1 0 0 0 mm。本文自下而上对常压塔的主要管口方位及塔盘降液板位置进行分析。3.1.1常压塔下部闪蒸段管口方位及降液板位置的确定DN600的原料线由常压塔进料加热炉的出口经管廊至常压塔进料管口N1。N 1 管口朝向分区管廊侧（即东侧）布置,这样既可以满足工艺对直管段的要求，同时也在满足管道柔性的情况下尽量减少了弯头的设置。N1管口布置在常压塔闪蒸段单溢流塔盘的上方。对于气液两相进料，通过分布器可以均匀地将原料分布到2 5 层塔盘上。若垂直于降液板布置分布器，将有部分进料未经25层塔盘传质传热就进入下层降液板，故N1管口及内部的分布器与降液板平行布置。根据N100130007004800300P-5001AP-5001B2806200PES5-5001B-5006F-5005A/B铺砌B-5004日B-5003尚1064500置在南侧，而2 6、2 8、3 0 层三块偶数层降液板设置在北侧。塔底产品蜡油出口N3及过热中压蒸汽人口N4布置在塔东侧的操作区，便于阀门的操作及检修，并通过自然补偿增加管道柔性。如图2所示。25,27.29层降液板B-图1 常压塔及分馏框架的设备平面布置1-常压塔；2-柴油汽提塔；3 常压塔顶空冷器；4-柴油产品空冷器；5-中段回流泵；6 常压塔底泵3常压塔的配管设计由常压塔及分馏框架的设备平面布置图可知,分区管廊位于常压塔西侧,故塔的西侧为配管所需的管道区，而塔的东侧为操作区。3.1管口方位的确定本装置常压塔的塔盘自上而下进行编号，1 10层塔盘位于塔的上部，为单溢流塔盘；1 1 2 426,28.30层降液板30图2 常压塔下部管口方位及降液板位置3.1.2常压塔中部管口方位及降液板位置的确定常压塔中部的部分抽出塔盘常用于侧线抽出及中段回流。柴油由常压塔中段N7管口抽出送人常压塔东侧的柴油汽提塔。为使气液分布均匀,设置两个侧线产品抽出口N7A与N7B,布置在.5814层塔盘下方的特殊件烟卤塔盘内，位于塔中心线两侧，管口朝东，而降液板与两侧线产品抽出口平行,即N7A/B管口上方的四溢流降液板（1 1 14层）及其下方的单溢流降液板（1 5 2 4 层）南北方向布置。部分柴油由中段回流泵抽出N7A/B管口，热交换后经中段回流管口N8送回塔内。对于四溢流塔盘，回流管口布置形式与双溢流塔盘类似,设置两个相对的开口N8A与N8B,开口与1114层降液板成9 0。如图3 所示。11层，1 3 层中间降液板12层，1 4 层两腰降液板12层，1 4 层两腰降液板1624偶数层降液板1523奇数层降液板11层，1 3 层两侧降液板11层，1 3 层两侧降液板N7B图3 常压塔中部管口方位及降液板位置3.1.3常压塔上部管口方位及降液板位置的确定全流程石脑油自塔顶气相开口N2进人空冷器和后冷器冷凝，N2布置于塔顶封头中部,放空管口N11和安全阀口N13布置于N2两侧。部分经塔顶回流罐分离掉气相和水相后的全流程石脑油经回流进料口N10返回常压塔顶。N10朝西布置在管道侧，内设挡板，1 9 奇数层降液板布置在东侧，而2 1 0 偶数层降液板布置在东侧，如图4所示。V10500800图4 常压塔上部管口方位及降液板位置石油化工设计3.2管道布置3.2.1塔底进泵管道常压塔底泵（P-5004A/B)选用高速离心泵，泵转速高达9 1 1 8 r/min,具有单级扬程高、结构紧、维护方便、可靠性好等优点。考虑该泵汽蚀余量的要求,确定塔裙座高度为9 0 0 0 mm。由于塔底进泵管道温度高（2 7 9），管道既要短且少弯头，又应有足够的柔性减少泵人口受力 5 ,故将塔底产品蜡油出口N3布置在远离常压塔底泵人口的东南侧，利用管道自然补偿增加其柔性，采用CN“步步低”的布置方式以避免塔底泵产生汽蚀现象。