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催化重整装置催化剂管线的配管设计 陈颖楠*中石化洛阳工程有限公司 洛阳471003摘要本文结合某 1. 0 106 t / a 催化重整装置，就如何防止重整催化剂磨损，从平面布置、管道走向、设计选材、施工要求等方面讨论重整催化剂管线的配管设计。关键词催化重整 催化剂管道 配管设计催化重 整 ( 简 称 cc) 装置的核心是反再系 统，反再系 统的核心之一是催化剂的连续再生。 cc 所用催化 剂 的重要成分是贵重金属 pt。装 置 首次装填催化剂的量较大，以某 1. 0 106 t / a 催化 重整为例，再 生 器 和反应器装填的催化剂总量约 75915kg，此外还需 400kg 以上催化剂作为装置备 用。在催化 剂 循 环 再生系统中控制催化剂的磨损 就具有十 分 重 要 的 意 义。催化剂管线的配管设计 也要以防止磨损为重要原则， 需要从平面布 置、 管道走向、设计选材、施工要求等方面综合考虑。1cc 反应再生系统的平面布置cc 反应再生系统的平 面布置不仅决定反再 构架的高 度、占 地 大小以及整个反再系统的合理 协调性，更对催化剂的磨损量有直接影响。平 面 布 置 时， 应 根 据 cc 装置的工艺原理， 合理、紧凑布置相关 设 备，尽量缩短催化剂管线， 以达到减少催化剂磨损的目的。1. 1cc 反应再生系统的工艺原理1. 0 106 t / a 催化重整装置 ( 以下简称该 cc装置) 采用的是法国 axens 公司的工艺。反再系统的关键设备有再生器、4 台反应器、再生器和反应 器的上部料斗和下部料斗、 闭锁料斗和还原 室。 催化剂流 经 反 再 系统的各个关键设备， 以 实 现 反 应 再生 再反应的连续重整流程。催化剂反应再生系统的原则流程见图 1。待生 催化剂在自重的作用下从最后 一个反应器底部流 入第五提升器 d234，经 5 号催化剂提升管提升至 上部缓冲罐 d201。在 d201 中，来自除尘风机的淘 析氮气，将催化剂碎粒及粉尘与整粒催化剂分开。图 1 催化剂管线循环原理图碎粒和粉 尘 被 淘 析氮气带入粉尘收集器， 整 粒 催化剂在自 重 作 用 下经闭锁料斗流入再生器。在 再 生器内部，催化剂经过烧焦、氯化 / 氧化和干 燥 从 而使催化 剂 恢 复 活性即催化剂再生。再 生 催 化 剂 在自重的作用下流入第一提升器。经 1 号提升管提 升到第一 反 应 器 上 部， 然后再自流到还原室进行 金属还原反应以使催化剂达到最佳性能。*陈颖楠: 工程师。2003 年毕业于中国石油大学 ( 华 东 ) 过程装置与控制工程专业。从事管道设计 工 作。 联 系 电 话:64885515，e mail: chenyn. lpec sinopec. com。( 0379 )72013，23( 3)陈颖楠 催化重整装置催化剂管线的配管设计如此催 化 剂 经 自 流、提 升， 流经每一个反应 器，就形成了连续催化剂再生循环系统。1. 2cc 反应再生系统的平面布置由图 1 可以看出，在满足工艺要求的前提下达 到催化剂管线最短的目的， 就需要将再生器、反 应器与自身的上下游设备以串 糖葫芦的方式布置 在同一垂 直 轴 线 上， 并将再生器与第一反应器及 各反应器之间的平面距离尽量缩短。该 cc 装 置 反再系统的平面布置见图 2。损性能更 佳，具 体 选用哪一种材质需根据工艺过 程的特点加 以 选 择。p11 管 市 场 价 大 约 4. 5 万 元 / t，而 tp316h 管的市场价大约 9 万元 / t。在同样满 足工艺要求、机械性能的前提下，p11 管性价比更 高。该 cc 装置选用 p11 管材。3cc 催化剂管线的配管设计3. 1催化剂管线煨弯大半径弯头的设计催化剂管线采用的是煨弯大 半 径 弯 头。根 据工艺包要求，催化剂管线坡度不低于 60，因此无法采用标准 弯 头。一 方 面， 催化剂管内介质为固 体，要 尽量减少催化剂 流 动 的 阻 力， 防 止 堵 塞。 另一方面，为 防止催化剂磨损， 催化剂管线要尽 量减少焊 缝。因 此 催化剂管道要采用煨弯的大曲 率半径弯头，管线煨弯弯头见图 3。图 3 催化剂管线煨弯弯头示意图弯头 的 曲 率 半径必须满足工艺流程要求， 不同口径的管 道， 煨弯的曲率半径要求也不同。催 化剂管线曲率半径对照见表 1。图 2 反再构架平面布置图表 1 催化剂管线曲率半径对照表从图中可以看出再生器和 第一反应器裙座外 沿间距为 1505 mm，在满足再生器管嘴抽芯要求的 前提下已 经 最 小。四个反应器之间的裙座外沿之 间的间距都在 900 1100 mm 之间，仅供检修通道或活动平 台 通 道。这种平面布置最大限度地缩短 了设备之 间 的 间 距， 从而有效地缩短了催化剂管 道的长度，降低了反再构架的高度。管道的工程直径dn50dn80曲率半径 ( mm)120017803. 2催化剂管线上阀门和法兰的设计催化剂管线上的管道元件如阀门、 法 兰 等，其内径必 须 与 催 化剂管道的内径一致。在 催 化 剂仪表阀门、催 化 剂 手动球阀的技术要求上必须注 明与管道 内 径 一 致。催化剂管道的阀门或法兰都 要倒圆角，其倒角要求见图 4。3. 3 催化剂管系膨胀节的选用膨胀节在催化剂管系的应用主要有三处，见图1 催化剂管线循环原理图。1 号膨胀节安装在 d201和 d202 之间，2 号膨胀节安装在 d202 和 201 之 间，2催化剂管线的选材该 cc 装置催化剂管道最高设计温度为 545 ，最高设计 压 力 为 0. 