石油化工裝置工藝管道設(shè)計(jì)分析

金玉山

常州市天成安全評(píng)價(jià)有限公司，中國·江蘇 常州 213127

1 引言

作為一個(gè)合格的化工技術(shù)工程師，首先要對(duì)工藝管道進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，掌握石油化工的新工藝和新技術(shù)也是化工技術(shù)工程師的責(zé)任之一。裝置工藝管道的過程涉及的步驟比較繁多，操作起來也非常復(fù)雜，因此掌握扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)是基本要領(lǐng)。

2 石油化工裝置工藝管道的設(shè)計(jì)

2.1 石油化工裝置的管道設(shè)計(jì)工藝過程的安全設(shè)計(jì)

在石油化工裝置工藝管道設(shè)計(jì)的過程中，首要考慮的是安全問題。眾所周知，石油化工裝置很容易出現(xiàn)失火和爆炸等突發(fā)事件，一個(gè)好的裝置首先要保證裝置安全和員工操作安全。

首先，在設(shè)計(jì)工藝路線時(shí)，應(yīng)該選擇危險(xiǎn)度較低的原材料，選擇原材料時(shí)要秉持防火防腐蝕的原則，不能為了貪圖節(jié)省成本而不考慮安全問題。選用合適的原材料不僅能保證管道的安全，還能增加管道對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性。

其次，在進(jìn)行管道設(shè)計(jì)時(shí)，要著重注意警報(bào)裝置的靈敏性。石油化工裝置運(yùn)行的過程中可能會(huì)出現(xiàn)各種各樣的突發(fā)狀況，如果警報(bào)裝置不夠靈敏可能會(huì)導(dǎo)致意外發(fā)生時(shí)無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)，因此在設(shè)計(jì)時(shí)一定要注意警報(bào)裝置的容錯(cuò)性。警報(bào)裝置也是保障管道和工作人員人身安全的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，靈敏的警告裝置可以使工作人員早發(fā)現(xiàn)、早解決，避免不必要的意外發(fā)生。

最后，一個(gè)完整的管道設(shè)計(jì)需要擁有應(yīng)急裝置，如果遇到突發(fā)情況系統(tǒng)能自動(dòng)叫停，這在一定程度上也保證了工作人員的人身安全。

2.2 石油化工裝置工藝管道材料與等級(jí)分界的合理性設(shè)計(jì)

如果說設(shè)計(jì)工藝管道時(shí)安全性是第一，那么管道的合理性就應(yīng)當(dāng)排第二。技術(shù)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)一定要重視高壓系統(tǒng)與低壓系統(tǒng)的銜接，由于壓力等級(jí)和材質(zhì)可能出現(xiàn)不相同的情況，因此技術(shù)人員要根據(jù)具體情況進(jìn)行具體分析。如果壓力等級(jí)相同，但材質(zhì)不同，這時(shí)技術(shù)人員就可以將法蘭和墊片選用低材質(zhì)，而螺栓及閥門則需要采用高材質(zhì)。如果壓力等級(jí)不同，但材質(zhì)相同，這時(shí)無論是法蘭、墊片、螺栓還是閥門，都要采用高壓材質(zhì)。最后一種情況則是壓力等級(jí)和材質(zhì)都不相同，這種情況就要結(jié)合前兩種情況進(jìn)行選用材質(zhì)。只有合理地將壓力等級(jí)和材質(zhì)正確匹配，才能保證工藝管道裝置的正常運(yùn)行。

2.3 石油化工裝置工藝管道的管架設(shè)計(jì)

管架的設(shè)計(jì)也是工藝管道裝置的一部分，如果管架的設(shè)計(jì)不夠合理，則會(huì)對(duì)日后的使用造成一定的安全隱患。一旦出現(xiàn)問題不僅會(huì)影響管道的正常使用，嚴(yán)重的還有可能會(huì)造成事故發(fā)生。設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)時(shí)可以通過減少管道與支架的相對(duì)位移來保證管道運(yùn)行的安全性。此外，設(shè)計(jì)師還需要根據(jù)承重支架具體的承重情況來調(diào)整管道。大部分的管道承重支架都是一個(gè)，如果需要添加第二個(gè)承重支架，設(shè)計(jì)師就需要為支架設(shè)置彈簧吊架。

