加氢反应器配管设计重点

翁亚妮，易永红



加氢反应器配管设计重点

翁亚妮，易永红

（中国石油工程建设公司华东设计分公司， 山东 青岛 266071）

通过对加氢装置中加氢反应器的平面布置、反应器构架及平台的设置、反应器管嘴的开口方位、反应器的管道布置及支架设置方式等方面进行了详细的阐述，总结了加氢装置反应器配管设计的重点。

加氢反应器；平面布置；构架及平台；开口方位；管道布置；支吊架

近几年来，国内加氢技术得到长足发展，新建和扩建的千万吨级炼厂多采用加氢技术的工艺流程，如蜡油加氢裂化、渣油加氢、柴油加氢等，加氢工艺的主要特点是生产灵活性大、加工原料范围较广、液体产品收率高、产品质量稳定性好等，是重油深加工的主要工艺技术手段之一。在炼油工业中可生产优质轻质油品、清洁馏份油产品和运输燃料，也可为后续化工装置提供优质原料，在炼油和石油化工企业中越来越受到重视。

加氢反应器是加氢装置中非常重要的核心设备，操作条件比较苛刻，具有高温、高压、临氢等特点[1]。反应器配管设计的合理性在反应器的操作、巡检、催化剂装卸、反应器设备及内件的吊装检修、装置的安全生产、平稳操作等方面都有着举足轻重的作用。与反应器关联的管线多采用不锈钢和合金钢管线，因此反应器配管设计的合理性还关系到工程投资的高低。本文将根据实际的工作经验总结加氢反应器配管设计的重点。

1 反应器平面布置

反应器平面布置一般应注意以下几点：

（1）加氢反应器的平面布置应与其相关的加氢进料加热炉、加氢反应产物换热器等协同考虑，统一布置。

（2）反应器一般布置在构架内，且布置在装置的一端或一侧，靠近消防检修道路，同时还应考虑反应器整体到货后运输到现场的道路。

（3）加氢反应器与加氢进料加热炉的净距应尽量缩短，但不宜小于4.5 m[2]。根据流程式布置原则反应产物换热器需靠近反应器布置，通常是将反应器布置在反应产物换热器和加氢反应加热炉之间。

（4）反应器靠道路一侧应设置催化剂装填与卸料检修场地，并与道路连接，以方便催化剂运输。

（5）加氢反应器是加氢装置中最重、吊装难度最大的设备，随着装置规模越来越大，吊装反应器所需的吊车吨位随之增大，因此反应器的吊装空间应引起足够的重视，必要时应与施工单位进行讨论确定反应器吊装所需空间，避免后期增加施工费用。

（6）因加氢反应器很重，目前国内最大的反应器重达1 600 t，反应器所在位置的地质条件要有所保证。

2 反应器构架及平台的设置

加氢反应器平台与塔器平台设置不同，塔器平台一般与设备为一体，平台生根在塔设备上，而反应器上不能生根平台，需单独设置与反应器完全分离的构架平台。因此，加氢反应器构架平台的设置具有区别于塔器平台设置的特点。

2.1 反应器构架底平台的设置方式

（1）设置全平台：反应器底部的油气出口和底部卸料口的标高基本一致，因此可将构架第一层平台设在反应器底部卸料口和反应器油气出口下方，且在卸料口下方设可开启的活动平台。此种平台设置方法的优点在于方便观察、操作油气出口管道上的仪表及仪表阀，同时也方便检修拆卸油气出口的大法兰及盲板，不足之处在于卸料口在平台上方，平台高度距离地面仅2 500 mm，因平台较低，卸料口侧只允许小型车辆进出，操作工人在此处操作卸剂器械很不方便，若将第一层平台高度提高，则需要增加反应器群座高度，如此将会增加反应器及反应器构架的整体高度，无形中增加了整个装置的设备投资。

（2）设置半平台：在反应器底部卸料口侧不设平台，而在另一侧反应器油气出口下方设置平台。此种平台设置方法弥补了以上做法的不足，通过调整卸料口侧构架二层平台的高度，可方便各种车辆进出装卸催化剂，同时也方便观察、操作油气出口管道上的仪表及仪表阀，拆卸、检修油气出口的大法兰及盲板也很方便。但要注意卸料口一侧需给结构专业说明卸料口一侧地面至二层平台中间不允许设置横梁，若结构需要，只能设置人字撑或八字撑。

建议反应器构架底平台的设置应优先考虑采用第二种做法。

2.2 反应器构架顶平台的设置方式

（1）顶平台的高度应合适，顶平台一般宜设在距反应器顶人孔法兰螺栓最下端100 mm处。在此高度，反应器顶部人孔螺栓的安装拆卸比较方便，且进料口管线距离顶平台的高度也比较合适，便于管线上的仪表和仪表阀门的检修操作，同时平台结构梁较好设置。

