國外某常壓裝置框架設計

朱現勇（中國石化工程建設有限公司，北京 100101）

國外某常壓裝置框架設計

朱現勇（中國石化工程建設有限公司，北京 100101）

區別國內常壓蒸餾裝置換熱器在框架上集中布置，國外某常壓蒸餾裝置將大部分換熱器布置在地面上，框架上僅有原油一級換熱器等少數設備，管線走向與國內裝置有很大不同，本文就國外裝置常壓框架布置特點和主要管線進行分析。

常壓框架；設備布置；管線設計

1 框架布置特點

常壓框架是常減壓蒸餾裝置重要組成部分，主要為裝置換熱區，國內裝置換熱器多在框架上分層布置，節省空間，方便操作。由于框架空間受限，管線布置密集，換熱器檢修不方便。同時由于介質溫度大都大于自燃點，發生火災爆炸事故后影響設備管道較多。國外某常壓蒸餾裝置將多數換熱器布置在地面上，常壓框架上僅有原油一級換熱器，二級常壓塔頂回流罐等少數設備，框架在設計初期時就充分考慮設備檢修，管線操作等需求。（見圖1、圖2）

1.1 框架層高的布置

首先滿足一級常壓塔頂回流罐V-003二級常壓塔頂回流罐V-004工藝最小安裝要求。酸性水罐V-006工藝無要求，罐底標高設置滿足配管要求即可，V-003 V-004液包酸水到V-006需要自流，綜合考慮設置設備V-003 V-004標高。確定兩個罐高度后通過反推就可以確定E-003 E-017安裝高度，框架層高基本就可以確定，框架高度要做到盡量低，以節省材料，方便檢修。

1.2 框架平臺斜梯的設置

框架平臺設置滿足設備檢修，管線操作等需求。平臺最小寬度為0.75米，盲段不超過6米。框架平臺長度大于6米，應設逃生通道。平臺上任意點到逃生出口的最小距離不得大于25米(按實際路徑)，因此框架設置兩條斜梯作為上下通道，同時作為安全逃生通道。裝置中斜梯的角度要求為30度到34度。經過計算選用33.7°，這個角度的斜梯水平跨距和高度比值正好是1.5，方便計算。

2 主要管線分析

常壓塔頂油氣從常壓塔頂到原油一級換熱器為原油換熱，油氣換熱后進入一級常壓塔頂回流罐。常壓塔頂安全閥工藝設置為10組，需要布置在框架頂部。這些管線口徑大，壓力高，是框架的主要設計管線。

2.1 常壓塔頂油氣線設計

（1）裝置原油一級換熱器四組共8臺，布置在框架EL29000平臺。常壓塔直徑DN9900，塔頂高EL73400。常壓塔頂油氣管道主管徑DN1200，換熱器進口分支DN750。

常壓塔頂油氣管道內介質為氣相，按“步步低”的要求布置，管線沿塔下降進入框架EL38500平臺。為了使流量均勻，油氣管進入原油換熱器采用完全對稱布置。主管先分為兩個DN900分支，再分為四個DN750分支，然后進入換熱器殼程入口。殼程入口閥門布置在EL38500平臺上方便操作。另外大口徑管件在布置過程中，避免產生十字焊縫。

（2）原油一級換熱器殼程為雙出入口，嘴子間距為1430，口徑為DN750，由于入口管線要求完全對稱布置，如果采用傳統管件配管，需要較大空間，對框架高度和寬度有影響，且不美觀。現在采用制造廠定制特殊三通，在滿足應力計算條件下，能夠簡化管線，節省空間。

附圖1：國外某裝置常壓框架

附圖2：框架設備工藝流程

附圖3：常壓塔頂管線

附圖4：特殊三通的應用

（3）塔頂安全閥管線布置

國內裝置安全閥多布置在常壓塔頂平臺上，國外某裝置安全閥數量為10組，在滿足工藝壓降條件下可設置在框架頂部。安全閥安裝在框架平臺上通過設置條狀平臺，滿足安全閥的維修和操作需求。裝置安全閥口徑為DN500，重量大，故設計時應考慮拆開后吊車吊裝的要求，安全閥布置應躲開上層結構橫梁。

安全閥突然起跳后產生較大泄放反力，通過出口管線作用在安全閥放空總管上,，使出口總管產生振動。應力計算在安全閥出口管線增加限位支架，限位支架將突然產生泄放力作用在框架橫梁上，減少安全閥起跳振動對放空管系的影響。安全閥出口管線增加限位支架，需要在安全閥頂部增加橫梁，框架層高需要提高。

2.2 原油一級換熱器出口設計

高溫油氣給原油換熱后進入一級常壓塔頂回流罐，管線要求自流且完全對稱布置。原油一級換熱器殼程出口為兩個DN700嘴子，嘴子間距1430mm，出口管合并為兩個DN900分支，兩個DN900分支合并為DN1200主管。在管線設計過程中，有兩套布置方案，下面對兩套管線進行對比分析。

