乙烯精馏塔管道设计

第42卷第15期广州化工Vol. 42 No.152014年8月Guangzhou Chemical IndustryAug. 2014 .乙烯精馏塔管道设计丁勇(中石化洛阳工程有限公司，河南洛阳471003)摘要:在DMTO装置的烯烃分离单元中，乙烯精馏塔作为得到合格的产品乙烯的关键设备之-, 合理的设备及管道设计,是实现连续安全生产的关键。结合某- - DMTO装置中乙烯精馏塔的管道设计,介绍了乙烯精馏塔裙座高度的计算及相关影响因素,阐述了低温管道设计要点，并对敷塔管线支吊架设计和平台梯子的设置要点进行了说明。关键词:乙烯精馏塔;裙座高度;低温管道;支吊架中图分类号: TQO55. 81文献标志码: B文章编号: 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装置的烯烃分离单元，乙烯精馏塔的目的是分离计算如下:乙烯和乙烷，得到合格的产品乙烯。其作为烯烃单元主要的产裙座高度: H=h +h2 +hs-h,品塔之- -一，合理的设备及管道的布置设计，是实现安全生产的式中: h重沸器基础高度，根据管道口径及配管方式关键。本文主要从乙烯精馏塔及其相关管道的设计参数出发介计算，按最低高度取值绍该塔及其相关管道的布置设计要点。重沸器鞍座高度，由设备专业定，一般为200 ~ 300 mm1设备参数热虹吸要求mm，工艺给出重沸器人口嘴子到塔底切线的最小高度为4 745 mm乙烯精馏塔的直径3 200 mm,切线高68 100 mm,是装置h,一塔基础高度，-般为200mm中较高的塔器之- - -。采用129层浮阀双溢流塔板，通过塔顶回流和塔底重沸器及侧线重沸器的返回，实现连续精馏。其主要设计参数见表1。表1塔设计参数温度/C压力/MPa塔顶塔底H操作工况-34. 3-11.61.6371. 714设计工况-451.94由表1可知，整个塔的操作温度均为低温，塔的设计需按中国煤化工度冷设备进行。塔的隔热类别为保冷，并要求进行热处理。.MHCNMHG,2设备裙座高度的确定实际mT，rT时附庄间仪需考虑- 定的裕量，并结合工艺流程给出的距地面的最小高度要求(8000 mm)，以及管根据塔底重沸器的热虹吸并考虑一定的沿程阻力损失， 计廊侧梁标高和与构架的联合平台的设置情况综合考虑后确定。算塔的裙座高度(见图1)。塔和重沸器位于同一标高的地面,作者简介:丁勇，男，工程师，2004 年毕业于四川大学过程装备与控制工程，从事管道设计工作。第42卷第15期丁勇:乙烯精馏塔管道设计205采用奥氏体不锈钢材料，如塔上管道低点排凝阀后及塔顶安全3低温管道设计要点阀后的放空管线，均采用奥氏体不锈钢材料。塔上的主要工艺管道为保冷管道，管道设计应满足低温管3.2 管道及阀门安装要求道的设计要求，主要考虑材料的低温脆性和保冷结构的设计以3.2. 1基本要求及保冷需求产生的- -系列设计要求。(1)防止冷缩。管道需考虑- -定的柔性进行自然补偿。3.1管道材质(2)保冷。保冷结构自内向外由保冷层、防潮层、保护层塔上的主要工艺管道操作温度为-11.5~ -35.2 C,设计且成”。保冷层对维护介质温度稳定起主要作用，防潮层是保温度-45 C。通常对于国标材料设计温度低于或等于-20 C冷结构用于防水、防潮维护保冷层保冷效果的关键。保护层包的管道，对于美标材料设计温度低于-29 C的管道，都称为低覆在保冷层的外面，其保护和防止大气、风、雨雪致使保冷层温管道，其管线的设计、制造、施工、检验和验收均按低温管破坏的作用，延长保冷层的使用寿命，并使保冷结构外形美道的要求来执行21。低温管道的材料选用应经济合理，满足设观”。保冷材料应采用闭孔、阻燃、低吸水、吸湿率的材料制计温度下的低温冲击韧性.防止管线的脆裂和脆断。通常对于品。-46C级的低温碳钢管，主要选用ASTM标准的无缝钢管3.2.2安装要点(1)塔底排凝管道安装设计要点A333Gr. 6。