92 mpa。查 nelson 曲 线 可知，tp316h( 07cr17ni12mo )( 1. 25cr 和 p110. 5mo) 都 可 满 足 催 化 剂 管 线 的 材 质 要 求。tp316h 的高温临氢抗腐蚀能力更好，p11 的 耐 磨8chemical engineeing design化工设计 2013，23( 3)要做一些特殊处理以达到防止催化剂磨损的要求。所选膨胀 节 为 外 压轴向型膨胀节， 只 能 吸 收 垂 直 方向的位 移。内 部 设计了一个与催化剂管线同内 径的套筒，以 防止催化剂进入波纹管内。催 化 剂管线膨胀节结构见图 5。3. 4催化剂管线的连接由于管道一般是以单根 6m 的方式供货的，长图 4 催化剂管线法兰倒角要求度超过 6m 的管线则需要 2 根或多根管子现场焊接而成。但是催 化剂管线长度长达几十米， 中 间 除 法兰连接 外 全 是 煨弯大曲率半径弯头， 如 果 管 线 直接焊接 则 无 法 打 磨 管 内 焊 缝。为保证催化剂管 线内焊缝能实现打磨光滑，目前多采用两种方法，du o lok 联管器连接和管箍连接。3 号膨胀节安装在 d210 和 d211 之间。原则上，催化剂管线应尽量避免使用膨 胀 节。 但是由于上部缓冲罐 d201、闭锁料斗 d202 和还原 室 d210 设备体积比较大，正常操作状态和催化剂 堆积时设 备 的 操 作介质重量相差太悬殊， 如 果 采 用弹簧 支撑则无法准确确定弹簧的载 荷。 以 该 cc 装置为例，各设备操作介质重量见表 2。du o lok 联管器连接3. 4. 1du olok 是美国 beet 公司的专利产 品，是美国 uop 专利商指定用于 cc 催化剂管线的连 接器，其优点是施工简单， 安 装 方 便， 安 装 原 理 见图 6。( kg)表 2各设备操作介质重量设备操作介质重量变化范围d201d202d210300 3000200 2000230 2300由表 2 可以看出设备的操作介质重量的变化范围非常大，达到了 10 倍之多。这种情况下弹簧 很 难选准，如果 弹簧的工作荷载按较小值选， 则 在 催化剂满 罐 时 弹 簧会被拉或压失效， 整 个 重 量 会 压在下面 的 催 化 剂 管 道 上， 容易造成法兰受力过 大引起泄 漏。 如果按满罐时的工作苛载选弹簧， 则在正常运 行 时， 设备会被弹簧往上顶， 相 当 于 在正常热胀的基础上又额外地 给设备施加了向上 的外力，也容 易对管嘴造成伤害。为 避 免 这 种 风 险，需要使用 膨胀节来吸收管道的热位移， 从 而保证设备采用刚性支撑。图 6duo lok 联管器两个独特的外环与加工有 楔形齿状槽的管箍 在一个 轴 线 上 安 装，两片半圆形齿合器 ( 其 内 环 加工有与两个管箍相应的楔形齿状槽 ) 覆 盖 在 管 箍的楔形 槽 外。这 种楔形槽在横向包紧管箍的同 时，还可以提供纵向的压力使得管箍 1 和管箍 2 的末端 接 触 紧 密， 同 时 压 紧 垫 圈， 保 证 密 封 可 靠两片半圆 形 齿 合 器的外环是锥形的。外 环 的 内 侧 也是锥形的， 外环平滑地套在齿合器外部， 迫 使 两片齿合 器 紧 密 相 连。齿合器的锥形外环末端保 留一个槽，这 种 设 计确保采用一个销钉即可保证 图 5 催化剂管线膨胀节结构图为防 止 催 化 剂堆积在膨胀节的波段， 膨 胀 节92013，23( 3)陈颖楠 催化重整装置催化剂管线的配管设计连接安全可靠。整个连接过程不需要扳手。力分析不能像普通管系那样通过增加管道长度和柔性来解决应力问题，而是主要通过选用合适的弹簧 支吊架或提高管嘴的压力等级等方法来解决。在管 系弹簧调试完毕满足一次应力和二次应力的前提下， 需要对法兰进行泄漏校核，公式如下:3. 4. 2管箍连接催化剂管线采用管箍连接时，管 箍 的 施 工 步骤为:第一步: 准备好需要接在一起的 2 根催化剂管线。标记为管 1 和管 2，见图 7( a) 。+ 16000m + 4f pp132dgdg第二步: 将两根管子焊接，并在管 1 上画一条式中，p 为法 兰 设 计 压 力，mpa; p1 为 管 道 设 计 压力，mpa; m 为法兰承受的合成弯矩，nm; f 为 法兰承受 的 拉 力 ( 不 包 括 内压产生的拉力 ) ， n; dg 为垫片压紧力作用中心圆直径，近 似 等 于 垫 片 接触面的平均直径，mm。如果部分管嘴通过调节弹 簧仍不能使管嘴处 的作用力 和 力 矩 满足法兰泄漏校核要求时， 需 将 这部分设备管嘴的压力等级提高到 10. 0mpa。在给 设备委托 开 口 时，需先根据经验或粗略计算以确 定部分管嘴的法兰等级。对中线，见图 7( b) 。切割短管长度宜在 100mm 150mm。这样管 1就被分割成管 1a 和管 1b，见图 7( c) 。通 过 管 1b 端打磨焊缝内部至光 滑。 见 图 7( d) 。最后 再 把 管 1a 和 管 1b 按 对 中 线 端 面 对 紧，不留间隙，外面用管箍焊接好，见图 7( e) 。5催化剂管线施工要求( 1) 催化剂管线现场施工时， 要 求 所 有 内 焊缝都要打磨光滑，以用手触摸时没有凸凹感为宜。( 2)催化剂管线所有 du o lok 或管箍必须与催化剂管线同材质。( 3) 采用管箍连接时打磨方法见 3. 4. 2。( 4)现场 施 工 过程中出现少量管件与管子内 径不一致 的 地 方，需要通过打磨管子内坡口来处 理，坡口打磨长度不小于 40mm。