同时在泵入口设置弹簧支架，降低泵入口受力3.2.2常压塔进料线常压塔进料线也称常压转油线，是从常压塔进料加热炉（后简称加热炉）出口连接至常压塔入口输送工艺物料的管系。本装置常压转油线操作温度3 1 6，操作压力0.1 9 MPa，工况较为严苟。介质为经加热炉升温后的高温柴油，介质呈气液两相流状态。配管设计需使管道尽量短，以减少物料热损失，并减少压降。同时，还应利用管道的自然补偿吸收其热膨胀量。如图5 所示。常压塔进料加热炉图5 常压塔进料线布置示意CN考虑常压塔和加热炉在生产过程中设备体受热膨胀导致管口热位移向上，加热炉出口分支管210偶数层降液板段及常压塔人口管段均设置弹簧支架，吸收垂直方向位移。3.2.31侧线抽出管道19奇数层降液板针对2 条DN350的侧线抽出管道集合管的设计，由于两管口距离较近，采用弯头4 5 斜向下的走向，可以增加分支管间距，利于设置集合管管件。由于柴油为轻质石油产品，采用带管帽的集2023年第3 期（第4 0 卷）常压塔2023年第3 期（第4 0 卷）合管不存在积液的问题，同时可以解决大管径管件连接间距不足的问题。如图6 所示。N7A刘璐.浆态床渣油加氢装置常压塔的配管设计N7B59修,将常压塔平台与南侧的构架进行搭接，便于操作人员利用框架的斜梯和联合平台上塔。如图8所示。图6 侧线抽出管道集合管布置示意2条DN350的侧线抽出管线在DN600的集合管中充分混合后进入常压塔东侧的柴油汽提塔进料人口，管道上的调节阀组靠近汽提塔布置，以保证调节阀组前有一段液柱，满足工艺对进料管道压降的要求。在侧线抽出线阀组处设置联合平台，便于操作人员往返于两塔之间。阀组两端设置弹簧支架，减少柴油汽提塔进料人口的受力。侧线抽出的柴油一部分被中段回流泵抽出，用于后续的热量回收。将中段回流泵布置在管廊的西侧,利用管廊形成自然弯,增加管道柔性，同时在分支出口电动调节阀前和泵人口前管道上增设弹簧支架，减小常压塔侧线抽出管口N7及泵入口管嘴受力。如图7 所示。常压塔柴油汽提塔图7 侧线抽出管道至汽提塔布置示意3.3塔的梯子平台布置常压塔高约4 2 m,直径3.7 m，内部塔盘分段且降液板分布不同，各段均需设置人孔便于检修，各层平台之间采用直梯相连。为便于操作及检图8 常压塔与框架联合平台布置示意4结语本常压塔的配管设计难点在于塔盘降液管及相应管嘴方位的确定，以及高温高压、大口径管道应力的计算、管道柔性的考虑及弹簧支架的设置。在规划中也有许多细节需要注意，例如塔平台过宽时需增设斜撑梁，管道在该平台下的布置及支架的设置都要考虑到斜撑以及对下层平台净空的影响。常压塔为热处理设备，管道附属支架及塔平台的支撑梁均需焊在塔壁的垫板上，因此附塔管道支架的设置在满足管道支撑跨距的同时也要兼顾相应垫板位置设置的合理与美观，避免不同尺寸垫板发生重叠现象。本常压塔的配管设计可为类似塔的设计提供参考借鉴。中段回流泵参考文献：1陶梦莹,侯焕娣,董明,等.浆态床加氢技术的研究进展 J.现代化工,2 0 1 5,3 5(5):3 4-3 7.2姚远，张涛，于双林，等.渣油加氢技术进展与发展趋势 J.工业催化,2 0 2 1,2 9(2):2 4-2 7.3许可，侯焕娣，董明，等.浆态床渣油加氢催化剂研究进展J.现代化工,2 0 1 7,3 7(5:5 5-5 8.4张庆军,刘文洁，王鑫，等.国外渣油加氢技术研究进展 J.化工进展,2 0 1 5,3 4（8）：2 9 8 8-3 0 0 2.5张德姜，王怀义，丘平，主编.石油化工装置工艺管道安装设计手册第二篇：管道器材M.北京：中国石化出版社，2014:143160.:.:():.:(.):.:():.:(.):.