石油化工裝置工藝管道設計分析

金玉山

常州市天成安全評價有限公司，中國·江蘇 常州 213127

1 引言

作為一個合格的化工技術工程師，首先要對工藝管道進行合理的設計，掌握石油化工的新工藝和新技術也是化工技術工程師的責任之一。裝置工藝管道的過程涉及的步驟比較繁多，操作起來也非常復雜，因此掌握扎實的專業知識是基本要領。

2 石油化工裝置工藝管道的設計

2.1 石油化工裝置的管道設計工藝過程的安全設計

在石油化工裝置工藝管道設計的過程中，首要考慮的是安全問題。眾所周知，石油化工裝置很容易出現失火和爆炸等突發事件，一個好的裝置首先要保證裝置安全和員工操作安全。

首先，在設計工藝路線時，應該選擇危險度較低的原材料，選擇原材料時要秉持防火防腐蝕的原則，不能為了貪圖節省成本而不考慮安全問題。選用合適的原材料不僅能保證管道的安全，還能增加管道對環境的適應性。

其次，在進行管道設計時，要著重注意警報裝置的靈敏性。石油化工裝置運行的過程中可能會出現各種各樣的突發狀況，如果警報裝置不夠靈敏可能會導致意外發生時無法及時發現，因此在設計時一定要注意警報裝置的容錯性。警報裝置也是保障管道和工作人員人身安全的一個重要環節，靈敏的警告裝置可以使工作人員早發現、早解決，避免不必要的意外發生。

最后，一個完整的管道設計需要擁有應急裝置，如果遇到突發情況系統能自動叫停，這在一定程度上也保證了工作人員的人身安全。

2.2 石油化工裝置工藝管道材料與等級分界的合理性設計

如果說設計工藝管道時安全性是第一，那么管道的合理性就應當排第二。技術人員在進行設計時一定要重視高壓系統與低壓系統的銜接，由于壓力等級和材質可能出現不相同的情況，因此技術人員要根據具體情況進行具體分析。如果壓力等級相同，但材質不同，這時技術人員就可以將法蘭和墊片選用低材質，而螺栓及閥門則需要采用高材質。如果壓力等級不同，但材質相同，這時無論是法蘭、墊片、螺栓還是閥門，都要采用高壓材質。最后一種情況則是壓力等級和材質都不相同，這種情況就要結合前兩種情況進行選用材質。只有合理地將壓力等級和材質正確匹配，才能保證工藝管道裝置的正常運行。

2.3 石油化工裝置工藝管道的管架設計

管架的設計也是工藝管道裝置的一部分，如果管架的設計不夠合理，則會對日后的使用造成一定的安全隱患。一旦出現問題不僅會影響管道的正常使用，嚴重的還有可能會造成事故發生。設計師在設計時可以通過減少管道與支架的相對位移來保證管道運行的安全性。此外，設計師還需要根據承重支架具體的承重情況來調整管道。大部分的管道承重支架都是一個，如果需要添加第二個承重支架，設計師就需要為支架設置彈簧吊架。

3 石油化工的新工藝

3.1 芳烴聯合裝置

石油路線生產對二甲苯的過程一般是采用兩種方法.第一種方法就是通過石腦油催化重整來生成混二甲苯；第二種方法就是利用乙烯裝置所產生的副產品來生成混二甲苯。紅二甲苯生成以后可以通過分子篩來進行分離，由此一來，對二甲苯就可以從一體混合物中分離，通過這種方式得到的對二甲苯純度較高。一般的芳烴聯合裝置的核心技術主要是催化重整，其次就是對二甲苯的分離。從芳烴生產技術發展到現在已經經過了幾十年的歷史，該項技術主要是美國和法國研發的，近年來，中國也逐漸形成了獨立的芳烴生產技術。

3.2 甲苯擇形歧化技術

甲苯擇形歧化技術主要是將甲苯用催化劑進行轉移，通過甲苯分子的轉移形成一個苯分子和一個二甲苯分子。在生產的過程中，可以通過甲苯擇形催化來抑制二甲苯的副反應，經科學的實踐研究表明，通過該技術來副反應的效果比較明顯。該項技術不僅能將目的產物和副產物的分離過程簡化，還能在一定程度上減少能源的消耗，在時間效益和經濟效益上都占有一定的優勢。但甲苯擇形歧化技術對原材料的要求比較高，該項技術在發生反應時只能使用純甲苯，如果甲苯原料的純度不達標，則會在一定程度上影響該項技術實施的效果。

