某延遲焦化裝置大油氣線的管道設計

李永勤中石化洛陽工程有限公司 洛陽471003

延遲焦化是通過熱裂化將石油渣油轉化為液體和氣體產品，同時生成濃縮的固體碳材料——石油焦。在該過程中渣油快速流過加熱爐的爐管，加熱到反應所需的溫度500～505℃，再進入焦炭塔，在焦炭塔里靠自身帶入的熱量進行裂化、縮合等反應。熱渣油在爐管里雖然已達到反應的溫度，但由于渣油的流速快，停留時間短，裂化反應和縮合反應來不及發生就離開了加熱爐，所以反應推遲到焦炭塔里進行，因此叫延遲焦化。

焦炭塔與焦化分餾塔之間的油氣管道習慣上稱為“大油氣線”，見圖1。在延遲焦化裝置中，大油氣線的管道設計非常重要。本文對延遲焦化裝置大油氣線管道設計中應注意的問題進行分析論述。

圖1 大油氣線示意圖

1 平面布置與大油氣線的管道設計

延遲焦化裝置的平面布置設計，要結合地形實際情況，處理好焦化爐、焦炭塔與焦化分餾塔三者的位置關系，在滿足國家標準《石油化工企業設計防火規范》GB 50160－2008的前提下，三者布置盡可能緊湊。管道設計盡可能縮短大油氣線的長度，減少壓降，避免管道結焦和節約工程投資，同時要考慮管道的熱補償要求，減少管道對設備管嘴的推力，避免法蘭泄漏。所以布置時焦化爐與焦炭塔盡可能靠近布置;焦炭塔與焦化分餾塔也應盡量靠近布置，但應與消防、檢修和配管統籌考慮，同時考慮安全生產、長期穩定操作等要求。現場大油氣管線實際走向見圖2。

圖2 現場大油氣管線實際走向

2 大油氣線的材料選用

2.1 影響材料選用的因素

管道材料的選用必須依據管道的使用條件(設計壓力、設計溫度、流體類別)、經濟合理性、耐腐蝕能力、材料的焊接及加工性能，同時應符合規范提出的材料韌性要求及其他規定。

某公司乙烯原料工程工藝聯合裝置1200kt/a延遲焦化裝置加工的減壓渣油硫含量和環烷酸含量較高，在材料選用時，對硫腐蝕和環烷酸腐蝕還需參考《加工高硫原油重點裝置主要管道設計選材導則》SH/T 3129－2002適當加以考慮。此外，由于延遲焦化工藝屬于熱加工工藝，焦炭塔頂大油氣線的操作溫度在350℃以上。因此，高溫是影響大油氣線管道材料選用的另一個重要因素。

由于碳素鋼在425℃左右會引起石墨化現象，致使強度下降， 《石油化工管道設計器材選材通用》SH 3059－2001中規定10#、20#鋼的上限使用溫度為425℃，日本規定更為嚴格，上限使用溫度為350℃。鉻鉬鋼由于添加了合金因素Cr、Mo，阻止了碳化物的分解，提高了碳化物的熱穩定性，從而提高了鋼材的高溫強度、耐氧化性、抗氫腐蝕及抗高溫硫腐蝕能力，其上限使用溫度可達600℃。

2.2 材料選用方案

加工高硫原油對設備腐蝕較嚴重，且操作溫度較高，一般設計溫度大于425℃。按照規范的要求以及對國內外加工高硫原油延遲焦化裝置選材的情況調查，該管系的材料應當選用:①管道和管件為1Cr5Mo合金鋼;②閥門最好選用高溫耐磨進口球閥，以防止焦炭粉造成閥門失靈。因為該閥門操作頻繁，在投資和其他條件允許的情況下，最好采用電動程控執行機構，減輕工人勞動強度和提高閥門的安全性;③保溫材料最好選用導熱系數小、耐高溫的硅酸鹽制品，減少熱損失和延長使用壽命。

3 大油氣線管道的設計與應力分析

為保證裝置的長周期安全運行，必須將管道的布置和應力分析緊密結合起來考慮，使管系滿足應力分析的要求，為安全操作提供基本保證。延遲焦化裝置的大油氣線越短、越直，越有利于減少管道壓降和防止管內結焦，但該管系應當滿足應力要求。某焦化大油氣線管道應力分析后管線布置圖見圖3。

在應力分析時，應當注意A、B兩塔是間歇操作這一情況以及工況的選擇，如:預熱甩油工況、生焦工況、吹汽放空工況和冷焦工況以及與另外一個塔所處工況的匹配情況等，具體工況組合見表1。只有通過全面分析、綜合判斷，才能保證應力計算結果真實可信，為管系的支吊架設計打好基礎。

圖3 某焦化大油氣線管道應力分析后管線布置圖

4 大油氣線的支吊架設計

管道支吊架設計是管道設計的重要組成部分。管道設計時，應當將管系具有間歇操作特點和支架的生根形式以及應力分析結果結合起來進行考慮，確定支架的形式，按照應力分析結果進行支架設計。

以某公司乙烯原料工程工藝聯合裝置1200kt/a延遲焦化裝置為例，其大油氣線操作溫度為415℃，操作壓力為0.6MPa，管道規格為Φ508×15mm，材質為1Cr5Mo合金鋼，保溫厚度為120mm的防水型硅酸鋁制品。由于焦炭塔塔高、熱位移量大，而彈簧的生根部位又在焦化框架上EL+51100處，在第“1”點，其相對位移理論值為212 mm，在塔頂采用恒力彈簧支架，彈簧選用250 mm。在第“2”點，彈簧生根部位仍在焦化框架上EL+46600處，其相對位移理論值為183 mm，采用恒力彈簧支架，彈簧選用224 mm。在第“3”

點，在EL+40800層為剛性導向支架。在第“4”點，彈簧生根部位仍在焦化框架上EL+37600處，其相對位移理論值為112mm，采用恒力彈簧支架，彈簧選用140 mm。在第“5”點，彈簧生根部位仍在焦化框架上EL+27900處，其相對位移理論值為55 mm，采用恒力彈簧支架，彈簧選用80 mm。在第“6”點和第“8”點，在EL+17900層為剛性支架。在第“7”點，在EL+17900層為剛性支架，并在四周限位。在第“9”點至“14”點處設滑動管托。在第“15”點處，其生根在爐前副管橋，相對位移理論值為22 mm，采用可變彈簧支架。

5 操作檢修措施

(1)設計時應充分考慮到該管系容易結焦、操作頻繁的特殊性，在經常操作的地方應設置操作平臺和檢修平臺，同時根據需要，在閥門上配置風氣動裝置，以方便操作和減輕操作人員的勞動強度。

(2)設計時應在管道上適當設置一些法蘭，以便檢修時拆卸，并在容易結焦的部位設置清焦法蘭口和法蘭蓋，便于在線清焦時使用;在焦炭塔頂管道的彎頭處應當設置彎頭吊裝鉤，以便清焦時拆卸和吊裝。

6 結語

在進行平面布置和管道設計時要充分考慮到延遲焦化裝置的大油氣線管道高溫、易結焦和間歇操作的特點，并進行應力分析，做到既滿足工藝要求，又能“長、安、穩”運轉，獲得更大的經濟效益。

1 GB 50160－2008，石油化工企業設計防火規范［S］.中國計劃出版社，2009.

2 煉油工業技術知識叢書，中國石化出版社，2007.