乙烯精餾塔管道設計

第42卷第15期廣州化工Vol. 42 No.152014年8月Guangzhou Chemical IndustryAug. 2014 .乙烯精餾塔管道設計丁勇(中石化洛陽(yáng)工程有限公司，河南洛陽(yáng)471003)摘要:在DMTO裝置的烯烴分離單元中，乙烯精餾塔作為得到合格的產(chǎn)品乙烯的關(guān)鍵設備之-, 合理的設備及管道設計,是實(shí)現連續安全生產(chǎn)的關(guān)鍵。結合某- - DMTO裝置中乙烯精餾塔的管道設計,介紹了乙烯精餾塔裙座高度的計算及相關(guān)影響因素,闡述了低溫管道設計要點(diǎn)，并對敷塔管線(xiàn)支吊架設計和平臺梯子的設置要點(diǎn)進(jìn)行了說(shuō)明。關(guān)鍵詞:乙烯精餾塔;裙座高度;低溫管道;支吊架中圖分類(lèi)號: TQO55. 81文獻標志碼: B文章編號: 1001 -9677(2014)015 -0204 -04.Piping Design of the Ethylene Rectifying ColumnDING Yong( Luoyang Engineering Co.，Ld.，SINOPEC, Henan Luoyang 471003, China)Abstract: In order to get acceptable ethylene product，the ethylene rectifying column was one of the most importantequipment in the OCU of DMTO device. The reasonable equipment layout and piping design was the key to providecontinuous production safety. In a case study of a DMTO device, the essentials in the piping design of ethylene rectifyingcolumn were described to introduce the tower skirt height calculation，related influence factors ，the low temperature pipingdesign key points. In addition，the attaching tower piping support designing and plat form ladders setting were expoundedKey words: ethylene rectifying column ; tower skirt heights ; low temperature piping ; support在DMTO裝置的烯烴分離單元，乙烯精餾塔的目的是分離計算如下:乙烯和乙烷，得到合格的產(chǎn)品乙烯。其作為烯烴單元主要的產(chǎn)裙座高度: H=h +h2 +hs-h,品塔之- -一，合理的設備及管道的布置設計，是實(shí)現安全生產(chǎn)的式中: h重沸器基礎高度，根據管道口徑及配管方式關(guān)鍵。本文主要從乙烯精餾塔及其相關(guān)管道的設計參數出發(fā)介計算，按最低高度取值紹該塔及其相關(guān)管道的布置設計要點(diǎn)。重沸器鞍座高度，由設備專(zhuān)業(yè)定，一般為200 ~ 300 mm1設備參數熱虹吸要求mm，工藝給出重沸器人口嘴子到塔底切線(xiàn)的最小高度為4 745 mm乙烯精餾塔的直徑3 200 mm,切線(xiàn)高68 100 mm,是裝置h,一塔基礎高度，-般為200mm中較高的塔器之- - -。