3 石油化工的新工藝

3.1 芳烴聯(lián)合裝置

石油路線生產(chǎn)對(duì)二甲苯的過程一般是采用兩種方法.第一種方法就是通過石腦油催化重整來生成混二甲苯；第二種方法就是利用乙烯裝置所產(chǎn)生的副產(chǎn)品來生成混二甲苯。紅二甲苯生成以后可以通過分子篩來進(jìn)行分離，由此一來，對(duì)二甲苯就可以從一體混合物中分離，通過這種方式得到的對(duì)二甲苯純度較高。一般的芳烴聯(lián)合裝置的核心技術(shù)主要是催化重整，其次就是對(duì)二甲苯的分離。從芳烴生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)經(jīng)過了幾十年的歷史，該項(xiàng)技術(shù)主要是美國和法國研發(fā)的，近年來，中國也逐漸形成了獨(dú)立的芳烴生產(chǎn)技術(shù)。

3.2 甲苯擇形歧化技術(shù)

甲苯擇形歧化技術(shù)主要是將甲苯用催化劑進(jìn)行轉(zhuǎn)移，通過甲苯分子的轉(zhuǎn)移形成一個(gè)苯分子和一個(gè)二甲苯分子。在生產(chǎn)的過程中，可以通過甲苯擇形催化來抑制二甲苯的副反應(yīng)，經(jīng)科學(xué)的實(shí)踐研究表明，通過該技術(shù)來副反應(yīng)的效果比較明顯。該項(xiàng)技術(shù)不僅能將目的產(chǎn)物和副產(chǎn)物的分離過程簡化，還能在一定程度上減少能源的消耗，在時(shí)間效益和經(jīng)濟(jì)效益上都占有一定的優(yōu)勢。但甲苯擇形歧化技術(shù)對(duì)原材料的要求比較高，該項(xiàng)技術(shù)在發(fā)生反應(yīng)時(shí)只能使用純甲苯，如果甲苯原料的純度不達(dá)標(biāo)，則會(huì)在一定程度上影響該項(xiàng)技術(shù)實(shí)施的效果。

3.3 二甲苯異構(gòu)化技術(shù)

所謂二甲苯異構(gòu)化技術(shù)，就是對(duì)二甲苯其中的一個(gè)芳烴進(jìn)行催化，通過催化將同分異構(gòu)體進(jìn)行重新平衡。該工藝技術(shù)主要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)就是對(duì)二甲苯的增產(chǎn)，由于對(duì)二甲苯產(chǎn)出的產(chǎn)量是有限的，通過該項(xiàng)技術(shù)可以將對(duì)二甲苯的產(chǎn)量提高30%～50%，這樣不僅節(jié)省了經(jīng)濟(jì)開支，而且使整個(gè)工藝流程的完成更加迅速。目前，中國一般采用乙苯的異構(gòu)轉(zhuǎn)化來實(shí)現(xiàn)對(duì)二甲苯的增產(chǎn)，甲苯擇形歧化技術(shù)經(jīng)過不斷的改善已經(jīng)趨于成熟，這項(xiàng)技術(shù)的核心操作就是催化過程，技術(shù)人員在進(jìn)行催化時(shí)一定要嚴(yán)格把控催化劑的使用。

3.4 甲苯和甲醇烷基化生產(chǎn)對(duì)二甲苯

這項(xiàng)技術(shù)早在20世紀(jì)60年代就已經(jīng)問世，美國研發(fā)出來的分子篩對(duì)甲苯和甲醇烷基化生產(chǎn)對(duì)二甲苯的技術(shù)有著很大的推進(jìn)作用。自此，中國和國際上的研究者都開始嘗試多種方法對(duì)分子篩進(jìn)行改性。通過科學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)，運(yùn)用一定的技術(shù)手段將分子篩外表面的孔口進(jìn)行修飾可以在一定程度上提高分子篩對(duì)二甲苯的選擇性，這一發(fā)現(xiàn)對(duì)甲苯和甲醇烷基化生產(chǎn)對(duì)二甲苯的技術(shù)有著實(shí)質(zhì)性的提高。其主要的改性方法有水蒸氣處理法，還有金屬降酸法，這些方法都可以提高結(jié)果產(chǎn)物中對(duì)二甲苯的選擇性。雖然這項(xiàng)技術(shù)經(jīng)過了長久的發(fā)展，但投入工業(yè)化生產(chǎn)時(shí)還存在一定的技術(shù)困難。

