延迟焦化装置分馏塔塔顶油气线的管道设计研究

李华+张伯熹+沈轶

摘要：文章基于焦化分馏工艺原理，结合延迟焦化装置安装特点及地形情况，通过塔顶油气线的管道设计与选材、应力分析以及支吊架设计等方面的研究，完成了延迟焦化装置分馏塔塔顶油气线的管道设计，并将新设计的管道布置方案与原方案进行比较，结果表明改变管道的布置能够极大地改善管系受力情况。

关键词：延迟焦化；分馏塔；油气线；应力分析

中图分类号：TE624 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）16-0022-02

目前我国大量进口原油是含酸、硫的中东原油，这种原油深加工多使用渣油加氢处理和延迟焦化等进行工艺处理。延迟焦化工艺对原料的适应性强，柴汽的比例高，投资少并且建设周期短，同时也具有经济效益好等优点。近年来，在我国的应用十分广泛。

延迟焦化装置中，除了焦炭塔有关的管道设计非常重要以外，焦化分馏塔塔顶油气线的管道设计也非常重要，本文结合青岛石油化工有限责任公司（以下简称青岛石化厂）加工高酸原油适应性改造项目160万吨/年延迟焦化装置，对焦化分馏塔塔顶油气线的管道设计应当注意的问题进行分析。

1 焦化分馏工艺原理

该装置由焦化、分馏、吸收稳定、吹气放空、冷焦切焦水处理及脱硫部分组成。而在分馏部分分馏塔尤其重要。原料及循环油在焦炭塔内进行裂解和缩合反应，生成焦炭和油气。高温油气自焦炭塔顶至分馏塔下段，经过洗涤板从蒸发段上升进入蜡油集油箱以上分馏段，分馏出富气、汽油、柴油、轻蜡油和重蜡油馏分。

分馏塔顶油气（112℃）经焦化分馏塔顶空冷器（141A-H）、焦化分馏塔顶后冷器（E-111A-D）冷却到40℃，与来自加氢的酸性气和抽出液混合进入分馏塔顶油气分离罐（V-103），进行油、气、水三相分离。富气至富气压缩机（C-201）升压。

2 平面布置与塔顶油气线的管道设计

在进行延迟焦化装置的平面布置设计时，要结合已有的地形情况，处理好焦化炉、焦炭塔与分馏塔三者的位置关系。在满足国家标准《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-2008）的前提下，三者布置越紧凑越好。

分馏塔油气空冷器一般是靠近分馏塔一侧，青岛石化厂就将其布置在1#管桥上，且在分馏塔一侧。考虑塔顶油气管线直径大（DN600），在管道设计时尽可能缩短塔顶油气线的长度，以减少压降和管道的长度，同时在管道布置时应考虑用管道走向来吸收热膨胀对整个管系产生的应力，所以分馏塔塔顶空冷器布置在按照流程式布置原则尽量靠近分馏塔的基础上，还要在水平方向上有一定的距离，以确保用水平方向的管道长度来吸收管系垂直方向的热位移。具体来讲，焦化炉和焦炭塔尽可能靠近布置；焦炭塔和焦化分馏塔也应尽量靠近布置，但应与消防、检修和配管结合起来统筹考虑。

3 塔顶油气线的选材

在合理采用工艺防腐措施，即在塔顶管道上设：注水、注缓蚀剂、注有机胺。并加强现场监测和生产管理的基础上，根据不同的原油含硫含酸特性和腐蚀速率进行经济和合理的选材是十分必要的。塔顶油气线的操作温度不高，设计温度132℃，小于240℃，按照规范要求以及国内外加工高硫高酸原油延迟焦化装置选材的情况调查，结合本装置情况，采用了加厚碳钢的方法，解决其腐蚀问题，因此该管系应当选用我公司2C3等级的管材及管件、阀门等。油气管道在平台处设置了70mm后的防烫层，以保护操作人员不被烫伤。

4 塔顶油气线的管道设计与应力分析

在做油气管线设计时，首先考虑以下五点：（1）符合要求的工艺管道及仪表流程；（2）考虑到管道的热应力；（3）根据“循序渐进”的布局要求，不得出现下U，并且不能出现偏流的现象，应该用对称性原理布置；（4）考虑运行维护方便；（5）尽量节省管道使其布局合理、经济、整洁并且美观。