采用129層浮閥雙溢流塔板，通過(guò)塔頂回流和塔底重沸器及側線(xiàn)重沸器的返回，實(shí)現連續精餾。其主要設計參數見(jiàn)表1。表1塔設計參數溫度/C壓力/MPa塔頂塔底H操作工況-34. 3-11.61.6371. 714設計工況-451.94由表1可知，整個(gè)塔的操作溫度均為低溫，塔的設計需按中國煤化工度冷設備進(jìn)行。塔的隔熱類(lèi)別為保冷，并要求進(jìn)行熱處理。.MHCNMHG,2設備裙座高度的確定實(shí)際mT，rT時(shí)附莊間儀需考慮- 定的裕量，并結合工藝流程給出的距地面的最小高度要求(8000 mm)，以及管根據塔底重沸器的熱虹吸并考慮一定的沿程阻力損失， 計廊側梁標高和與構架的聯(lián)合平臺的設置情況綜合考慮后確定。算塔的裙座高度(見(jiàn)圖1)。塔和重沸器位于同一標高的地面,作者簡(jiǎn)介:丁勇，男，工程師，2004 年畢業(yè)于四川大學(xué)過(guò)程裝備與控制工程，從事管道設計工作。第42卷第15期丁勇:乙烯精餾塔管道設計205采用奧氏體不銹鋼材料，如塔上管道低點(diǎn)排凝閥后及塔頂安全3低溫管道設計要點(diǎn)閥后的放空管線(xiàn)，均采用奧氏體不銹鋼材料。塔上的主要工藝管道為保冷管道，管道設計應滿(mǎn)足低溫管3.2 管道及閥門(mén)安裝要求道的設計要求，主要考慮材料的低溫脆性和保冷結構的設計以3.2. 1基本要求及保冷需求產(chǎn)生的- -系列設計要求。(1)防止冷縮。管道需考慮- -定的柔性進(jìn)行自然補償。3.1管道材質(zhì)(2)保冷。保冷結構自?xún)认蛲庥杀＠鋵?、防潮層、保護層塔上的主要工藝管道操作溫度為-11.5~ -35.2 C,設計且成”。保冷層對維護介質(zhì)溫度穩定起主要作用，防潮層是保溫度-45 C。通常對于國標材料設計溫度低于或等于-20 C冷結構用于防水、防潮維護保冷層保冷效果的關(guān)鍵。保護層包的管道，對于美標材料設計溫度低于-29 C的管道，都稱(chēng)為低覆在保冷層的外面，其保護和防止大氣、風(fēng)、雨雪致使保冷層溫管道，其管線(xiàn)的設計、制造、施工、檢驗和驗收均按低溫管破壞的作用，延長(cháng)保冷層的使用壽命，并使保冷結構外形美道的要求來(lái)執行21。低溫管道的材料選用應經(jīng)濟合理，滿(mǎn)足設觀(guān)”。保冷材料應采用閉孔、阻燃、低吸水、吸濕率的材料制計溫度下的低溫沖擊韌性.防止管線(xiàn)的脆裂和脆斷。通常對于品。-46C級的低溫碳鋼管，主要選用ASTM標準的無(wú)縫鋼管3.2.2安裝要點(diǎn)(1)塔底排凝管道安裝設計要點(diǎn)A333Gr. 6。低溫管道的放空排凝等應注意該低溫液體介質(zhì)排出后是否塔底排凝管道設有三閥組,分別為帶泄放孔的閘閥、排凝立即氣化,若氣化則介質(zhì)有可能迅速降溫，故應在一定范圍內閥以及截止閥。設計參數見(jiàn)表2。表2塔底排凝管道參數管段管徑DN等級操作溫度/C操作壓力/MPa 設計溫度/C 設計壓 力/MPa保 冷厚度/mm塔排凝口等級分界1B2A-11.61.716-451. 95等級分界2100B21K .-1150 +75冷火炬00A21KAMB/ -110 0.075 ~0. 15-1150. 45無(wú)保冷由表2可知，塔排凝口至第一一個(gè)切斷閥之間的管道為帶有⑤保冷管道及不保冷冷管管道的支架均應選擇帶隔冷塊的保冷層的低溫管道，管道材質(zhì)A333GR. 6;兩個(gè)切斷閥及之間保冷支架。的管道為帶保冷層的低溫管道，保冷層分為雙層，管道材質(zhì)為(2)塔頂管道上安全閥組安裝要點(diǎn)不銹鋼;截止閥后至冷火炬為不保冷冷管，管道材質(zhì)為不銹鋼管道。管道布置圖見(jiàn)圖2。