（2）顶平台的开洞大小可按反应器热胀后平台高度处反应器外壁+保温厚度+50 mm设计。

（3）顶平台梁布置应合理，以避免平台梁与反应器碰。因加氢反应器封头为圆封头，确保平台梁不出现在图1中阴影线区域即可。

（4）顶平台应在电动葫芦吊车梁正下方设置反应器头盖检修重载区和催化剂装载重载区。催化剂装载重载区宜靠构架检修侧，应能够承载催化剂料桶满载的重量；头盖检修重载区宜靠构架管道侧，应能够承载反应器头盖的重量。

2.3 反应器构架顶电动葫芦及结构梁的设置要求

（1）电动葫芦的负载重量应取满载催化剂料桶重量和反应器头盖重量中较重的一方。

图1 顶平台梁限制区域

注：为顶平台开洞大小；为反应器顶封头外半径+保温厚度+50 mm

（2）电动葫芦轨道梁应位于反应器人孔正上方，轨底与顶平台间最小空间应为下列各参数之和：轨底到电动葫芦吊钩的最小高度；被吊起部件或料桶高度；被吊起部件顶部与吊钩的间隙（按索具与垂直线的夹角不大于60°，且不小于0.5 m考虑）[3];被吊起部件底部与平台的间隙，不小于0.5 m。

（3）在反应器头盖放置区侧吊车梁下部靠近构架柱子设置电动葫芦检修平台，上部设置吊车防雨雪棚，棚子不宜设置过大，以免妨碍催化剂装填。

（4）通常反应器检修、催化剂装填采用吊车与电动葫芦相结合的方式，在反应器构架顶部留出供吊车吊装催化剂的空间，此空间不允许设置结构梁。

（5）反应器构架检修侧立面从顶平台至吊车梁轨顶间不应设妨碍电动葫芦吊装运行的梁柱、灯具等物体。

（6）反应器检修侧构架顶平台至上层吊车梁之间不允许设置结构梁。

2.4 反应器构架平台的其他设置要求

（1）在设置反应构架平台的时候应充分考虑到因反应器热胀与构架的相对位移，同时反应器构架平台的设置应满足操作、检修和催化剂装卸的要求。

（2）反应器构架中间各层平台的设置，应根据反应器冷氢注入口、热电偶口、催化剂中间卸料口等管嘴及其连接管道的操作和检修的要求确定，并保证各管嘴在反应器热膨胀的时候均不会与构架平台梁相碰。

3 反应器的开口方位

3.1 物料入口

为使反应器入口管线避开重载区，物料入口管嘴方位应与电动葫芦轨道梁方向垂直；当反应器入口管线与构架平台边净空不到800 mm时，反应器入口管嘴应远离反应器构架斜梯侧。

3.2 物料出口

为了不妨碍催化剂卸料和操作人员通行，反应器出口管嘴应远离卸料口和构架斜梯侧。

3.3 冷氢口

为了控制反应温度，平衡催化剂床层间的热量分布，催化剂床层间需注入冷氢。冷氢口检修和安装时需要抽出和插入，冷氢口方位设计时应考虑抽出空间，不应正对构架立柱、斜撑，同时冷氢管线的布置不能妨碍操作人员的正常通行。

3.4 卸料口

卸料口应朝向空旷检修场地；为便于催化剂卸料，卸料口法兰高度距地面不小于2.3 m[4]，一般控制在距地面2.3~3.0 m。

3.5 热电偶口

热电偶口的方位首先应满足工艺和仪表的要求，并满足热电偶插入、抽出所需的检修空间。在确定热电偶口方位前，应了解插入反应器内热电偶的型式，对于不能弯曲的热电偶，热电偶抽出方位上要根据热电偶的具体长度留出足够的空间，在此空间范围内不能有构架立柱、斜撑或其它管线。

4 反应器的管道布置

4.1 反应器进出口管道

（1）炉后混氢的工艺方案中，为使氢气和原料油充分混合，氢气管线和原料油管线的混合点距离入口管线上的仪表开口位置要求最小30倍管径，最大50倍管径。仪表开口位置距离入口管嘴距离最小。

（2）反应器进出口管道应进行详细的应力分析。反应器进出口管嘴受力应合理，过大将可能增加反应器壁厚，过小将可能使管线增长，弯头增多，因此管道设计专业应与设备专业协商反应器进出口管嘴受力大小，使其在合理的经济范围内。

（3）从加热炉集合总管到反应器入口管线应步步高，从反应器出口到高压换热器管线应最多出现一个高点，避免出现袋形。

（4）反应器进出口管道为TP321/TP347不锈钢，管道壁厚较厚，往往需要国外采购。为减少管道材料，在满足工艺要求和设备管嘴受力要求的前提下，反应器进出口管道尽量短，并且减少弯头的数量。