因为分馏塔顶油气最终到富气压缩机升压，随着管道的压降增加相应的对压缩机能耗也增加，所以油气线越短、越直越有利于减少管道压降，但该管系的应力应当满足要求，否则管道的使用寿命将会缩短，严重的还会造成泄漏、引发火灾等恶性事故，因此对管系的应力分析显得尤为重要。一是要考虑管系的应力，同时又要考虑减少压降，这两点是矛盾的，所以应在矛盾中找到最佳平衡点，因此在应力满足的条件下尽量降低管系压降。分馏塔顶油气传统管系布置形式如图1所示，经过计算各嘴子的受力，其中节点200、300、310、800、810、910的Mz超出空冷器管嘴允许的力矩均在范围，节点200、900的Mx也超出其范围，其中900点的Mz超出允许使用值近1.7倍。为了适应焦化装置的大型化要求，对原管系的设计进行了改进，改进后管系布置形式见图2。在没有增加管道总长度的情况下，应力分析结果表明整个油气管系受力是比较均匀的，力和力矩的分配也是比较合理的。一次应力和二次应力均满足要求，按照API-661，空冷器管嘴允许的作用力和力矩均在范围之内。以上结果说明改变管道的布置大大地改善管系受力情况。

5 塔顶油气线的支吊架设计

管道设计的重要组成部分则为管道支吊架的设计，另外与应力分析也是分不开的。在管道的设计，该管系（管系统是一个不断运行的形式）的生根形式与应力分析结果相结合，来确定支架的形式，进行支架的设计应根据应力分析结果。

分馏塔顶油气管道，直径较大，垂直段较长。在布置支架时应考虑多重因素。一般情况下为减少敷塔管道对分馏塔管嘴的应力，避免管道振动，沿塔敷设的每一根管道均应设置承重支架。并在适当的位置设导向支架，必要时还应设置弹簧支架。下面以青岛石化延迟焦化为例。

（1）固定承重支架应安装在靠近设备管嘴处以减少管嘴受力。塔外壁上的支架设置按图3所示，所以塔顶油气线的第一个支在40点EL+56700处为承重支。

（2）塔上管道距离较长，在承重支架下面应设置导向支架。本文设计在50点EL+48300处设一个导向支。

（3）由于该管系垂直荷载较大，为降低最顶部承重支架生根点塔体的局部应力，可在垂直管中间设弹簧吊架分担垂直荷载，所以在60点EL+37600处增设一个弹簧支，若将弹簧支移至50点，虽然对承重没什么影响，但影响整个关系的稳定性；在70点EL+27200处设一个导向支。

（4）由于塔顶温度最低，而整个塔是向上胀，塔顶油气线的温度与塔顶的温度差不多，管系向下胀的位移远小于塔的热胀位移，所以整个管系有向上的热胀位移，在100、110、120点脱空，因此在这几处设弹簧支。

6 结语

焦化分馏塔在整个延迟焦化中所处地位也是非常重要的。焦化分馏塔顶油气管线的设计对分馏塔和空冷器的稳定安全有着很大的影响。做这部分的管道设计要思路细腻而严谨，这就需要我们在透彻理解工艺原理的基础上，结合整个系统的应力趋势及材质选择进行合理的设计。

参考文献

[1] 张德江，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）[M].北京：中国石化出版社，2005.

[2] 王怀义.石油化工管道安装设计便查手册[M].北京：中国石化出版社，2003.

[3] 工程设计手册标准编号[M].