B21K [B2A]A210、B21K等級分豹圖3塔頂管道上安全閥組的安裝圖2塔底排凝管道安裝圖塔頂管道上安全閥組的安裝圖見(jiàn)圖3。管道工況:安全閥前管道安裝要求如下:①設備嘴子法蘭及閥門(mén)法蘭與彎頭不宜直接連接!4,需預為低溫保冷管道，安全閥后為不保冷冷管。旁通管線(xiàn)閥前為保留一定的直管段，以保證法蘭拆卸時(shí)不破壞管道的保冷層。截冷管道( 包括閥)，閥后為不保冷冷管。管道安裝要求見(jiàn)表3。止閥后的管道為無(wú)保冷層管道，可直接最小連接。表3安全閥組 管道安裝要求②第一個(gè)切斷閥后因介質(zhì)的氣化導致管線(xiàn)溫度下降，易結法蘭與管件閥門(mén)閥門(mén)閥是否霜結冰，管線(xiàn)保冷層加厚，為節省費用，保冷層分兩層設置。是否直接連接安裝方向桿朝向保冷③低溫閥宜安裝在水平管道上，閥桿方向宜垂直向上'*低溫閥門(mén)為加長(cháng)閥蓋結構，為保護填料，要求閥桿垂直向上安安全閥前中國煤化工真直水平裝。因閥桿加長(cháng)，應注意與相鄰管道是否碰撞,需留有一定的安全閥后THCN MH G直間隙。排凝閥也應水平安裝，因閥桿較長(cháng)主管保冷較厚,排凝旁通管閥廣]的安裝應伸出管道的保冷層，避免閥桿與主管保冷層相撞。旁通管閥后是④閥門(mén)設有泄放孔。當閥門(mén)完全關(guān)閉時(shí)，密封在密封腔內的液體氣化，會(huì )產(chǎn)生額外的壓力破壞閥門(mén),因此設置泄放孔釋由此可見(jiàn)安全閥的進(jìn)出口低溫管道設計的不同之處在于其放壓力。有泄放孔的低溫閘閥，應標記泄放孔方向。閥門(mén)安裝切斷閥及旁路閥閥桿應水平安裝[4)，不得朝上，以免閥桿和閥.時(shí)，泄壓孔宜朝向管道系統的高壓側。板連接的銷(xiāo)釘腐蝕或松動(dòng)時(shí)，閥板下滑。因閥門(mén)的閥桿較長(cháng),206廣州化工2014年8月需考慮對操作及通彳行的影響。根據塔上相應高度管道的溫度值模擬出塔的溫度梯度，并(3)其他設計管線(xiàn)上支架的設置位置，見(jiàn)圖4所示。保冷管道上調節閥組的安裝應注意旁通閥及切斷閥均應水(1) 荷載選用平安裝，閥桿垂直向上，為保證操作，一般旁通閥與調節閥靠操作荷載的分布為:第一個(gè)承重總荷載的1/2,兩個(gè)彈簧近地面平行安裝，水平間距需考慮保冷厚度;熱偶開(kāi)口,應保共分擔總荷載的 1/2。證熱偶法蘭外緣距主管保冷層的最外邊的凈空不小于螺栓長(cháng)度根據管道密度，管道總長(cháng)度59 m,計算立管承重支架總操加25 mm,尤其注意保冷層較厚的管道，應確認是否需加長(cháng)熱作重 8300 kg (金屬重+介質(zhì)重+保冷材料重)，其中節點(diǎn)①承偶法蘭的外伸長(cháng)度;壓力表的儀表根部閥、孔板取壓閥等也應受重量4100 kg，節點(diǎn)②,③各承受2100 kg。但節點(diǎn)①處的支水平安裝，設計中應避免與主管保冷層相撞并考慮支撐。架還需考慮彈簧失效情況下的荷載。(2)彈簧位移的計算4支架設計設備及管道上兩節點(diǎn)間的冷縮量的計算見(jiàn)表5、表6。表以塔頂管線(xiàn)為例，介紹敷塔管道支架設計要點(diǎn)。塔頂管道中，線(xiàn)脹系數是根據相應節點(diǎn)間的操作溫度值，用插值法算出。設計參數見(jiàn)表4。表5設備相應節 點(diǎn)間的位移表4塔頂管道設計參 數介質(zhì)密度/設備節點(diǎn)號長(cháng)度線(xiàn)脹系數a/( mm/m)冷縮量/mm溫度/C壓力/MPa直徑/mm 保冷厚/mm(由20C至溫度1)(長(cháng)度x線(xiàn)脹系數)( kg/m3)操作工況- 34.31. 639A-bLa-0.553-2.764000032.19設計工況-451. 