（5）入口管道在入口法兰附近应设卡箍式管托与门框式支架组合的可分离刚性支架，供检修用。入口管道在顶平台构架梁处应设置恒力弹簧吊架，在立管处考虑设置导向支架和弹簧支架（必要时）。

（6）进料管道布置要避开构架顶平台检修重载区域。

（7）在管道设计布置时要充分考虑管道自身的较大热位移，避免操作工况时管道和构架梁及斜撑相碰。

（8）为方便反应器出料管道的安装及检修，反应器出料口管道应设置带弯头的可拆卸管段。

（9）对于两相流反应器进出口管道应考虑管道的防振措施。

（10）反应器进出口管道的支吊架尽量选用卡箍式管托和管吊。

（11）位移较大的弹簧支吊架尽量选用吊架，吊杆的长度不宜过短，应保证热态吊杆的偏移角度不超过4°。导向支架不宜选用管卡式的，应选用框式导向支架，以避免管道的轴向位移受到限制[1]，框式导向支架应避免管道因热位移过大而使管托脱离导向框。

4.2 冷氢管道

（1）冷氢管道的介质操作温度不高，自身的热胀量不大，但反应器冷氢口的管嘴会随反应器的热胀而升高，为保证冷氢管嘴法兰安全无泄漏，冷氢管道设计时应有足够的柔性，并进行详细的管道应力计算，在适当位置设置弹簧支吊架。

（2）由于靠近冷氢注入口设备管嘴处温度比较高，冷氢管道等级一般以止回阀为界，氢气总管到止回阀前管道为碳钢，从止回阀到冷氢管嘴间管道为不锈钢。为防止高温对止回阀前管道影响，从止回阀到冷氢管嘴间管道一般不小于2 m，为节约材料也不宜过长。

（3）冷氢管嘴检修和安装时需要抽出和插入，在冷氢管道靠近管嘴处设置带弯头的可拆卸管段。

4.3 测压管道

仪表管道测压口应从管道上方引出，避免堵塞和腐蚀，压力表前的取压阀通常是双阀中间带一放凝阀，阀的安装位置较高，配管设计时要考虑压力表前的三阀组的管线支架问题，同时要在合适位置设置检修操作平台，便于观察压力表读数。差压变送器应高于测压点，安装于反应器顶层平台上。

4.4 消防管道

（1）对于温度高于自燃点介质的反应器进出口管道法兰和弯管法兰处均应设置消防蒸汽环管。消防蒸汽环管应位于垫片正上方，一般距法兰外缘80~200 mm，朝垫片侧开Φ2 mm小孔，并在蒸汽环管低点设Φ6 mm泪孔。消防蒸汽环管应设置为可拆卸结构。 （下转第1003页）

（2）每个消防蒸汽环管均应设置一个切断阀。切断阀应集中布置在明显、安全和易操作的地方，切断阀并应落地安装，距反应器至少15米。

（3）反应器构架应设置消防蒸汽管道和消防水管道。

4.5 服务站管道

反应器构架各层或隔层应设置服务站，服务站管道至少包括：净化风、氮气、蒸汽。

5 结束语

反应器配管设计具有自己的特点，本文在反应器平面布置、构架及平台设置、开口方位、管道布置等方面阐述了反应器的配管设计重点。熟练掌握这些内容，能避免设计出错，加快设计进度，提高工作效率。

［1］丘平．加氢反应器的配管设计[J].石油化工设计，2008，25（2）：15-16.

［2］张德姜，李庆汉，张发有，丘平．石油化工工艺装置布置设计规范[S].中华人民共和国工业和信息化部，2011： 4．

［3］陈英．加氢裂化装置反应器的配管设计[J].石油化工设计，2005，22（2）：14-15.

［4］张德姜，王怀义，刘绍叶．石油化工装置工艺管道安装设计手册第一篇，设计与计算[M].中国石化出版社，2009：85-91．

The Emphasis of Hydrogenation Reactor Piping Design

，-

（CPECC East-China Design Branch, ShandongQingdao 266071，China）

The plain layout, frame and platform settings, nozzle orientation, piping layout, piping support and hanger settings of hydrogenation reactor in hydrogenation unit were introduced. Then the emphasis of hydrogenation reactor piping design was discussed.

Hydrogenation reactor; Plain layout; Structure and platform; Nozzle orientation; Piping design; Piping support and hanger

TE 96

A

1671-0460（2014）06-0997-03

2013-09-25

翁亚妮（1979-），女，新疆克拉玛依人，工程师，2001年毕业于石油大学（北京）化学工程专业，从事配管设计工作。E-mail：wengyani@cnpccei.cn。