淺談苯乙烯裝置中脫氫反應(yīng)區(qū)的設(shè)備布置

趙林濤

德希尼布(天津)化學工程有限公司上海分公司 上海 200235

苯乙烯是石油化工的主要基礎(chǔ)產(chǎn)品和重要的有機化工原料，主要用于生產(chǎn)丁苯橡膠、聚苯乙烯、ABS樹脂等有機材料，此外在汽車、建筑和電子等領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用。苯乙烯的生產(chǎn)工藝主要有乙苯脫氫法、裂解汽油抽提蒸餾回收法、環(huán)氧丙烷-苯乙烯聯(lián)產(chǎn)法以及丁二烯合成法等，其中乙苯脫氫法是目前國內(nèi)外生產(chǎn)苯乙烯的主要方法。

乙苯脫氫法生產(chǎn)苯乙烯裝置的核心區(qū)域是脫氫反應(yīng)區(qū)，該區(qū)域經(jīng)蒸汽過熱爐加熱后的過熱蒸汽溫度可達800℃以上，所以該部分管道需采用進口的高溫合金鋼材料，因其價格昂貴，采購周期較長，該區(qū)域設(shè)備布置的合理性對于提升整個裝置的經(jīng)濟性尤為重要。

1 脫氫反應(yīng)區(qū)的設(shè)備布置

苯乙烯裝置脫氫反應(yīng)區(qū)的核心設(shè)備包括2臺脫氫反應(yīng)器(第一脫氫反應(yīng)器和第二脫氫反應(yīng)器)、三合一換熱器以及一臺蒸汽過熱爐；其中2臺反應(yīng)器和一臺三合一換熱器均為大型立式設(shè)備，蒸汽過熱爐為裝置提供過熱蒸汽，為明火設(shè)備；設(shè)備布置時一般將三臺立式設(shè)備一起做聯(lián)合框架，蒸汽過熱爐根據(jù)石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范要求放置在靠近聯(lián)合框架的地方。

1.1 脫氫反應(yīng)器與三合一換熱器的布置原則

(1)兩臺脫氫反應(yīng)器為串聯(lián)操作，為節(jié)省空間及管材，兩臺反應(yīng)器宜就近布置，同時蒸汽過熱爐有兩條過熱蒸汽管線分別給兩臺反應(yīng)器提供過熱蒸汽，這兩條管線材質(zhì)均為價格昂貴的高溫合金鋼，所以應(yīng)盡量縮短這兩根管道的長度；鑒于此，加熱爐宜與兩臺反應(yīng)器平行布置，最好與兩臺反應(yīng)器的中心對齊，并在滿足防火規(guī)范要求的前提下盡量靠近反應(yīng)器布置。

(2)經(jīng)過三合一換熱器預(yù)熱過的乙苯先后經(jīng)過第一和第二脫氫反應(yīng)器，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)三合一換熱器冷卻后再輸送到主冷凝區(qū)冷卻，反應(yīng)物余熱可以通過三合一換熱器預(yù)熱原料乙苯。為節(jié)省材料及空間，三合一換熱器一般靠近第二脫氫反應(yīng)器布置。

1.2 三臺設(shè)備的布置方案

根據(jù)工藝特點，這三臺立式設(shè)備有以下兩種常用布置方案。

第一種方案：三合一換熱器與第二脫氫反應(yīng)器中心對齊，且盡量靠近第一脫氫反應(yīng)器，即三臺設(shè)備中心成直角關(guān)系。關(guān)鍵設(shè)備平面布置圖見圖1。

圖1 方案一所述平面布置圖

第二種方案：第一、第二脫氫反應(yīng)器和三合一換熱器按順序依次排列，即三臺設(shè)備中心在一條直線上。關(guān)鍵設(shè)備平面布置圖見圖2。

圖2 方案二所述平面布置圖

以上兩種布置方案都比較成熟，可根據(jù)實際情況來選擇。

2 脫氫反應(yīng)區(qū)框架設(shè)計及結(jié)構(gòu)平臺布置

確定好脫氫反應(yīng)區(qū)關(guān)鍵設(shè)備的布置方案后，在確定第一、第二脫氫反應(yīng)器和三合一換熱器之間的結(jié)構(gòu)層高和其平臺布置時，需要把設(shè)備的外形尺寸、兩個反應(yīng)器和三合一換熱器之間的相對高度關(guān)系以及它們附屬的大口徑高溫管道布置綜合起來一起考慮。下面就上述第二種布置方案展開討論。

2.1 設(shè)備安裝高度的確定

在滿足工藝要求的前提下，為方便支撐，將第一脫氫反應(yīng)器及三合一換熱器均支撐在地面上；反應(yīng)氣經(jīng)第一脫氫反應(yīng)器后，需經(jīng)過預(yù)熱器進入第二脫氫反應(yīng)器，為節(jié)省管材及空間，預(yù)熱器與第二脫氫反應(yīng)器直接連接，位于反應(yīng)器的下方，所以第二脫氫反應(yīng)器不宜支撐在地面上，應(yīng)根據(jù)與預(yù)熱器的關(guān)系安裝在合適的高度上，即采用混凝土框架支撐。此外，在確定反應(yīng)器支撐形式時，應(yīng)考慮反應(yīng)器下端方便催化劑的卸料。三者的相互關(guān)系見圖3。

