加氫反應器配管設計重點

翁亞妮，易永紅

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加氫反應器配管設計重點

翁亞妮，易永紅

（中國石油工程建設公司華東設計分公司， 山東 青島 266071）

通過對加氫裝置中加氫反應器的平面布置、反應器構架及平臺的設置、反應器管嘴的開口方位、反應器的管道布置及支架設置方式等方面進行了詳細的闡述，總結了加氫裝置反應器配管設計的重點。

加氫反應器；平面布置；構架及平臺；開口方位；管道布置；支吊架

近幾年來，國內加氫技術得到長足發展，新建和擴建的千萬噸級煉廠多采用加氫技術的工藝流程，如蠟油加氫裂化、渣油加氫、柴油加氫等，加氫工藝的主要特點是生產靈活性大、加工原料范圍較廣、液體產品收率高、產品質量穩定性好等，是重油深加工的主要工藝技術手段之一。在煉油工業中可生產優質輕質油品、清潔餾份油產品和運輸燃料，也可為后續化工裝置提供優質原料，在煉油和石油化工企業中越來越受到重視。

加氫反應器是加氫裝置中非常重要的核心設備，操作條件比較苛刻，具有高溫、高壓、臨氫等特點[1]。反應器配管設計的合理性在反應器的操作、巡檢、催化劑裝卸、反應器設備及內件的吊裝檢修、裝置的安全生產、平穩操作等方面都有著舉足輕重的作用。與反應器關聯的管線多采用不銹鋼和合金鋼管線，因此反應器配管設計的合理性還關系到工程投資的高低。本文將根據實際的工作經驗總結加氫反應器配管設計的重點。

1 反應器平面布置

反應器平面布置一般應注意以下幾點：

（1）加氫反應器的平面布置應與其相關的加氫進料加熱爐、加氫反應產物換熱器等協同考慮，統一布置。

（2）反應器一般布置在構架內，且布置在裝置的一端或一側，靠近消防檢修道路，同時還應考慮反應器整體到貨后運輸到現場的道路。

（3）加氫反應器與加氫進料加熱爐的凈距應盡量縮短，但不宜小于4.5 m[2]。根據流程式布置原則反應產物換熱器需靠近反應器布置，通常是將反應器布置在反應產物換熱器和加氫反應加熱爐之間。

（4）反應器靠道路一側應設置催化劑裝填與卸料檢修場地，并與道路連接，以方便催化劑運輸。

（5）加氫反應器是加氫裝置中最重、吊裝難度最大的設備，隨著裝置規模越來越大，吊裝反應器所需的吊車噸位隨之增大，因此反應器的吊裝空間應引起足夠的重視，必要時應與施工單位進行討論確定反應器吊裝所需空間，避免后期增加施工費用。

（6）因加氫反應器很重，目前國內最大的反應器重達1 600 t，反應器所在位置的地質條件要有所保證。

2 反應器構架及平臺的設置

加氫反應器平臺與塔器平臺設置不同，塔器平臺一般與設備為一體，平臺生根在塔設備上，而反應器上不能生根平臺，需單獨設置與反應器完全分離的構架平臺。因此，加氫反應器構架平臺的設置具有區別于塔器平臺設置的特點。

2.1 反應器構架底平臺的設置方式

（1）設置全平臺：反應器底部的油氣出口和底部卸料口的標高基本一致，因此可將構架第一層平臺設在反應器底部卸料口和反應器油氣出口下方，且在卸料口下方設可開啟的活動平臺。此種平臺設置方法的優點在于方便觀察、操作油氣出口管道上的儀表及儀表閥，同時也方便檢修拆卸油氣出口的大法蘭及盲板，不足之處在于卸料口在平臺上方，平臺高度距離地面僅2 500 mm，因平臺較低，卸料口側只允許小型車輛進出，操作工人在此處操作卸劑器械很不方便，若將第一層平臺高度提高，則需要增加反應器群座高度，如此將會增加反應器及反應器構架的整體高度，無形中增加了整個裝置的設備投資。

（2）設置半平臺：在反應器底部卸料口側不設平臺，而在另一側反應器油氣出口下方設置平臺。此種平臺設置方法彌補了以上做法的不足，通過調整卸料口側構架二層平臺的高度，可方便各種車輛進出裝卸催化劑，同時也方便觀察、操作油氣出口管道上的儀表及儀表閥，拆卸、檢修油氣出口的大法蘭及盲板也很方便。但要注意卸料口一側需給結構專業說明卸料口一側地面至二層平臺中間不允許設置橫梁，若結構需要，只能設置人字撐或八字撐。

建議反應器構架底平臺的設置應優先考慮采用第二種做法。

2.2 反應器構架頂平臺的設置方式

（1）頂平臺的高度應合適，頂平臺一般宜設在距反應器頂人孔法蘭螺栓最下端100 mm處。在此高度，反應器頂部人孔螺栓的安裝拆卸比較方便，且進料口管線距離頂平臺的高度也比較合適，便于管線上的儀表和儀表閥門的檢修操作，同時平臺結構梁較好設置。