作者简介：李华（1979—），女，甘肃秦安人，中石化洛阳工程有限公司工程师，研究方向：石油化工装置管道设计。

摘要：文章基于焦化分馏工艺原理，结合延迟焦化装置安装特点及地形情况，通过塔顶油气线的管道设计与选材、应力分析以及支吊架设计等方面的研究，完成了延迟焦化装置分馏塔塔顶油气线的管道设计，并将新设计的管道布置方案与原方案进行比较，结果表明改变管道的布置能够极大地改善管系受力情况。

关键词：延迟焦化；分馏塔；油气线；应力分析

中图分类号：TE624 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）16-0022-02

目前我国大量进口原油是含酸、硫的中东原油，这种原油深加工多使用渣油加氢处理和延迟焦化等进行工艺处理。延迟焦化工艺对原料的适应性强，柴汽的比例高，投资少并且建设周期短，同时也具有经济效益好等优点。近年来，在我国的应用十分广泛。

延迟焦化装置中，除了焦炭塔有关的管道设计非常重要以外，焦化分馏塔塔顶油气线的管道设计也非常重要，本文结合青岛石油化工有限责任公司（以下简称青岛石化厂）加工高酸原油适应性改造项目160万吨/年延迟焦化装置，对焦化分馏塔塔顶油气线的管道设计应当注意的问题进行分析。

1 焦化分馏工艺原理

该装置由焦化、分馏、吸收稳定、吹气放空、冷焦切焦水处理及脱硫部分组成。而在分馏部分分馏塔尤其重要。原料及循环油在焦炭塔内进行裂解和缩合反应，生成焦炭和油气。高温油气自焦炭塔顶至分馏塔下段，经过洗涤板从蒸发段上升进入蜡油集油箱以上分馏段，分馏出富气、汽油、柴油、轻蜡油和重蜡油馏分。

分馏塔顶油气（112℃）经焦化分馏塔顶空冷器（141A-H）、焦化分馏塔顶后冷器（E-111A-D）冷却到40℃，与来自加氢的酸性气和抽出液混合进入分馏塔顶油气分离罐（V-103），进行油、气、水三相分离。富气至富气压缩机（C-201）升压。

2 平面布置与塔顶油气线的管道设计

在进行延迟焦化装置的平面布置设计时，要结合已有的地形情况，处理好焦化炉、焦炭塔与分馏塔三者的位置关系。在满足国家标准《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-2008）的前提下，三者布置越紧凑越好。

分馏塔油气空冷器一般是靠近分馏塔一侧，青岛石化厂就将其布置在1#管桥上，且在分馏塔一侧。考虑塔顶油气管线直径大（DN600），在管道设计时尽可能缩短塔顶油气线的长度，以减少压降和管道的长度，同时在管道布置时应考虑用管道走向来吸收热膨胀对整个管系产生的应力，所以分馏塔塔顶空冷器布置在按照流程式布置原则尽量靠近分馏塔的基础上，还要在水平方向上有一定的距离，以确保用水平方向的管道长度来吸收管系垂直方向的热位移。具体来讲，焦化炉和焦炭塔尽可能靠近布置；焦炭塔和焦化分馏塔也应尽量靠近布置，但应与消防、检修和配管结合起来统筹考虑。

3 塔顶油气线的选材

在合理采用工艺防腐措施，即在塔顶管道上设：注水、注缓蚀剂、注有机胺。并加强现场监测和生产管理的基础上，根据不同的原油含硫含酸特性和腐蚀速率进行经济和合理的选材是十分必要的。塔顶油气线的操作温度不高，设计温度132℃，小于240℃，按照规范要求以及国内外加工高硫高酸原油延迟焦化装置选材的情况调查，结合本装置情况，采用了加厚碳钢的方法，解决其腐蚀问题，因此该管系应当选用我公司2C3等级的管材及管件、阀门等。油气管道在平台处设置了70mm后的防烫层，以保护操作人员不被烫伤。

4 塔顶油气线的管道设计与应力分析

在做油气管线设计时，首先考虑以下五点：（1）符合要求的工艺管道及仪表流程；（2）考虑到管道的热应力；（3）根据“循序渐进”的布局要求，不得出现下U，并且不能出现偏流的现象，应该用对称性原理布置；（4）考虑运行维护方便；（5）尽量节省管道使其布局合理、经济、整洁并且美观。

