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(shè)計(jì)丁勇(中石化洛陽工程有限公司，河南洛陽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(shè)備之-, 合理的設(shè)備及管道設(shè)計(jì),是實(shí)現(xiàn)連續(xù)安全生產(chǎn)的關(guān)鍵。結(jié)合某- - DMTO裝置中乙烯精餾塔的管道設(shè)計(jì),介紹了乙烯精餾塔裙座高度的計(jì)算及相關(guān)影響因素,闡述了低溫管道設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并對(duì)敷塔管線支吊架設(shè)計(jì)和平臺(tái)梯子的設(shè)置要點(diǎn)進(jìn)行了說明。關(guān)鍵詞:乙烯精餾塔;裙座高度;低溫管道;支吊架中圖分類號(hào): TQO55. 81文獻(xiàn)標(biāo)志碼: B文章編號(hào): 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(jì)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(shè)備及管道的布置設(shè)計(jì)，是實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的式中: h重沸器基礎(chǔ)高度，根據(jù)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(shè)計(jì)參數(shù)出發(fā)介計(jì)算，按最低高度取值紹該塔及其相關(guān)管道的布置設(shè)計(jì)要點(diǎn)。重沸器鞍座高度，由設(shè)備專業(yè)定，一般為200 ~ 300 mm1設(shè)備參數(shù)熱虹吸要求mm，工藝給出重沸器人口嘴子到塔底切線的最小高度為4 745 mm乙烯精餾塔的直徑3 200 mm,切線高68 100 mm,是裝置h,一塔基礎(chǔ)高度，-般為200mm中較高的塔器之- - -。采用129層浮閥雙溢流塔板，通過塔頂回流和塔底重沸器及側(cè)線重沸器的返回，實(shí)現(xiàn)連續(xù)精餾。其主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。表1塔設(shè)計(jì)參數(shù)溫度/C壓力/MPa塔頂塔底H操作工況-34. 3-11.61.6371. 714設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)需按中國(guó)煤化工度冷設(shè)備進(jìn)行。塔的隔熱類別為保冷，并要求進(jìn)行熱處理。.MHCNMHG,2設(shè)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(jié)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(jù)塔底重沸器的熱虹吸并考慮一定的沿程阻力損失， 計(jì)廊側(cè)梁標(biāo)高和與構(gòu)架的聯(lián)合平臺(tái)的設(shè)置情況綜合考慮后確定。算塔的裙座高度(見圖1)。塔和重沸器位于同一標(biāo)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)過程裝備與控制工程，從事管道設(shè)計(jì)工作。第42卷第15期丁勇:乙烯精餾塔管道設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)要點(diǎn)閥后的放空管線，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(shè)計(jì)應(yīng)滿足低溫管3.2 管道及閥門安裝要求道的設(shè)計(jì)要求，主要考慮材料的低溫脆性和保冷結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)以3.2. 1基本要求及保冷需求產(chǎn)生的- -系列設(shè)計(jì)要求。(1)防止冷縮。管道需考慮- -定的柔性進(jìn)行自然補(bǔ)償。3.1管道材質(zhì)(2)保冷。保冷結(jié)構(gòu)自內(nèi)向外由保冷層、防潮層、保護(hù)層塔上的主要工藝管道操作溫度為-11.5~ -35.2 C,設(shè)計(jì)且成”。保冷層對(duì)維護(hù)介質(zhì)溫度穩(wěn)定起主要作用，防潮層是保溫度-45 C。通常對(duì)于國(guó)標(biāo)材料設(shè)計(jì)溫度低于或等于-20 C冷結(jié)構(gòu)用于防水、防潮維護(hù)保冷層保冷效果的關(guān)鍵。保護(hù)層包的管道，對(duì)于美標(biāo)材料設(shè)計(jì)溫度低于-29 C的管道，都稱為低覆在保冷層的外面，其保護(hù)和防止大氣、風(fēng)、雨雪致使保冷層溫管道，其管線的設(shè)計(jì)、制造、施工、檢驗(yàn)和驗(yàn)收均按低溫管破壞的作用，延長(zhǎng)保冷層的使用壽命，并使保冷結(jié)構(gòu)外形美道的要求來執(zhí)行21。低溫管道的材料選用應(yīng)經(jīng)濟(jì)合理，滿足設(shè)觀”。保冷材料應(yīng)采用閉孔、阻燃、低吸水、吸濕率的材料制計(jì)溫度下的低溫沖擊韌性.防止管線的脆裂和脆斷。通常對(duì)于品。