重油催化裂化裝置反-再系統(tǒng)構(gòu)架及管道改造設(shè)計

呂昌海 夏德寶

中國石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計分公司

重油催化裂化裝置反-再系統(tǒng)構(gòu)架及管道改造設(shè)計

呂昌海 夏德寶

中國石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計分公司

作為煉廠裝置的核心部分, 重油催化裂化裝置反應(yīng)-再生系統(tǒng)管道設(shè)計一直是煉油廠管道設(shè)計的技術(shù)難點(diǎn)。針對中國石油大連石化1 400 kt/a重油催化裂化裝置反-再系統(tǒng)改造項(xiàng)目設(shè)計及施工中遇到的問題進(jìn)行分析和總結(jié)，分別從反-再系統(tǒng)構(gòu)架改造設(shè)計及管道改造設(shè)計兩方面提出了解決方法和建議。

重油催化裂化 反-再系統(tǒng) 構(gòu)架設(shè)計 管道設(shè)計 改造

催化裂化(FCC)用于將重油轉(zhuǎn)化為汽油、柴油、液化氣及干氣等輕質(zhì)組分，是目前原油二次加工的主要裝置之一[1]。而反應(yīng)-再生系統(tǒng)作為重油催化裂化裝置的技術(shù)核心，其平面布置、框架結(jié)構(gòu)、管道及支吊架設(shè)計均為煉廠裝置管道設(shè)計的技術(shù)難點(diǎn)，對裝置的安全平穩(wěn)運(yùn)行至關(guān)重要。

中國石油大連石化公司1 400 kt/a重油催化裂化反-再系統(tǒng)改造項(xiàng)目由中國石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計分公司設(shè)計。該項(xiàng)目自2013年11月15日啟動，2014年3月20日完成施工圖設(shè)計，裝置已于2014年6月21日一次噴油開車成功，反應(yīng)器、再生器流化正常，操作平穩(wěn)。本次催化裂化反-再系統(tǒng)改造項(xiàng)目主要涉及到提升管反應(yīng)器、第一、二再生器以及第二再生器燒焦罐等方面的改動，具體內(nèi)容包括：

(1) 更換預(yù)提升段及提升管反應(yīng)器，提升管原料油噴嘴由4組調(diào)整為6組。同時，更換原急冷油噴嘴(2組)，對相關(guān)管線進(jìn)行現(xiàn)場局部整改。

(2) 更換第一再生器外取熱器及汽包、更換半再生斜管，更換外取熱器上、下斜管，同時，新增第一再生器外取熱器提升返回管和催化劑卸劑線，并對相應(yīng)管線進(jìn)行改造。

(3) 第二再生器新增燒焦罐、待生斜管、外取熱器、汽包及相應(yīng)管線。

通過對項(xiàng)目在設(shè)計及施工過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析和總結(jié)，探討反-再系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架布置、管道、支吊架設(shè)計思路及優(yōu)化方法。

1 反-再構(gòu)架改造設(shè)計

本次反-再系統(tǒng)改造采用新工藝流程，更換了局部設(shè)備。原反-再系統(tǒng)構(gòu)架無法滿足要求，所涉及到的改動主要從以下幾點(diǎn)考慮：

(1) 新提升管線尺寸及進(jìn)料形式發(fā)生了變化，管嘴位置也發(fā)生了變化，因此要根據(jù)新提升管的熱位移及管嘴標(biāo)高重新規(guī)劃平臺層高。開工后，以支撐點(diǎn)為界，反應(yīng)器會分別產(chǎn)生向上和向下的熱位移，在構(gòu)架設(shè)計過程中要提前考慮到這部分由于熱膨脹而引起的位移，防止進(jìn)料噴嘴及儀表管嘴在提升管熱脹后與平臺及結(jié)構(gòu)梁發(fā)生碰撞，如圖1所示。

(2) 反-再系統(tǒng)再生及待生斜管需要重新放樣、建模(PDMS)，要對發(fā)生碰撞的平臺重新進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計，主要包括調(diào)整平臺標(biāo)高、改變斜撐形式等，必要時也可對平臺形狀做出調(diào)整。斜管在開工過程中也存在熱位移，同樣也要考慮(1)中提到的熱漲碰撞問題，不僅要考慮斜管上的管嘴與梁、斜撐等發(fā)生碰撞，還需考慮斜管本體與構(gòu)架的碰撞，及時確定梁的尺寸，進(jìn)而確定平臺形式及標(biāo)高。

(3) 對于新增的外取熱器及汽包等設(shè)備，需設(shè)置新的框架支撐，新增框架需選擇最有利的位置，不能占據(jù)分餾塔等設(shè)備的檢修空間，也不能與再生器外置料腿、大支架等發(fā)生碰撞。因此，在設(shè)計過程中需查閱舊圖紙，多放樣，以減少不合理的設(shè)計。