（2）頂平臺的開洞大小可按反應器熱脹后平臺高度處反應器外壁+保溫厚度+50 mm設計。

（3）頂平臺梁布置應合理，以避免平臺梁與反應器碰。因加氫反應器封頭為圓封頭，確保平臺梁不出現在圖1中陰影線區域即可。

（4）頂平臺應在電動葫蘆吊車梁正下方設置反應器頭蓋檢修重載區和催化劑裝載重載區。催化劑裝載重載區宜靠構架檢修側，應能夠承載催化劑料桶滿載的重量；頭蓋檢修重載區宜靠構架管道側，應能夠承載反應器頭蓋的重量。

2.3 反應器構架頂電動葫蘆及結構梁的設置要求

（1）電動葫蘆的負載重量應取滿載催化劑料桶重量和反應器頭蓋重量中較重的一方。

圖1 頂平臺梁限制區域

注：為頂平臺開洞大小；為反應器頂封頭外半徑+保溫厚度+50 mm

（2）電動葫蘆軌道梁應位于反應器人孔正上方，軌底與頂平臺間最小空間應為下列各參數之和：軌底到電動葫蘆吊鉤的最小高度；被吊起部件或料桶高度；被吊起部件頂部與吊鉤的間隙（按索具與垂直線的夾角不大于60°，且不小于0.5 m考慮）[3];被吊起部件底部與平臺的間隙，不小于0.5 m。

（3）在反應器頭蓋放置區側吊車梁下部靠近構架柱子設置電動葫蘆檢修平臺，上部設置吊車防雨雪棚，棚子不宜設置過大，以免妨礙催化劑裝填。

（4）通常反應器檢修、催化劑裝填采用吊車與電動葫蘆相結合的方式，在反應器構架頂部留出供吊車吊裝催化劑的空間，此空間不允許設置結構梁。

（5）反應器構架檢修側立面從頂平臺至吊車梁軌頂間不應設妨礙電動葫蘆吊裝運行的梁柱、燈具等物體。

（6）反應器檢修側構架頂平臺至上層吊車梁之間不允許設置結構梁。

2.4 反應器構架平臺的其他設置要求

（1）在設置反應構架平臺的時候應充分考慮到因反應器熱脹與構架的相對位移，同時反應器構架平臺的設置應滿足操作、檢修和催化劑裝卸的要求。

（2）反應器構架中間各層平臺的設置，應根據反應器冷氫注入口、熱電偶口、催化劑中間卸料口等管嘴及其連接管道的操作和檢修的要求確定，并保證各管嘴在反應器熱膨脹的時候均不會與構架平臺梁相碰。

3 反應器的開口方位

3.1 物料入口

為使反應器入口管線避開重載區，物料入口管嘴方位應與電動葫蘆軌道梁方向垂直；當反應器入口管線與構架平臺邊凈空不到800 mm時，反應器入口管嘴應遠離反應器構架斜梯側。

3.2 物料出口

為了不妨礙催化劑卸料和操作人員通行，反應器出口管嘴應遠離卸料口和構架斜梯側。

3.3 冷氫口

為了控制反應溫度，平衡催化劑床層間的熱量分布，催化劑床層間需注入冷氫。冷氫口檢修和安裝時需要抽出和插入，冷氫口方位設計時應考慮抽出空間，不應正對構架立柱、斜撐，同時冷氫管線的布置不能妨礙操作人員的正常通行。

3.4 卸料口

卸料口應朝向空曠檢修場地；為便于催化劑卸料，卸料口法蘭高度距地面不小于2.3 m[4]，一般控制在距地面2.3~3.0 m。

3.5 熱電偶口

熱電偶口的方位首先應滿足工藝和儀表的要求，并滿足熱電偶插入、抽出所需的檢修空間。在確定熱電偶口方位前，應了解插入反應器內熱電偶的型式，對于不能彎曲的熱電偶，熱電偶抽出方位上要根據熱電偶的具體長度留出足夠的空間，在此空間范圍內不能有構架立柱、斜撐或其它管線。

4 反應器的管道布置

4.1 反應器進出口管道

（1）爐后混氫的工藝方案中，為使氫氣和原料油充分混合，氫氣管線和原料油管線的混合點距離入口管線上的儀表開口位置要求最小30倍管徑，最大50倍管徑。儀表開口位置距離入口管嘴距離最小。

（2）反應器進出口管道應進行詳細的應力分析。反應器進出口管嘴受力應合理，過大將可能增加反應器壁厚，過小將可能使管線增長，彎頭增多，因此管道設計專業應與設備專業協商反應器進出口管嘴受力大小，使其在合理的經濟范圍內。

（3）從加熱爐集合總管到反應器入口管線應步步高，從反應器出口到高壓換熱器管線應最多出現一個高點，避免出現袋形。

（4）反應器進出口管道為TP321/TP347不銹鋼，管道壁厚較厚，往往需要國外采購。為減少管道材料，在滿足工藝要求和設備管嘴受力要求的前提下，反應器進出口管道盡量短，并且減少彎頭的數量。