-46C級(jí)的低溫碳鋼管，主要選用ASTM標(biāo)準(zhǔn)的無縫鋼管3.2.2安裝要點(diǎn)(1)塔底排凝管道安裝設(shè)計(jì)要點(diǎn)A333Gr. 6。低溫管道的放空排凝等應(yīng)注意該低溫液體介質(zhì)排出后是否塔底排凝管道設(shè)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(yīng)在一定范圍內(nèi)閥以及截止閥。設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。表2塔底排凝管道參數(shù)管段管徑DN等級(jí)操作溫度/C操作壓力/MPa 設(shè)計(jì)溫度/C 設(shè)計(jì)壓 力/MPa保 冷厚度/mm塔排凝口等級(jí)分界1B2A-11.61.716-451. 95等級(jí)分界2100B21K .-1150 +75冷火炬00A21KAMB/ -110 0.075 ~0. 15-1150. 45無保冷由表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(yīng)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。管道布置圖見圖2。B21K [B2A]A210、B21K等級(jí)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圖3。管道工況:安全閥前管道安裝要求如下:①設(shè)備嘴子法蘭及閥門法蘭與彎頭不宜直接連接!4,需預(yù)為低溫保冷管道，安全閥后為不保冷冷管。旁通管線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。管道安裝要求見表3。止閥后的管道為無保冷層管道，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(dǎo)致管線溫度下降，易結(jié)法蘭與管件閥門閥門閥是否霜結(jié)冰，管線保冷層加厚，為節(jié)省費(fèi)用，保冷層分兩層設(shè)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'*低溫閥門為加長(zhǎng)閥蓋結(jié)構(gòu)，為保護(hù)填料，要求閥桿垂直向上安安全閥前中國(guó)煤化工真直水平裝。因閥桿加長(zhǎng)，應(yīng)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(yīng)水平安裝，因閥桿較長(zhǎng)主管保冷較厚,排凝旁通管閥廣]的安裝應(yīng)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閥門設(shè)有泄放孔。當(dāng)閥門完全關(guān)閉時(shí)，密封在密封腔內(nèi)的液體氣化，會(huì)產(chǎn)生額外的壓力破壞閥門,因此設(shè)置泄放孔釋由此可見安全閥的進(jìn)出口低溫管道設(shè)計(jì)的不同之處在于其放壓力。有泄放孔的低溫閘閥，應(yīng)標(biāo)記泄放孔方向。閥門安裝切斷閥及旁路閥閥桿應(yīng)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(tǒng)的高壓側(cè)。板連接的銷釘腐蝕或松動(dòng)時(shí)，閥板下滑。因閥門的閥桿較長(zhǎng),206廣州化工2014年8月需考慮對(duì)操作及通彳行的影響。根據(jù)塔上相應(yīng)高度管道的溫度值模擬出塔的溫度梯度，并(3)其他設(shè)計(jì)管線上支架的設(shè)置位置，見圖4所示。保冷管道上調(diào)節(jié)閥組的安裝應(yīng)注意旁通閥及切斷閥均應(yīng)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(diào)節(jié)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;熱偶開口,應(yīng)保共分擔(dān)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(zhǎng)度根據(jù)管道密度，管道總長(zhǎng)度59 m,計(jì)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(yīng)確認(rèn)是否需加長(zhǎng)熱作重 8300 kg (金屬重+介質(zhì)重+保冷材料重)，其中節(jié)點(diǎn)①承偶法蘭的外伸長(zhǎng)度;壓力表的儀表根部閥、孔板取壓閥等也應(yīng)受重量4100 kg，節(jié)點(diǎn)②,③各承受2100 kg。但節(jié)點(diǎn)①處的支水平安裝，設(shè)計(jì)中應(yīng)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(jì)算4支架設(shè)計(jì)設(shè)備及管道上兩節(jié)點(diǎn)間的冷縮量的計(jì)算見表5、表6。表以塔頂管線為例，介紹敷塔管道支架設(shè)計(jì)要點(diǎn)。塔頂管道中，線脹系數(shù)是根據(jù)相應(yīng)節(jié)點(diǎn)間的操作溫度值，用插值法算出。設(shè)計(jì)參數(shù)見表4。