6结语催化剂管线特殊的介质属性和走向要求决定 催化剂管 线 的 配 管设计较为复杂。由 于 催 化 剂 管线的管道规划对设备布置及反 再构架的结构尺寸 和高度影 响 很 大，在工程设计时必须先规划好催 化剂管线的走向，以免后期出现较大返工的情况。 现场施工 时，要 按 照催化剂管道设计文件的要求 严格施工，催 化 剂 管线上所有内焊缝必须打磨光 滑，无凸起感。图 7 催化剂管线管箍的施工步骤图参 考 文 献综上，du o lok 连接安装方便，但 是 价 格昂贵; 管箍连接施工复杂， 但是制造成本较 低。该 cc 装置采用了管箍连接方式。1徐承恩 . 催化 重 整 工 艺 与 工 程 m . 北 京: 中 国 石 化 出版社，2006.李成栋 . 催化重整装置技术问答 m . 北 京: 中 国 石 化 出版社，2004.苏 p. m. 马萨古托 夫 . 石 油 加 工 和 石 油 化 学 中 催 化 剂 再生 m . 北京: 中国石化出版社，1992.( 收稿日期 2013 03 04)24催化剂管系的应力分析由于催化剂管线走向的特殊性，决定了管道要3尽量少拐弯，且要大于 60斜接，所以整个管系的应12013，23( 3)abstacts of chemical engineeing designkey words lng terminal lng liquefaction station air compressionnitrogen making process designabstactsprocess design of styrene storage tankli dawei，et al( jilin design institute of petrochina northeast efining chemicalsengineering co ，ltd ，jilin 132002)in this paper，from styrene material properties and safety point of view， the process design features and safety measures to be taken for the styrene storage tank are describedkey words styrene storage tank selection process flowbrief introduction to bend optimum design bycaesa ii softwarewang jinbao( jilin design institute of petrochina northeast efining chemicalsengineering co ，ltd ，jilin 132002)because of the relatively low cost， simple structure and reliableoperation，etc ，the piping bend are very commonly usedhow toreasonable design the bends plays an important role in saving pipingmaterials and reducing shape spacesthe use of loop optimizationpiping design for catalyst line of catalytic eforming unitchen yingnan( sinopec luoyang petrochemical engineering corporation / sinopec，luoyang 471003)combined with a 1 0 106 t / a catalytic reforming unit，this paper discusses the piping design for reforming catalyst line regarding how to prevent reforming catalyst attrition from layout，pipe routing，material selection，construction requirements and other aspectskey words catalytic reforming catalyst piping piping designwizard function of caesa ii 2011 software can achieve the optimaldesign of bendkey wordspiping bendsoftware optimum designapplication of finned gypsum calcinatorliu yu，et al( dalian dahua engineering co ，ltd ，dalian 116031)as for desulfurization gypsum after drying first and then calcined to produce hemihydrate gypsum，there are main production process technologies such as drying separated 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