（5）入口管道在入口法蘭附近應設卡箍式管托與門框式支架組合的可分離剛性支架，供檢修用。入口管道在頂平臺構架梁處應設置恒力彈簧吊架，在立管處考慮設置導向支架和彈簧支架（必要時）。

（6）進料管道布置要避開構架頂平臺檢修重載區域。

（7）在管道設計布置時要充分考慮管道自身的較大熱位移，避免操作工況時管道和構架梁及斜撐相碰。

（8）為方便反應器出料管道的安裝及檢修，反應器出料口管道應設置帶彎頭的可拆卸管段。

（9）對于兩相流反應器進出口管道應考慮管道的防振措施。

（10）反應器進出口管道的支吊架盡量選用卡箍式管托和管吊。

（11）位移較大的彈簧支吊架盡量選用吊架，吊桿的長度不宜過短，應保證熱態吊桿的偏移角度不超過4°。導向支架不宜選用管卡式的，應選用框式導向支架，以避免管道的軸向位移受到限制[1]，框式導向支架應避免管道因熱位移過大而使管托脫離導向框。

4.2 冷氫管道

（1）冷氫管道的介質操作溫度不高，自身的熱脹量不大，但反應器冷氫口的管嘴會隨反應器的熱脹而升高，為保證冷氫管嘴法蘭安全無泄漏，冷氫管道設計時應有足夠的柔性，并進行詳細的管道應力計算，在適當位置設置彈簧支吊架。

（2）由于靠近冷氫注入口設備管嘴處溫度比較高，冷氫管道等級一般以止回閥為界，氫氣總管到止回閥前管道為碳鋼，從止回閥到冷氫管嘴間管道為不銹鋼。為防止高溫對止回閥前管道影響，從止回閥到冷氫管嘴間管道一般不小于2 m，為節約材料也不宜過長。

（3）冷氫管嘴檢修和安裝時需要抽出和插入，在冷氫管道靠近管嘴處設置帶彎頭的可拆卸管段。

4.3 測壓管道

儀表管道測壓口應從管道上方引出，避免堵塞和腐蝕，壓力表前的取壓閥通常是雙閥中間帶一放凝閥，閥的安裝位置較高，配管設計時要考慮壓力表前的三閥組的管線支架問題，同時要在合適位置設置檢修操作平臺，便于觀察壓力表讀數。差壓變送器應高于測壓點，安裝于反應器頂層平臺上。

4.4 消防管道

（1）對于溫度高于自燃點介質的反應器進出口管道法蘭和彎管法蘭處均應設置消防蒸汽環管。消防蒸汽環管應位于墊片正上方，一般距法蘭外緣80~200 mm，朝墊片側開Φ2 mm小孔，并在蒸汽環管低點設Φ6 mm淚孔。消防蒸汽環管應設置為可拆卸結構。 （下轉第1003頁）

（2）每個消防蒸汽環管均應設置一個切斷閥。切斷閥應集中布置在明顯、安全和易操作的地方，切斷閥并應落地安裝，距反應器至少15米。

（3）反應器構架應設置消防蒸汽管道和消防水管道。

4.5 服務站管道

反應器構架各層或隔層應設置服務站，服務站管道至少包括：凈化風、氮氣、蒸汽。

5 結束語

反應器配管設計具有自己的特點，本文在反應器平面布置、構架及平臺設置、開口方位、管道布置等方面闡述了反應器的配管設計重點。熟練掌握這些內容，能避免設計出錯，加快設計進度，提高工作效率。

［1］丘平．加氫反應器的配管設計[J].石油化工設計，2008，25（2）：15-16.

［2］張德姜，李慶漢，張發有，丘平．石油化工工藝裝置布置設計規范[S].中華人民共和國工業和信息化部，2011： 4．

［3］陳英．加氫裂化裝置反應器的配管設計[J].石油化工設計，2005，22（2）：14-15.

［4］張德姜，王懷義，劉紹葉．石油化工裝置工藝管道安裝設計手冊第一篇，設計與計算[M].中國石化出版社，2009：85-91．

The Emphasis of Hydrogenation Reactor Piping Design

，-

（CPECC East-China Design Branch, ShandongQingdao 266071，China）

The plain layout, frame and platform settings, nozzle orientation, piping layout, piping support and hanger settings of hydrogenation reactor in hydrogenation unit were introduced. Then the emphasis of hydrogenation reactor piping design was discussed.

Hydrogenation reactor; Plain layout; Structure and platform; Nozzle orientation; Piping design; Piping support and hanger

TE 96

A

1671-0460（2014）06-0997-03

2013-09-25

翁亞妮（1979-），女，新疆克拉瑪依人，工程師，2001年畢業于石油大學（北京）化學工程專業，從事配管設計工作。E-mail：wengyani@cnpccei.cn。