95b-B .12al-0.53802-8.29B-C0:- 10. 22管道材質(zhì)選用低溫鋼A333GR. 6,該管道在塔上的垂直管段長(cháng)度超過(guò)40 m,因垂直荷載較大，為避免局部應力過(guò)大，管表6管道相應節點(diǎn)間的位移道支架采取剛性支架與彈簧支架相結合的方式設置。管道長(cháng)度4.1支架的設置原則節點(diǎn)號(由20C至溫度t)敷塔支架的設置原則按- -個(gè)承重- -個(gè)導 向的原則，塔頂管①-②LA-0.5494-10.87道的第一個(gè)承重支架，在保證不影響設備焊縫的前提下，應設②-③L2A5_ 10. 43在距塔體上封頭焊縫以下最近的部位，以下設置導向支架。若需設置彈簧,則按承重-導向-彈簧-導向-彈簧-導向的原般情況下，由于生根點(diǎn)與塔體.上部，即塔頂油氣管道的則設置彈簧承重支。走向，正好構成一個(gè)倒“U”型。而這一-段內的溫差不大，冷在跨距允許范圍內，根據平臺的設置高度，可調整支架位縮量在生根點(diǎn)基 本抵消。故有下面的簡(jiǎn)化計算。置，尤其是彈簧支架，因考慮拔銷(xiāo)，彈簧承重支的位置應考慮節點(diǎn)位移如下:能在平臺上操作，其次應注意支架(尤其是三角支架)的高度②點(diǎn)位移: A=Ol +02-04= -0. 18 mm,位移向下。位置與塔的平臺梯子以及相鄰管道或支架是否相撞，并確保不③點(diǎn)位移:△=01 +02 +03-04-05=0.03 mm,位移向阻礙通行。上。4.2彈簧支 架力和位移的選用選用彈簧時(shí)其荷載除上述操作荷載外，還應加上保冷管道垂直管用承重支耳的重量。4.3支架特點(diǎn)低溫保冷管道的支架，必須有防止產(chǎn)生“冷橋“的措施，沿低溫保冷設備垂直敷設的管道上的支架，應在管道與剛性支架之間設木塊或硬質(zhì)隔熱材料塊，立管的承重支架設置型式見(jiàn)圖5(a)，立管的導向支架設置型式見(jiàn)圖5(b);塔.上支架生根處也應考慮隔冷塊，避免管道與碳鋼支架，碳鋼支架與設備的直接接觸，支架在設備生根處隔冷塊的設置型式見(jiàn)圖5(c)、圖5191-321 q(d)。此外應注意對于冷設備上的熱介質(zhì)管道，如消防蒸汽線(xiàn)等,若需在設備上設置支架，設備生根處仍需設置隔冷塊。但設計中應盡量減少在設備器壁上設置支架，多考慮平臺支撐。3-26131-31.9.01 .立管距設備外壁的距離需根據保冷支架的結構尺寸確定，以避免支架安中國煤化工地醫營(yíng)線(xiàn)支架設置示意對于|YHCNMH G保冷管托，放空排凝等不保冷冷管上的文架應達用小保冷冷官管托，設置隔冷塊。保冷或防結露設備上的支架均應生根預焊件。應注意管道華常成韓度支架預焊件的貼板與塔上平臺梯子的生根件是否碰撞。圖4塔溫度梯度及管道支架圖第42卷第15期丁勇:乙烯精餾塔管道設計207觀(guān)測和檢修,進(jìn)出人孔檢修,裝卸內構件,以及與相鄰設備及構筑物的平臺相連成聯(lián)合平臺等。乙烯精餾塔是保冷設備，其平臺梯子的設計除應滿(mǎn)足一般塔器上的平臺梯子的設計要求外，其不同之處在于其相應的平臺梁與設備相接處需要設置隔冷塊，中間用螺栓連接。設備平臺生根示意圖見(jiàn)圖5(e)。保冷匠冷塊設備頂平臺標高一般最少需高出設備最頂端300mm,需注意設手直管道承重支耳備嘴子的開(kāi)口高度及相應管道的安裝。北直管道內管托6結語(yǔ)設各外表的， 嚴牌件-由設備廠(chǎng)廣家徽乙烯精餾塔及管道的布置設計體現了冷設備冷管道設計的特殊性，文中結合具體實(shí)例給出了設計過(guò)程中的考慮要素，希望給后來(lái)者提供參考和借鑒。參考文獻K做[1] 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