低温管道的放空排凝等应注意该低温液体介质排出后是否塔底排凝管道设有三阀组,分别为带泄放孔的闸阀、排凝立即气化,若气化则介质有可能迅速降温，故应在一定范围内阀以及截止阀。设计参数见表2。表2塔底排凝管道参数管段管径DN等级操作温度/C操作压力/MPa 设计温度/C 设计压 力/MPa保 冷厚度/mm塔排凝口等级分界1B2A-11.61.716-451. 95等级分界2100B21K .-1150 +75冷火炬00A21KAMB/ -110 0.075 ~0. 15-1150. 45无保冷由表2可知，塔排凝口至第一一个切断阀之间的管道为带有⑤保冷管道及不保冷冷管管道的支架均应选择带隔冷块的保冷层的低温管道，管道材质A333GR. 6;两个切断阀及之间保冷支架。的管道为带保冷层的低温管道，保冷层分为双层，管道材质为(2)塔顶管道上安全阀组安装要点不锈钢;截止阀后至冷火炬为不保冷冷管，管道材质为不锈钢管道。管道布置图见图2。B21K [B2A]A210、B21K等级分豹图3塔顶管道上安全阀组的安装图2塔底排凝管道安装图塔顶管道上安全阀组的安装图见图3。管道工况:安全阀前管道安装要求如下:①设备嘴子法兰及阀门法兰与弯头不宜直接连接!4,需预为低温保冷管道，安全阀后为不保冷冷管。旁通管线阀前为保留一定的直管段，以保证法兰拆卸时不破坏管道的保冷层。截冷管道( 包括阀)，阀后为不保冷冷管。管道安装要求见表3。止阀后的管道为无保冷层管道，可直接最小连接。表3安全阀组 管道安装要求②第一个切断阀后因介质的气化导致管线温度下降，易结法兰与管件阀门阀门阀是否霜结冰，管线保冷层加厚，为节省费用，保冷层分两层设置。是否直接连接安装方向杆朝向保冷③低温阀宜安装在水平管道上，阀杆方向宜垂直向上'*低温阀门为加长阀盖结构，为保护填料，要求阀杆垂直向上安安全阀前中国煤化工真直水平装。因阀杆加长，应注意与相邻管道是否碰撞,需留有一定的安全阀后THCN MH G直间隙。排凝阀也应水平安装，因阀杆较长主管保冷较厚,排凝旁通管阀广]的安装应伸出管道的保冷层，避免阀杆与主管保冷层相撞。旁通管阀后是④阀门设有泄放孔。当阀门完全关闭时，密封在密封腔内的液体气化，会产生额外的压力破坏阀门,因此设置泄放孔释由此可见安全阀的进出口低温管道设计的不同之处在于其放压力。有泄放孔的低温闸阀，应标记泄放孔方向。阀门安装切断阀及旁路阀阀杆应水平安装[4)，不得朝上，以免阀杆和阀.时，泄压孔宜朝向管道系统的高压侧。板连接的销钉腐蚀或松动时，阀板下滑。因阀门的阀杆较长,206广州化工2014年8月需考虑对操作及通彳行的影响。根据塔上相应高度管道的温度值模拟出塔的温度梯度，并(3)其他设计管线上支架的设置位置，见图4所示。保冷管道上调节阀组的安装应注意旁通阀及切断阀均应水(1) 荷载选用平安装，阀杆垂直向上，为保证操作，一般旁通阀与调节阀靠操作荷载的分布为:第一个承重总荷载的1/2,两个弹簧近地面平行安装，水平间距需考虑保冷厚度;热偶开口,应保共分担总荷载的 1/2。证热偶法兰外缘距主管保冷层的最外边的净空不小于螺栓长度根据管道密度，管道总长度59 m,计算立管承重支架总操加25 mm,尤其注意保冷层较厚的管道，应确认是否需加长热作重 8300 kg (金属重+介质重+保冷材料重)，其中节点①承偶法兰的外伸长度;压力表的仪表根部阀、孔板取压阀等也应受重量4100 kg，节点②,③各承受2100 kg。但节点①处的支水平安装，设计中应避免与主管保冷层相撞并考虑支撑。架还需考虑弹簧失效情况下的荷载。(2)弹簧位移的计算4支架设计设备及管道上两节点间的冷缩量的计算见表5、表6。表以塔顶管线为例，介绍敷塔管道支架设计要点。塔顶管道中，线胀系数是根据相应节点间的操作温度值，用插值法算出。设计参数见表4。