3.5 苯和甲醇烷基化制對(duì)二甲苯

美國曾研發(fā)出來的分子篩對(duì)很多甲基的催化都十分有效，因此該分子篩也是研究學(xué)者著重研究的對(duì)象。苯和甲醇烷基化制對(duì)二甲苯也是在利用分子篩的前提下進(jìn)行催化來生產(chǎn)對(duì)二甲苯。目前，中國華東理工大學(xué)以及同濟(jì)大學(xué)都對(duì)該項(xiàng)技術(shù)投入了研究[1]。

3.6 煤炭轉(zhuǎn)化生產(chǎn)對(duì)二甲苯

通過煤炭轉(zhuǎn)化來生產(chǎn)對(duì)二甲苯一般有兩種方法，其中一個(gè)方法就是從煤焦化的產(chǎn)物中進(jìn)行提取，但由于煤焦油中的雜質(zhì)較高，所以提取出來的對(duì)二甲苯一般都是用作溶劑。而另一個(gè)方法是利用煤將甲醇芳構(gòu)化來制取對(duì)二甲苯，但由于該方法的反應(yīng)過程比較復(fù)雜，所以對(duì)催化過程的要求較高。通過這種方法可以生成二甲醚，然后二甲醚可以與低碳烯烴相互反應(yīng)生成芳烴。但由于這兩種方法的限制性較高，因此目前中國一般不采用煤炭轉(zhuǎn)化生成對(duì)二甲苯。

3.7 石油化工催化劑生產(chǎn)技術(shù)

通過前幾個(gè)方法可以發(fā)現(xiàn)，任何一種石油化工技術(shù)都離不開催化劑的催化。催化劑不僅可以將物質(zhì)分解，還能促進(jìn)物質(zhì)的合成。目前中國研發(fā)出來的催化劑主要有丙烯腈催化劑、甲苯歧化與烷基轉(zhuǎn)移催化劑、聚乙烯催化劑等。這些催化劑的反應(yīng)效果十分良好，經(jīng)過中國研究人員的努力，這些催化劑的催化水平已經(jīng)達(dá)到了國際水平[2]。

4 石油化工裝置工藝管道設(shè)計(jì)所面臨的機(jī)遇挑戰(zhàn)

4.1 跨國公司所帶來的全方位競爭

由于石油是每個(gè)國家都需要的資源，因此各國的跨國公司開啟了全方位的競爭。近年來，經(jīng)濟(jì)全球化的趨勢越來越明顯，高性能的催化劑不斷地出現(xiàn)在市場上，研究人員需要不斷地將石油化工技術(shù)進(jìn)行更新?lián)Q代。石油生產(chǎn)裝置的規(guī)模擴(kuò)大不僅對(duì)世界帶來了挑戰(zhàn)，對(duì)中國的石化企業(yè)也帶來了一定的壓力。

4.2 日益嚴(yán)格的環(huán)保要求對(duì)中國石化企業(yè)的發(fā)展提出了新挑戰(zhàn)

由于人類的環(huán)保意識(shí)不斷增強(qiáng)，在進(jìn)行催化的過程中會(huì)產(chǎn)生一定的有害氣體以及多余產(chǎn)物，因此在生產(chǎn)過程中石化企業(yè)必須擔(dān)負(fù)保護(hù)環(huán)境的基本責(zé)任。這就要求技術(shù)人員在研發(fā)新技術(shù)時(shí)，不僅要考慮技術(shù)的實(shí)用性，還需要考慮環(huán)保問題[3]。

5 結(jié)語

總而言之，工藝管道的設(shè)計(jì)涉及方方面面，中國是由企業(yè)所需要的技術(shù)型人才還很多，作為一個(gè)化工技術(shù)工程師應(yīng)當(dāng)扎實(shí)的學(xué)好基本知識(shí)，為中國石油企業(yè)作出貢獻(xiàn)。