2 反-再系統(tǒng)管道改造設(shè)計

2.1 反應(yīng)器、再生器管道設(shè)計

提升管反應(yīng)器管道應(yīng)遵循自上而下規(guī)劃設(shè)計的原則，回?zé)捰图盎責(zé)捰蜐{管道的操作溫度達(dá)到350 ℃，固定點(diǎn)通常設(shè)置在管橋上。因此，當(dāng)裝置處于運(yùn)行狀態(tài)時，位于反-再構(gòu)架的立管會產(chǎn)生向上的熱位移，管道要與構(gòu)架平臺及梁之間留有足夠的熱脹空間，以避免與構(gòu)架發(fā)生碰撞[2]。

本次改造將原料油由原來的6支分路流控進(jìn)料改為總管流控，由環(huán)管分布為6支路進(jìn)料。為防止提升管內(nèi)介質(zhì)倒流，進(jìn)料噴嘴管道需至少高出噴嘴10倍DN值且不小于1 m的Π彎，入口根部閘閥安裝在立管上，止回閥水平安裝在彎管頂部。環(huán)管需用彈簧支撐，若管道自身柔性無法完全吸收提升管向上的熱位移，則可設(shè)置彈簧支撐，如圖2所示。

再生器主要涉及到的管道包括主風(fēng)管、煙氣管線、松動吹掃點(diǎn)及催化劑卸劑管線等，本次改造主風(fēng)及煙氣管線未改動。對于松動點(diǎn)、吹掃點(diǎn)在設(shè)計過程中要盡量利用以前的服務(wù)站，對于影響施工的需要進(jìn)行整體拆除，以便于后期復(fù)位利用。針對反-再系統(tǒng)吹掃點(diǎn)、松動點(diǎn)數(shù)量多、管徑小的特點(diǎn)，在服務(wù)站典型圖上標(biāo)明松動風(fēng)、吹掃蒸汽需要引至的位置，事先對松動點(diǎn)、吹掃點(diǎn)進(jìn)行編號并標(biāo)注在平面圖上。

催化劑管線通常由壓縮空氣輸送，由于催化劑一直處于流化態(tài)，為降低催化劑對管道的磨損應(yīng)盡量少拐彎，必須拐彎時，彎頭需選用曲率半徑不小于6倍DN值的煨彎管，且彎頭需局部加厚[3]。當(dāng)催化劑管線支管與主管相接時，支管需沿著主管催化劑流向以45°斜插接入。對于較長的催化劑管線，為防止催化劑堆積，需在彎頭起點(diǎn)處增加松動風(fēng)管，如圖3所示。

2.2 外取熱器及汽包管道設(shè)計

外取熱器是用于吸收再生器內(nèi)催化劑熱量進(jìn)行發(fā)汽的設(shè)備，通過斜管跟再生器聯(lián)接，斜管上裝有滑閥。設(shè)計過程中需考慮到滑閥閥桿的安裝空間，防止與構(gòu)架發(fā)生碰撞，同時要預(yù)留滑閥控制柜的安裝空間，滑閥控制柜宜布置在滑閥周圍，不宜過遠(yuǎn)。外取熱器頂部汽水管道設(shè)計為設(shè)計難點(diǎn)，以改造第一再生器外取熱器為例，封頭頂部管束共54個管嘴，包括27根汽包凝結(jié)水管線入口管嘴(DN150)及27根蒸汽返回管線出口管嘴(DN200)，封頭直徑為2.9 m。外取熱器管道設(shè)計的特點(diǎn)為管線多、空間小、溫度高。

設(shè)計過程中需根據(jù)管線數(shù)量及外取汽包構(gòu)架大小確定管線的層數(shù)，并進(jìn)行管道規(guī)劃。管道規(guī)劃可以遵循由外到內(nèi)、由低到高的原則，即先規(guī)劃外圍低層管道。凝結(jié)水入口管道從頂部進(jìn)入，管道設(shè)計相對簡單，管道自管嘴升高至相應(yīng)層高后再改變方向；對于內(nèi)圈的蒸汽返回口管道，由于從側(cè)面出且空間相對狹小，要采取插縫的方式將管道引出后改變方向，升至相應(yīng)層高，在此可采用非標(biāo)準(zhǔn)彎頭，由施工隊(duì)現(xiàn)場切割。規(guī)劃完成后，需及時進(jìn)行應(yīng)力計算，若管嘴受力偏大需進(jìn)行核算，以不高于1.2 t為宜。管嘴開口方位及標(biāo)高如圖4所示。

