百萬噸乙烯裝置廢堿框架的布置

陳秋香

（惠生工程（中國）有限公司，北京 100032）

乙烯—作為石油化工最基本的原料，是生產(chǎn)各種重要的有機(jī)化工產(chǎn)品的基礎(chǔ)，其市場需求不斷擴(kuò)大，因而乙烯生產(chǎn)裝置的生產(chǎn)規(guī)模也在不斷擴(kuò)大和提升。近年來，隨著乙烯生產(chǎn)能力不斷提高，國內(nèi)百萬噸乙烯裝置不斷涌現(xiàn)，乙烯生產(chǎn)過程中從堿洗塔排出的含堿廢液即廢堿的處理量也增大。從乙烯裝置堿洗塔排出的廢堿液中通常含有Na2S，NaHS，Na2CO3，NaOH，Na2SO3，Na2S2O3以及硫醇等硫化物。同時(shí)，還伴隨部分烴類的冷凝聚合物，即黃油。因此，廢堿液的處理效果好壞對下游污水處理有著直接的影響。目前，乙烯裝置廢堿液的處理方法包括濕式氧化法、催化氧化脫硫法，而濕式氧化法又分為高壓濕式氧化法（HPWAO）、中壓濕式氧化法（MPWAO）和低壓濕式氧化法（LPWAO）[2]。處理方法不同，需要的設(shè)備以及所對應(yīng)的設(shè)備布置也不同。下面針對采用高壓濕式氧化法的萬華化學(xué)100 萬t/a輕烴裂解制乙烯裝置中廢堿氧化單元廢堿框架的設(shè)備布置和管道布置的設(shè)計(jì)思路進(jìn)行簡要介紹。

1 設(shè)備布置

1.1 占地面積的確定

乙烯裝置廢堿氧化單元位于整個(gè)裝置的東北角，南北長164m，東西寬約80m，單元內(nèi)南北向管廊將整個(gè)單元分為東西兩側(cè)，東側(cè)為機(jī)柜間和變電所，西側(cè)為廢堿處理工藝流程涉及的框架、設(shè)備及管道。通過單元內(nèi)東西向小管廊及裝置管廊西側(cè)與壓縮單元緊密相連，南側(cè)與爐區(qū)相連。

乙烯裝置廢堿氧化單元包括的主要工藝過程有：輕烴汽提、濕空氣氧化反應(yīng)、放空氣水洗、酸堿中和，而廢堿框架則包含了前三個(gè)工藝過程。相應(yīng)的主要設(shè)備包括：汽提脫烴塔C1722-1/2、廢堿氧化反應(yīng)器R1731-1/2、水洗塔C1732以及相應(yīng)的換熱器、泵等。

廢堿框架占地面積的確定，首先需根據(jù)工藝流程合理布置框架內(nèi)設(shè)備，預(yù)留管道布置空間，緊湊而有序布置，減少占地面積；同時(shí)，要考慮到設(shè)備土建基礎(chǔ)承臺(tái)的大小，避免地下基礎(chǔ)發(fā)生碰撞，因此設(shè)備間距適當(dāng)增大。經(jīng)過配管研究和計(jì)算決定，廢堿框架南北向設(shè)置18m，東西向設(shè)置14m。

1.2 框架層數(shù)及層高的確定

對百萬噸乙烯裝置而言，汽提脫烴塔C1722-1/2和水洗塔C1732屬于細(xì)且高的設(shè)備，即直徑偏小高度偏大，布置時(shí)需考慮到支撐及操作平臺(tái)的可行性。同時(shí)，廢堿氧化反應(yīng)器R1731-1/2人孔多、管線閥組多，布置時(shí)需考慮人孔處檢修平臺(tái)和閥組的位置。另外，框架內(nèi)還需容納這些塔和反應(yīng)器相應(yīng)的分離罐、閃蒸罐、換熱器等。因此，經(jīng)過詳細(xì)研究決定，廢堿框架，東西向分3軸，軸間距等分為7m，南北向分四軸，軸間距由北向南分別是8m、5m、5m。框架總層高18.2m，由北向南第一、二軸之間包含五層，由下至上包含的設(shè)備有廢堿氧化水洗循環(huán)冷卻器E1732、廢堿氧化冷卻器E1733-1/2、水洗塔C1732、廢堿閃蒸罐D(zhuǎn)1728、脫油廢堿加熱器冷凝罐D(zhuǎn)1727、脫油廢堿進(jìn)料加熱器E1723-1/2等。第三軸與第五軸之間主要包含汽提脫烴塔C1722-1/2，此處框架的作用主要是方便汽提脫烴塔的支撐、檢修及附塔管線的布置，考慮到合理緊湊布置的原則，在此兩跨之間東西方向只保留東側(cè)框架。整個(gè)框架位于裝置內(nèi)管廊西側(cè)，其東側(cè)包含四臺(tái)泵，北側(cè)為廢堿氧化反應(yīng)器R1731-1/2。如圖1所示。