（1）方案1設計分析

換熱器殼程出口每個嘴子對應一個蝶閥，將蝶閥布置在嘴子正下方，設備平臺上方，管線穿過平臺后通過特殊三通合并成DN900分支主管，最終合并成DN1200主管進入V-003。這樣布置優點是：閥門布置緊湊，節省框架平臺空間。缺點是：殼程出口嘴子下方有較大穿洞且不能布置橫梁，對平臺其他橫梁有較大載荷。操作閥門主要布置在換熱器下方，空間有限，操作檢修不方便。

附圖5：配管方案1應力計算

附圖6：配管方案2應力計算

（2）方案2設計分析

換熱器殼程出口嘴子直接連接彎頭再接特殊三通，蝶閥接在平臺上水平管線上，然后拐到平臺下合并成DN900分支總管。這樣布置優點是：平臺穿洞小，布梁方便。節省四個大口徑閥門。閥門垂直安裝操作方便，閥門檢修可采用機械化吊裝。缺點是：占用較大設備平臺空間，換熱器間距需要加大。

（3）兩套方案設備管嘴應力數據分析

兩套布置方式分別進行了應力計算，從方案A結果看部分嘴子FY方受力超標，主要是充水工況下此方向力比較大。方案B受力載荷均在API610受力范圍內。

附表1：配管方案1換熱器殼程出口管嘴載荷

附表2：配管方案1換熱器殼程出口管嘴載荷

（4）結論

從使用材料上說方案1多用四個DN700閥門及配套法蘭，方案2多用10個彎頭。從優化設計的角度方案2每臺換熱器少一個蝶閥，減少工人操作，另外方案2管線具有操作空間優化，檢修方便等優點。經過對比最終選擇方案2作為最終設計方案，此方案也得到了業主方的認可。

3 框架設計過程中檢維修的考慮

裝置能夠長期運轉，需要對設備和管道進行經常性的維護和檢修。檢修工作，應盡量采用移動式的機動設備，將需要檢修的設備或部件運走，并運來備用的同樣設備或部件，這樣可以縮短檢修時間。對于沒有備用部件的大型設備需要就地檢修時，則需要提供必要的檢修場地和通道。在裝置布置設計時應將上述操作，檢修所需要的通道，場地和空間結合起來綜合考慮。

3.1 框架鋼結構的檢維修設計考慮

裝置大型化后設備檢修需要更多的機械設備，裝置設計初期要考慮機械檢維修需要的條件。例如在框架換熱器的定期檢修工作中，抽芯檢修工作最占相當大的比重。拆裝換熱器芯體使用抽芯機，則可大量減少笨重體力勞動，基本上實現換熱器檢修機械化。

首先框架鋼結構的布置不能影響換熱器的抽芯，在設計初期與結構專業確定換熱器抽芯端，不允許在換熱器抽芯側布梁。管程方向也應為抽芯機留有足夠空間,即換熱器頭部半徑大一米且比管束長度長2米。

附圖7：框架換熱器典型布置

對于在框架基礎比較低的換熱器，抽芯機在使用過程中抽芯機底板容易與框架護欄碰，設計時可將一部分平臺護欄設置成可拆卸的，方便檢修。

兩層樓板之間的換熱器,因吊車無法到達,殼程方向封頭的檢修應考慮使用吊梁并在平臺上提供拆卸換熱器頭蓋的受載區域。

3.2 管線布置的檢維修設計考慮

管線布置應方便操作和不妨礙設備的維修，并為此創造必要的條件。管道布置不影響設備機械化抽芯；管道和閥門的布置，不應妨礙設備的法蘭和閥門自身法蘭的拆卸或者安裝。在換熱器正上方不得布置管道，也不得將管道支架生根在其殼體上。管道設計應考慮為閥門,在線儀表,管束檢修或拆卸提供通道,也應為操作提供通道。

管道設計應考慮管線上部件的拆卸和檢修(如調節閥，過濾器，流量計等)，拆卸和更新部件時盡量少拆卸管道，可設置可拆卸短管。管道不得影響泵,過濾器,壓縮機和換熱器管束拆卸,也可設置可拆卸短管。（見圖7）

對于大口徑調節閥在布置過程中應考慮拆卸吊裝。在平臺下方調節閥需要設置吊梁或者移到平臺外。調節閥組副線布置不應影響調節閥吊裝，不布置在調節閥正上方。大口徑盲板墊環應垂直安裝方便迅速更換。

4 結語

區別于國內常壓框架設計，國外某裝置框架上設備少，管線少。在設計過程中充分考慮了業主的操作和檢修習慣，方便業主操作的同時還為以后機械化檢修提供了必要的空間和條件。框架在設計過程中處處為人考慮，對各類空間設置要求嚴格。這點可為國內同類裝置設計提供參考。

[1]石油化工裝置工藝管道安裝設計手冊（第三版）主編張德姜2005.

[2]PROJECT SPECIFICATION-PIPING LAYOUT AND INSTALLATION PETRONAS.

[3]化工裝置中安全閥工藝設計及附屬管道應力分析李曉亮大連理工大學論文2014.