為使蒸汽在返回汽包過程中產(chǎn)生的凝結(jié)水倒流至外取熱器，設(shè)計蒸汽返回管線時需考慮坡度，坡度不應(yīng)小于0.13(約7.5°)，凝結(jié)水管道雖無坡度要求，但為了管道的整體美觀，同時避免與不同層高的坡度管發(fā)生碰撞，建議與蒸汽返回管采取相同坡度。由于汽水管線溫度較高(約260 ℃)，且管道長度較大，需設(shè)置較多的彈簧支撐，考慮到汽水管線特別是蒸汽返回管為氣液混相，在裝置運(yùn)行過程中很容易發(fā)生振動。因此，建議對相鄰管道進(jìn)行捆綁支撐，可有效防止管道振動，如圖5所示。

2.3 管道支撐設(shè)計

管道支吊架對于管道的安全平穩(wěn)運(yùn)行起到至關(guān)重要的作用，反-再系統(tǒng)管道大多為高溫管道，需進(jìn)行應(yīng)力計算，應(yīng)嚴(yán)格按照應(yīng)力報告設(shè)置支吊架。對于提升管入口噴嘴管道，從經(jīng)濟(jì)性考慮，應(yīng)利用提升管外壁支撐，采用吊架形式，避免支架生根在構(gòu)架上，若必須要設(shè)置在構(gòu)架上，需用彈簧支吊架以吸收提升管熱位移。直徑較大的管道在選用彈簧支撐時，為了增大受力面積且使受力均勻，最好選用兩個以上的彈簧支撐。在選彈簧時，應(yīng)盡量將彈簧位移設(shè)置在行程的中間位置，防止超過行程導(dǎo)致彈簧失效。對于外取熱器及汽包的汽水管線，則應(yīng)采取必要的防震措施。

3 結(jié) 論

本次重油催化裂化反-再系統(tǒng)改造難點(diǎn)主要在于舊管線的拆除、進(jìn)料噴嘴系統(tǒng)的合理布置、框架主體結(jié)構(gòu)的改造及外取熱器和汽包構(gòu)架管道規(guī)劃。通過對多種設(shè)計方案進(jìn)行對比優(yōu)化，達(dá)到了較好的改造效果。目前，大連石化1 400 kt/a重油催化裂化裝置已一次開車投產(chǎn)成功，裝置運(yùn)行平穩(wěn)，產(chǎn)品合格，反-再系統(tǒng)生產(chǎn)操作靈活、方便。表明該工藝技術(shù)具有先進(jìn)性，同時體現(xiàn)出優(yōu)良的管道設(shè)計方案對于裝置平穩(wěn)運(yùn)行的重要性。該改造設(shè)計的成功，可為其他類似停工檢修改造項(xiàng)目提供參考。在改造設(shè)計前需多查閱裝置原設(shè)計圖紙及歷次改造圖紙，了解裝置現(xiàn)場情況，仔細(xì)核對管口方位、設(shè)備基礎(chǔ)、平臺開洞及構(gòu)架斜撐等情況，盡可能減少裝置管道設(shè)計上的不足。

[1] 趙波．淺析催化裂化裝置反應(yīng)油氣管線的設(shè)計[J]. 廣州化工, 2013, 41(12): 52-55.

[2] 王玉璋. 重油催化裂化裝置技改中的管道設(shè)計[J]. 石油化工安全技術(shù), 2001, 12(5): 22-24.

[3] 范有慧. 催化裂化裝置反再系統(tǒng)的配管設(shè)計[J]. 石油化工安全技術(shù), 2003, 19(2): 18-20.

ArchitectureandpipereconstructiondesignofRFCCunitreactor-regeneratorsystem

LyuChanghai，XiaDebao

(CPECCEast-ChinaDesignBranch,Qingdao266071,China)

As the core part of refinery unit, the piping design of reactor-regenerator system for Residue Fluid Catalytic Cracking (RFCC) unit has always been the technical difficulty of refinery piping design. By analyzing and summarizing the problems encountered in the design and construction process of 1 400 kt/a RFCC unit reactor-regenerator system reconstruction project of PetroChina Dalian Petrochemical Company, solutions and recommendations about the architecture and pipe reconstruction design of reactor-regenerator system were proposed respectively.

residue fluid catalytic cracking (RFCC), reactor-regenerator system, architecture design, piping design, reconstruction

呂昌海(1984-)，男，2010年7月畢業(yè)于青島科技大學(xué)化工機(jī)械專業(yè)，碩士研究生，工程師，現(xiàn)任職于中國石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計分公司，從事煉油催化裂化、汽柴油加氫精制等方面的管道安裝、設(shè)計工作。E-maillvchanghai@cnpccei.cn

TE966

B

10.3969/j.issn.1007-3426.2015.03.007

2014-08-25；編輯溫冬云