表5设备相应节 点间的位移表4塔顶管道设计参 数介质密度/设备节点号长度线胀系数a/( mm/m)冷缩量/mm温度/C压力/MPa直径/mm 保冷厚/mm(由20C至温度1)(长度x线胀系数)( kg/m3)操作工况- 34.31. 639A-bLa-0.553-2.764000032.19设计工况-451. 95b-B .12al-0.53802-8.29B-C0:- 10. 22管道材质选用低温钢A333GR. 6,该管道在塔上的垂直管段长度超过40 m,因垂直荷载较大，为避免局部应力过大，管表6管道相应节点间的位移道支架采取刚性支架与弹簧支架相结合的方式设置。管道长度4.1支架的设置原则节点号(由20C至温度t)敷塔支架的设置原则按- -个承重- -个导 向的原则，塔顶管①-②LA-0.5494-10.87道的第一个承重支架，在保证不影响设备焊缝的前提下，应设②-③L2A5_ 10. 43在距塔体上封头焊缝以下最近的部位，以下设置导向支架。若需设置弹簧,则按承重-导向-弹簧-导向-弹簧-导向的原般情况下，由于生根点与塔体.上部，即塔顶油气管道的则设置弹簧承重支。走向，正好构成一个倒“U”型。而这一-段内的温差不大，冷在跨距允许范围内，根据平台的设置高度，可调整支架位缩量在生根点基 本抵消。故有下面的简化计算。置，尤其是弹簧支架，因考虑拔销，弹簧承重支的位置应考虑节点位移如下:能在平台上操作，其次应注意支架(尤其是三角支架)的高度②点位移: A=Ol +02-04= -0. 18 mm,位移向下。位置与塔的平台梯子以及相邻管道或支架是否相撞，并确保不③点位移:△=01 +02 +03-04-05=0.03 mm,位移向阻碍通行。上。4.2弹簧支 架力和位移的选用选用弹簧时其荷载除上述操作荷载外，还应加上保冷管道垂直管用承重支耳的重量。4.3支架特点低温保冷管道的支架，必须有防止产生“冷桥“的措施，沿低温保冷设备垂直敷设的管道上的支架，应在管道与刚性支架之间设木块或硬质隔热材料块，立管的承重支架设置型式见图5(a)，立管的导向支架设置型式见图5(b);塔.上支架生根处也应考虑隔冷块，避免管道与碳钢支架，碳钢支架与设备的直接接触，支架在设备生根处隔冷块的设置型式见图5(c)、图5191-321 q(d)。此外应注意对于冷设备上的热介质管道，如消防蒸汽线等,若需在设备上设置支架，设备生根处仍需设置隔冷块。但设计中应尽量减少在设备器壁上设置支架，多考虑平台支撑。3-26131-31.9.01 .立管距设备外壁的距离需根据保冷支架的结构尺寸确定，以避免支架安中国煤化工地医营线支架设置示意对于|YHCNMH G保冷管托，放空排凝等不保冷冷管上的文架应达用小保冷冷官管托，设置隔冷块。保冷或防结露设备上的支架均应生根预焊件。应注意管道华常成韩度支架预焊件的贴板与塔上平台梯子的生根件是否碰撞。图4塔温度梯度及管道支架图第42卷第15期丁勇:乙烯精馏塔管道设计207观测和检修,进出人孔检修,装卸内构件,以及与相邻设备及构筑物的平台相连成联合平台等。乙烯精馏塔是保冷设备，其平台梯子的设计除应满足一般塔器上的平台梯子的设计要求外，其不同之处在于其相应的平台梁与设备相接处需要设置隔冷块，中间用螺栓连接。设备平台生根示意图见图5(e)。保冷匠冷块设备顶平台标高一般最少需高出设备最顶端300mm,需注意设手直管道承重支耳备嘴子的开口高度及相应管道的安装。北直管道内管托6结语设各外表的， 严牌件-由设备厂广家徽乙烯精馏塔及管道的布置设计体现了冷设备冷管道设计的特殊性，文中结合具体实例给出了设计过程中的考虑要素，希望给后来者提供参考和借鉴。参考文献K做[1] 张德姜,王怀义，刘邵叶.石油化工装置工艺管道安装设计手册保净设备用双耳支果生根影式1探论设备用双耳波单耳交舰生脱形式保冷设备平白生根型式[M].北京:中国石化出版社2000:301 - 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