催化反再系統(tǒng)外取熱管道設計淺析

楊 靜

(中石化廣州工程有限公司，廣東 廣州 510000)

隨著目前煉油行業(yè)中加工原料的不斷重質化和劣質化，生焦量不斷提高，過多的燒焦熱量使催化劑再生溫度過高，破壞再生器的內構件并大大加速催化劑減活，此時取熱器的作用就顯得至關重要。用取熱器從再生器中取出多余的熱量是調節(jié)裝置熱平衡最直接的手段[1]。外取熱器是最關鍵的設備，它設置在再生器外部，通過顆粒循環(huán)管線和再生器連通，內部通常設置多組垂直管束。具有取熱負荷的調節(jié)范圍大，調節(jié)靈便，設備可靠性高等特點，因此獲得了廣泛的應用。

本文以某石化330萬t/a重油催化裂化裝置(采用UOP工藝包)為例，對外取熱管道設計進行探討。

1 外取熱器平面布置

圖1 外取熱器平面布置

Fig.1 Pump plot plan

為取得理想的換熱效果，外取熱器應盡量靠近再生器布置。該裝置中，外取熱器到再生器中心的水平距離為9.526 m，兩臺外取熱器在再生器左側對稱布置，與再生器中心線夾角均成30°，與外取熱對應的兩臺中壓汽水分離器分別布置在催化劑罐構架和三旋構架的頂部，中壓汽水分離器與外取熱器的水平距離分別為11.224 m和11.5 m。平面布置圖如圖1所示。為確保催化劑流化盡量均勻，外取熱器的開口和外循環(huán)管開口、再生斜管開口、待生斜管開口應沿再生器的器壁呈一定角度分散布置，避免靠近布置。

外取熱器與中壓汽水分離器間距不宜太遠或太近。太遠浪費占地與材料，且給管道支撐帶來困難；太近則不利于管道熱補償，中壓汽水分離器應優(yōu)先考慮與外取熱器對中布置(即外取熱器中心線到中壓汽水分離器左右鞍座等距)，以利于汽水管線的布置。但在具體設計中受客觀條件限制，有時不宜做到。

2 外取熱管道布置

外取熱器管道的布置要結合管束排布及平面布置綜合考慮。上升管與下降管的特點是數(shù)量多且排布密集。該裝置為中外取熱器有43根DN200的上升管和43根DN150的下降管，中壓汽水分離器上有22個DN300的上升管嘴和11個DN350的下降管嘴。從外取熱器出來的管子和中壓汽水分離器的管道之間通過8組集合管分配連接。

管道從外取熱器抽出后按不同標高分為四層，第一層和第四層為下降管，中間的兩層為上升管。而第一層和第二層均有22根管子，第三層和第四層則有21根管子。四層管道分別在外取熱構架梁和放置中壓汽水分離器的三旋構架梁上支撐后，穿過中壓汽水分離器的下層平臺(此平臺與放置中壓汽水分離器的平臺高差為5.5 m)，且每根管道在此平臺的上方均通過切斷閥與集合管連接，最終進入中壓汽水分離器。管道設計如圖2所示。

圖2 上升管與下降管的管道設計

Fig.2 Piping design of the riser-pipes and down comers

3 外取熱管道支架選型

圖3 管道支架型式

由于上升管與下降管管道數(shù)目較多，因此在進行應力分析時均選取每層比較有代表性的幾根管道進行計算，比如最外圍和相對靠近中間的管子，在應力計算結果的基礎上，可以將臨近的幾根管子的熱位移量和荷載取相同的數(shù)值，選用同一型號的彈簧，以盡量減少彈簧規(guī)格；同時也可將走向一致的幾根管道捆綁在一起共同做支架，例如四根走向相同的管道管托下部先用一根H型鋼做支撐，在H型鋼下部可以將載荷合并后再平

均分配，減少彈簧的數(shù)量，如圖3所示。這樣既很好的解決了管道間距小，支架位置不足的困難，同時也給采購和施工帶來了方便。值得注意的是，由于上升管具有傾斜角度，該管道的管托需做成傾斜管托，管托底部安裝時保證水平。

綜合最后應力分析及彈簧選型結果得出：管系靠近外取熱器及集合管的第一個支架均為彈簧支架，此處位移量都相對較大；有應力分析結果的點按照分析結果選擇恒力彈簧或者可變彈簧，在本項目中未經(jīng)應力分析的管道手動選簧時，當位移量大于60 mm時均應選用恒力彈簧。

4 結束語

(1)外取熱器管道排布密集，管道數(shù)量較多，在設計初期就應提前進行管道規(guī)劃，以方便后面進行的應力分析及構架梁的設計。外取熱管道設計時應盡量減少接頭焊縫或改進管束接頭相距過近的問題，創(chuàng)造比較好的施焊條件[2]。

(2)外取熱器上升管和下降管要充分利用平面布置，通過管道的自然走向進行熱補償，管道支架的設置應考慮位置限制，盡量減少彈簧選用的規(guī)格及數(shù)量，避免給采購和施工帶來不必要的麻煩。坡度管的存在使得彎頭連接件為非標準90°或45°彎頭，因此在保證管系自然補償?shù)幕A上可適當減少彎頭數(shù)量，便于施工。