圖1 三維模型

圖1可以看出，汽提脫烴塔C1722-1/2和水洗塔C1732主要的支撐及操作平臺(tái)可借助框架平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)。而對于反應(yīng)器R1731-1/2的管線閥組較多難易布置的難題，在此處可利用框架PF EL+15.400層平臺(tái)來敷設(shè)。同時(shí)利用框架頂層平臺(tái)可集中布置反應(yīng)器和塔等的頂部安全閥，減輕了安全閥組對相應(yīng)設(shè)備的荷載。另外，為滿足業(yè)主要求單體框架結(jié)構(gòu)與管廊聯(lián)合操作，本設(shè)計(jì)中將廢堿框架與管廊框架聯(lián)通，且反應(yīng)器頂部操作平臺(tái)與廢堿框架也聯(lián)通，如圖2所示。

圖2 框架聯(lián)通示意圖

2 管道布置

管道布置必須符合工藝、管道及儀表流程圖（含P&ID和U&ID），在此基礎(chǔ)上，應(yīng)統(tǒng)籌規(guī)劃，做到安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、整齊美觀，滿足施工、操作和檢修等方面的要求。具體到不同設(shè)備，其相應(yīng)的管道設(shè)計(jì)又有各自不同的要求。

2.1 廢堿氧化水洗循環(huán)冷卻器E1732、廢堿氧化冷卻器E1733-1/2等換熱器的管道布置

對于換熱器的管道布置，首先要考慮換熱器的抽芯空間以及管線上閥門儀表等的可操作性，如圖3。

圖3 換熱器管道布置

換熱器的循環(huán)水管線統(tǒng)一布置在換熱器南側(cè)，閥組位于可操作位置，進(jìn)水回水管道均與地下循環(huán)水管道相連接。

對于換熱器的工藝介質(zhì)管道，就近設(shè)置切斷閥和閥組，避免不必要的袋型，同時(shí)保證換熱器兩側(cè)操作通道的寬度不小于0.8m。

2.2 WAO反應(yīng)器R1731-1/2的管道布置

WAO反應(yīng)器R1731-1/2內(nèi)部是塔盤結(jié)構(gòu)，所以其管道布置與塔管道布置一致。首先將反應(yīng)器周圍分為配管區(qū)和操作區(qū)，管道應(yīng)布置在配管區(qū)，而人孔、梯子和儀表應(yīng)布置在操作區(qū)，如圖4。

圖4 WAO反應(yīng)器R1731-1/2的管道布置

廢堿液從反應(yīng)器塔底進(jìn)料，逐層經(jīng)濕空氣氧化，每臺(tái)反應(yīng)器共含有四組中壓蒸汽和空氣，每組中壓蒸汽和空氣管線均包含閥組、流量計(jì)和止回閥，且管線尺寸最大才3寸，所以此時(shí)閥組的布置和支撐成為重要考慮點(diǎn)。經(jīng)過反復(fù)比較，將反應(yīng)器布置在廢堿框架的北側(cè)，才使得問題有了解決方法。管口附近的止回閥和導(dǎo)淋利用塔平臺(tái)可操作，而閥組統(tǒng)一布置在框架EL15.400平臺(tái)上，既方便操作，也解決了支撐難題。

2.3 框架頂層安全閥等的管道布置

汽提塔、WAO反應(yīng)器、脫油廢堿進(jìn)料加熱器、過濾器等都含有安全閥組（圖5），并且分別都是配備兩個(gè)安全閥，因此安全閥的數(shù)量比較多。考慮到安全閥的管道布置要求：應(yīng)直立安裝并靠近被保護(hù)的設(shè)備和管道，如不能靠近布置，則從被保護(hù)的設(shè)備和管道到安全閥的管道總壓降，不應(yīng)超過安全閥定壓值的3%。安全閥宜設(shè)置檢修平臺(tái)等。所以將安全閥組集中布置在框架頂層，這樣既能滿足壓降的要求，同時(shí)也便于安全閥組的支撐、操作和檢維修。

圖5 安全閥組集中布置圖

3 結(jié)束語

隨著乙烯裝置生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和提升，廢堿液的處理量將隨之增加，相應(yīng)設(shè)備和管道布置問題將不斷出現(xiàn)，設(shè)備布置和管道布置設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)正確把握設(shè)備和管道布置的基本原則，全面考慮，選擇最為合理的布置方案。