關于石油化工裝置改造的設計探討

劉永洲(南京金凌石化工程設計有限公司廣州分公司，廣東 廣州 510700)

關于石油化工裝置改造的設計探討

劉永洲(南京金凌石化工程設計有限公司廣州分公司，廣東 廣州 510700)

本文對石油化工裝置的改造設計流程、設計注意事項展開討論，并通過列舉實際改造項目的案例進行分析。

石油化工；裝置改造；設計

因為生產技術在不斷的革新、化工產品的質量要求日漸提高、環保標準越發嚴格等原因，已建的化工裝置也不得不進行升級改造或流程優化。在工藝流程優化改造過程中，如何進行最優的設計是裝置改造的關鍵。

1 工藝流程改造設計

某石油化工廠的制氫裝置共3萬、3.5萬和6.5萬三套制氫裝置，三套裝置毗鄰建設。產品氫氣設計純度是99.9%，但是6.5萬制氫裝置經過多年生產使用后，如今產品氫氣的純度在92～98%之間，由于氫氣的純度會影響下游加氫裝置能耗，所以計劃將6.5萬制氫裝置的40000Nm3/h產品氫氣送至閑置的3.5萬制氫裝置PSA系統進行再提純。由于3.5萬的PSA系統吸附劑配比是根據原料氣中主要雜質是CO2來設計，而6.5萬產品氫氣中的主要雜質是甲烷和氮氣，所以再提純的氫氣中，其回收率不高。經過原設計的PSA廠商進行核算，再提純的產品氫氣純度可達99.9%，其回收率約為88%。根據氫氣的回收率以及原有氫氣的組分，對氫氣送至PSA再提純的工藝流程進行物料平衡計算，其計算結果如表1.1所示。

表1.1 3.5萬制氫PSA系統物料平衡表

根據提純后的產品氫氣量以及下游裝置的氫氣需求量，確定工藝流程優化可行。改造后的PSA系統解吸氣要送至3萬制氫裝置的壓縮機入口進行升壓，然后送至燃料氣管網。本次改造的解吸氣與3萬制氫裝置的解吸氣是混合后送入壓縮機，為了確保壓縮機的穩定運行，必須確保進氣壓力和進氣流量的穩定。所以在工藝流程設計過程中，就要考慮兩股氣體各自的流量、壓力、溫度等參數，并根據壓縮機的工況來調整新并入的解吸氣參數，如進行流量控制和壓力調節。

通過分析上述氫氣再提純的工藝流程改造設計，可以總結出一個基本的工藝流程改造步驟：提出改造要求→分析工藝參數→核算工藝流程改造的可行性→設計工藝流程。其中，最重要的一個步驟是“核算工藝流程改造的可行性”。

對于石油化工裝置的改造，工藝流程改造的重要性都是處于第一位，因為其他內容的改造都是圍繞工藝流程而展開。

2 新增設備的選址

石油化工裝置的改造通常需要新增或更換設備，新增設備的布置位置成為改造項目的重點事項。當用地確定后，就需要根據工藝設備的尺寸、設備性質，結合周圍的現有建筑及設施情況，分析其是否滿足規范要求。若項目改造已經確定了用地之后，通常也需要根據該用地周圍設施的情況，進行設備的反向選型。即所選用的設備除了需要滿足工藝流程的需求外，還必須滿足可用地的實際情況。

例如某石油化工廠的污水處理裝置，需要增設一套催化氧化的廢氣處理設施，此廢氣處理設施需要使用雙氧水作為氧化劑，由于雙氧水不能直接被太陽光照射，必須放置在遮陽通風的地方。業主初定將雙氧水儲罐放置在現有加藥間內，而加藥間與配電間只有一墻之隔，對于甲類的雙氧水儲罐不滿足防火間距要求，故需要另外為雙氧水儲罐選址，并為其設置獨立的設備房，配套獨立的消防水噴淋冷卻裝置，確保安全。

新增設備的放置問題，必須結合裝置現有的情況，進行雙向的分析確定，確保原有設施與新增設施的安全性。

3 管道改造設計

對于石油化工裝置的改造設計，只要涉及工藝專業，管道的設計就必不可少。

大部分的改造項目，新增管線都是布置在原有管廊或管架上，由于裝置長期以來的改造，原設計管廊預留的空位也比較緊張，所以新增管道的布置要緊湊、優化。對于管廊布置密集的情況，可以考慮在原有管道的上方設置門型支架來支撐新增管道，門型支架的底部與支架下方的原有管道頂部必須預留足夠的檢修空間。如果新增的管道管徑較大，而且新增管道布置在已經密布管道的管廊上，需要對管廊的承重進行核算，以免管廊承重超過設計荷載。

管道尺寸主要分為Ⅰ系列和Ⅱ系列，Ⅰ系列管道的尺寸標準通常采用SH/T3405，而Ⅱ系列管道的尺寸標準通常采用HG/ T20553。同一個公稱直徑的管道，兩個系列的管道大部分外徑都不相同，例如公稱直徑為DN100的Ⅰ系列管道外徑為114.3mm，Ⅱ系列管道外徑為108mm。改造項目中不可避免的是新舊管道的連接，所以改造項目中所選用的管道尺寸系列需要與原裝置的一致，確保同一公稱直徑的管道能夠對應連接。

4 結語

石油化工裝置的改造設計均涉及到裝置原有的設施，故在改造設計過程中除了滿足改造要求外，還必須是結合裝置現有的實際情況，分析改造的可行性。

裝置的改造除了工藝專業外，必須全面分析新增設施的情況以及裝置可用資源情況，在有限的資源環境下將裝置改造設計最優化。