3.3 二甲苯異構化技術

所謂二甲苯異構化技術，就是對二甲苯其中的一個芳烴進行催化，通過催化將同分異構體進行重新平衡。該工藝技術主要實現的目標就是對二甲苯的增產，由于對二甲苯產出的產量是有限的，通過該項技術可以將對二甲苯的產量提高30%～50%，這樣不僅節省了經濟開支，而且使整個工藝流程的完成更加迅速。目前，中國一般采用乙苯的異構轉化來實現對二甲苯的增產，甲苯擇形歧化技術經過不斷的改善已經趨于成熟，這項技術的核心操作就是催化過程，技術人員在進行催化時一定要嚴格把控催化劑的使用。

3.4 甲苯和甲醇烷基化生產對二甲苯

這項技術早在20世紀60年代就已經問世，美國研發出來的分子篩對甲苯和甲醇烷基化生產對二甲苯的技術有著很大的推進作用。自此，中國和國際上的研究者都開始嘗試多種方法對分子篩進行改性。通過科學的研究發現，運用一定的技術手段將分子篩外表面的孔口進行修飾可以在一定程度上提高分子篩對二甲苯的選擇性，這一發現對甲苯和甲醇烷基化生產對二甲苯的技術有著實質性的提高。其主要的改性方法有水蒸氣處理法，還有金屬降酸法，這些方法都可以提高結果產物中對二甲苯的選擇性。雖然這項技術經過了長久的發展，但投入工業化生產時還存在一定的技術困難。

3.5 苯和甲醇烷基化制對二甲苯

美國曾研發出來的分子篩對很多甲基的催化都十分有效，因此該分子篩也是研究學者著重研究的對象。苯和甲醇烷基化制對二甲苯也是在利用分子篩的前提下進行催化來生產對二甲苯。目前，中國華東理工大學以及同濟大學都對該項技術投入了研究[1]。

3.6 煤炭轉化生產對二甲苯

通過煤炭轉化來生產對二甲苯一般有兩種方法，其中一個方法就是從煤焦化的產物中進行提取，但由于煤焦油中的雜質較高，所以提取出來的對二甲苯一般都是用作溶劑。而另一個方法是利用煤將甲醇芳構化來制取對二甲苯，但由于該方法的反應過程比較復雜，所以對催化過程的要求較高。通過這種方法可以生成二甲醚，然后二甲醚可以與低碳烯烴相互反應生成芳烴。但由于這兩種方法的限制性較高，因此目前中國一般不采用煤炭轉化生成對二甲苯。

3.7 石油化工催化劑生產技術

通過前幾個方法可以發現，任何一種石油化工技術都離不開催化劑的催化。催化劑不僅可以將物質分解，還能促進物質的合成。目前中國研發出來的催化劑主要有丙烯腈催化劑、甲苯歧化與烷基轉移催化劑、聚乙烯催化劑等。這些催化劑的反應效果十分良好，經過中國研究人員的努力，這些催化劑的催化水平已經達到了國際水平[2]。

4 石油化工裝置工藝管道設計所面臨的機遇挑戰

4.1 跨國公司所帶來的全方位競爭

由于石油是每個國家都需要的資源，因此各國的跨國公司開啟了全方位的競爭。近年來，經濟全球化的趨勢越來越明顯，高性能的催化劑不斷地出現在市場上，研究人員需要不斷地將石油化工技術進行更新換代。石油生產裝置的規模擴大不僅對世界帶來了挑戰，對中國的石化企業也帶來了一定的壓力。

4.2 日益嚴格的環保要求對中國石化企業的發展提出了新挑戰

由于人類的環保意識不斷增強，在進行催化的過程中會產生一定的有害氣體以及多余產物，因此在生產過程中石化企業必須擔負保護環境的基本責任。這就要求技術人員在研發新技術時，不僅要考慮技術的實用性，還需要考慮環保問題[3]。

5 結語

總而言之，工藝管道的設計涉及方方面面，中國是由企業所需要的技術型人才還很多，作為一個化工技術工程師應當扎實的學好基本知識，為中國石油企業作出貢獻。