表5設(shè)備相應(yīng)節(jié) 點(diǎn)間的位移表4塔頂管道設(shè)計(jì)參 數(shù)介質(zhì)密度/設(shè)備節(jié)點(diǎn)號(hào)長(zhǎng)度線脹系數(shù)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(zhǎng)度x線脹系數(shù))( kg/m3)操作工況- 34.31. 639A-bLa-0.553-2.764000032.19設(shè)計(jì)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(zhǎng)度超過40 m,因垂直荷載較大，為避免局部應(yīng)力過大，管表6管道相應(yīng)節(jié)點(diǎn)間的位移道支架采取剛性支架與彈簧支架相結(jié)合的方式設(shè)置。管道長(zhǎng)度4.1支架的設(shè)置原則節(jié)點(diǎn)號(hào)(由20C至溫度t)敷塔支架的設(shè)置原則按- -個(gè)承重- -個(gè)導(dǎo) 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(shè)備焊縫的前提下，應(yīng)設(shè)②-③L2A5_ 10. 43在距塔體上封頭焊縫以下最近的部位，以下設(shè)置導(dǎo)向支架。若需設(shè)置彈簧,則按承重-導(dǎo)向-彈簧-導(dǎo)向-彈簧-導(dǎo)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(shè)置彈簧承重支。走向，正好構(gòu)成一個(gè)倒“U”型。而這一-段內(nèi)的溫差不大，冷在跨距允許范圍內(nèi)，根據(jù)平臺(tái)的設(shè)置高度，可調(diào)整支架位縮量在生根點(diǎn)基 本抵消。故有下面的簡(jiǎn)化計(jì)算。置，尤其是彈簧支架，因考慮拔銷，彈簧承重支的位置應(yīng)考慮節(jié)點(diǎn)位移如下:能在平臺(tái)上操作，其次應(yīng)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(tái)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(yīng)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(shè)備垂直敷設(shè)的管道上的支架，應(yīng)在管道與剛性支架之間設(shè)木塊或硬質(zhì)隔熱材料塊，立管的承重支架設(shè)置型式見圖5(a)，立管的導(dǎo)向支架設(shè)置型式見圖5(b);塔.上支架生根處也應(yīng)考慮隔冷塊，避免管道與碳鋼支架，碳鋼支架與設(shè)備的直接接觸，支架在設(shè)備生根處隔冷塊的設(shè)置型式見圖5(c)、圖5191-321 q(d)。此外應(yīng)注意對(duì)于冷設(shè)備上的熱介質(zhì)管道，如消防蒸汽線等,若需在設(shè)備上設(shè)置支架，設(shè)備生根處仍需設(shè)置隔冷塊。但設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量減少在設(shè)備器壁上設(shè)置支架，多考慮平臺(tái)支撐。3-26131-31.9.01 .立管距設(shè)備外壁的距離需根據(jù)保冷支架的結(jié)構(gòu)尺寸確定，以避免支架安中國(guó)煤化工地醫(yī)營(yíng)線支架設(shè)置示意對(duì)于|YHCNMH G保冷管托，放空排凝等不保冷冷管上的文架應(yīng)達(dá)用小保冷冷官管托，設(shè)置隔冷塊。保冷或防結(jié)露設(shè)備上的支架均應(yīng)生根預(yù)焊件。應(yīng)注意管道華常成韓度支架預(yù)焊件的貼板與塔上平臺(tái)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(shè)計(jì)207觀測(cè)和檢修,進(jìn)出人孔檢修,裝卸內(nèi)構(gòu)件,以及與相鄰設(shè)備及構(gòu)筑物的平臺(tái)相連成聯(lián)合平臺(tái)等。乙烯精餾塔是保冷設(shè)備，其平臺(tái)梯子的設(shè)計(jì)除應(yīng)滿足一般塔器上的平臺(tái)梯子的設(shè)計(jì)要求外，其不同之處在于其相應(yīng)的平臺(tái)梁與設(shè)備相接處需要設(shè)置隔冷塊，中間用螺栓連接。設(shè)備平臺(tái)生根示意圖見圖5(e)。保冷匠冷塊設(shè)備頂平臺(tái)標(biāo)高一般最少需高出設(shè)備最頂端300mm,需注意設(shè)手直管道承重支耳備嘴子的開口高度及相應(yīng)管道的安裝。北直管道內(nèi)管托6結(jié)語設(shè)各外表的， 嚴(yán)牌件-由設(shè)備廠廣家徽乙烯精餾塔及管道的布置設(shè)計(jì)體現(xiàn)了冷設(shè)備冷管道設(shè)計(jì)的特殊性，文中結(jié)合具體實(shí)例給出了設(shè)計(jì)過程中的考慮要素，希望給后來者提供參考和借鑒。參考文獻(xiàn)K做[1] 張德姜,王懷義，劉邵葉.石油化工裝置工藝管道安裝設(shè)計(jì)手冊(cè)保凈設(shè)備用雙耳支果生根影式1探論設(shè)備用雙耳波單耳交艦生脫形式保冷設(shè)備平白生根型式[M].北京:中國(guó)石化出版社2000:301 - 304.2]楊慶朝. 乙烯裝置中低溫材料的選用及特點(diǎn)[J].乙烯工業(yè),2007,圖5保冷管道 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