圖3 苯乙烯裝置反應(yīng)區(qū)三臺核心設(shè)備的典型布置

2.2 框架層高的確定及平臺布置

確定反應(yīng)器和換熱器的安裝高度之后，就可以根據(jù)設(shè)備上的人孔和大口徑管口的配管情況，來布置框架的層高和平臺。由于反應(yīng)器和過熱器可視為一個系統(tǒng)，所以這三個設(shè)備宜統(tǒng)一布置結(jié)構(gòu)平臺，平臺的層高最好保持一致，做到整齊美觀，并方便操作人員通行。

在布置結(jié)構(gòu)層高時應(yīng)注意兩點：

(1)該區(qū)域內(nèi)有大量高溫管線，尤其是過熱蒸汽管線操作溫度高達800℃以上，所以在布置層高時應(yīng)注意在滿足凈空要求的前提下結(jié)構(gòu)梁底與該類管線能有足夠的間距。

(2)因三臺設(shè)備的操作溫度均比較高，在裝置運行狀態(tài)下，設(shè)備會有一定的膨脹量，所以在布置結(jié)構(gòu)層高時應(yīng)考慮到設(shè)備管口因設(shè)備膨脹產(chǎn)生的垂直方向的位移，留有足夠的余量。

3 脫氫反應(yīng)區(qū)結(jié)構(gòu)平臺布置的注意要點

基于脫氫反應(yīng)區(qū)的自身特點，三臺核心設(shè)備采用聯(lián)合框架，在布置結(jié)構(gòu)平臺時應(yīng)注意以下幾點：

(1)第二脫氫反應(yīng)器頂部平臺上高溫安全閥組的布置。在苯乙烯裝置中，第二脫氫反應(yīng)器的頂部物料出口管線上的安全閥組及其周圍主次梁之間的關(guān)系，是其中的一個難點。為了方便支撐，在安全閥進出口管道附近均有支撐梁，因部分安全閥組進口管道的正常操作溫度在600℃左右，所以安全閥進出口管道周圍的支撐梁需進行耐熱處理。

(2)反應(yīng)器框架頂部平臺的催化劑進料口活動蓋板布置。反應(yīng)器結(jié)構(gòu)頂部平臺需考慮催化劑裝料，在反應(yīng)器的催化劑進料口上方平臺開方孔以方便催化劑加料，因為添加催化劑的間隔時間比較長，所以這個催化劑開孔在相當長的時間內(nèi)不會使用，為防止操作人員誤踩催化劑開孔，在此開孔上加塊活動蓋板，使這個開孔平時不使用時封閉，使用時再開啟。反應(yīng)器中催化劑的填裝是通過頂部吊裝的方式，把催化劑吊至頂部平臺，然后打開平臺上的活動蓋板，把催化劑倒入事先已和平臺下催化劑填入人孔連接好的布袋來進行填料，所以對于活動蓋板的布置，需要做到以下幾點：①以反應(yīng)器結(jié)構(gòu)中心對稱布置，并和下層平臺開孔對齊，使其整齊美觀，并且不影響平臺上的人行通道和操作維修空間；②在催化劑吊裝區(qū)域空間內(nèi)，不應(yīng)布置管道，使管道避開吊裝區(qū)域，以免影響催化劑的填充；③頂部平臺宜使用花紋鋼板，能有效避免催化劑粉塵四處分散在反應(yīng)器結(jié)構(gòu)四周而影響操作人員的通行。

(3)關(guān)于高溫膨脹節(jié)的支撐及操作平臺設(shè)置。因為反應(yīng)區(qū)有大量大口徑高溫管道，需采用大量高溫膨脹節(jié)來吸收熱應(yīng)力；膨脹節(jié)質(zhì)量較重，因此在布置結(jié)構(gòu)時應(yīng)充分考慮膨脹節(jié)的支撐問題。同時，膨脹節(jié)上面會安裝就地壓力表，因此需要在所有膨脹節(jié)處設(shè)置平臺，以方便現(xiàn)場操作人員觀看壓力指示。

在設(shè)置操作平臺時，應(yīng)注意GB50160關(guān)于平臺安全疏散通道設(shè)置的要求，對于甲類氣體及甲、乙A類液體設(shè)備的平臺，當平臺寬度超過8m時，應(yīng)設(shè)置不少于2個通往地面的梯子。

4 結(jié)語

脫氫反應(yīng)區(qū)是苯乙烯裝置的核心區(qū)域，脫氫反應(yīng)器是該區(qū)域的核心設(shè)備，其他設(shè)備都應(yīng)圍繞反應(yīng)器進行布置。本文探討了脫氫反應(yīng)區(qū)中兩臺反應(yīng)器、蒸汽過熱爐以及三合一換熱器的一般布置原則，并簡單歸納了該區(qū)域框架設(shè)計以及結(jié)構(gòu)平臺布置的基本原則以及一些注意要點。