因为分馏塔顶油气最终到富气压缩机升压，随着管道的压降增加相应的对压缩机能耗也增加，所以油气线越短、越直越有利于减少管道压降，但该管系的应力应当满足要求，否则管道的使用寿命将会缩短，严重的还会造成泄漏、引发火灾等恶性事故，因此对管系的应力分析显得尤为重要。一是要考虑管系的应力，同时又要考虑减少压降，这两点是矛盾的，所以应在矛盾中找到最佳平衡点，因此在应力满足的条件下尽量降低管系压降。分馏塔顶油气传统管系布置形式如图1所示，经过计算各嘴子的受力，其中节点200、300、310、800、810、910的Mz超出空冷器管嘴允许的力矩均在范围，节点200、900的Mx也超出其范围，其中900点的Mz超出允许使用值近1.7倍。为了适应焦化装置的大型化要求，对原管系的设计进行了改进，改进后管系布置形式见图2。在没有增加管道总长度的情况下，应力分析结果表明整个油气管系受力是比较均匀的，力和力矩的分配也是比较合理的。一次应力和二次应力均满足要求，按照API-661，空冷器管嘴允许的作用力和力矩均在范围之内。以上结果说明改变管道的布置大大地改善管系受力情况。

5 塔顶油气线的支吊架设计

管道设计的重要组成部分则为管道支吊架的设计，另外与应力分析也是分不开的。在管道的设计，该管系（管系统是一个不断运行的形式）的生根形式与应力分析结果相结合，来确定支架的形式，进行支架的设计应根据应力分析结果。

分馏塔顶油气管道，直径较大，垂直段较长。在布置支架时应考虑多重因素。一般情况下为减少敷塔管道对分馏塔管嘴的应力，避免管道振动，沿塔敷设的每一根管道均应设置承重支架。并在适当的位置设导向支架，必要时还应设置弹簧支架。下面以青岛石化延迟焦化为例。

（1）固定承重支架应安装在靠近设备管嘴处以减少管嘴受力。塔外壁上的支架设置按图3所示，所以塔顶油气线的第一个支在40点EL+56700处为承重支。

（2）塔上管道距离较长，在承重支架下面应设置导向支架。本文设计在50点EL+48300处设一个导向支。

（3）由于该管系垂直荷载较大，为降低最顶部承重支架生根点塔体的局部应力，可在垂直管中间设弹簧吊架分担垂直荷载，所以在60点EL+37600处增设一个弹簧支，若将弹簧支移至50点，虽然对承重没什么影响，但影响整个关系的稳定性；在70点EL+27200处设一个导向支。

（4）由于塔顶温度最低，而整个塔是向上胀，塔顶油气线的温度与塔顶的温度差不多，管系向下胀的位移远小于塔的热胀位移，所以整个管系有向上的热胀位移，在100、110、120点脱空，因此在这几处设弹簧支。

6 结语

焦化分馏塔在整个延迟焦化中所处地位也是非常重要的。焦化分馏塔顶油气管线的设计对分馏塔和空冷器的稳定安全有着很大的影响。做这部分的管道设计要思路细腻而严谨，这就需要我们在透彻理解工艺原理的基础上，结合整个系统的应力趋势及材质选择进行合理的设计。

参考文献

[1] 张德江，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）[M].北京：中国石化出版社，2005.

[2] 王怀义.石油化工管道安装设计便查手册[M].北京：中国石化出版社，2003.

[3] 工程设计手册标准编号[M].

作者简介：李华（1979—），女，甘肃秦安人，中石化洛阳工程有限公司工程师，研究方向：石油化工装置管道设计。

摘要：文章基于焦化分馏工艺原理，结合延迟焦化装置安装特点及地形情况，通过塔顶油气线的管道设计与选材、应力分析以及支吊架设计等方面的研究，完成了延迟焦化装置分馏塔塔顶油气线的管道设计，并将新设计的管道布置方案与原方案进行比较，结果表明改变管道的布置能够极大地改善管系受力情况。

关键词：延迟焦化；分馏塔；油气线；应力分析

中图分类号：TE624 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）16-0022-02

目前我国大量进口原油是含酸、硫的中东原油，这种原油深加工多使用渣油加氢处理和延迟焦化等进行工艺处理。延迟焦化工艺对原料的适应性强，柴汽的比例高，投资少并且建设周期短，同时也具有经济效益好等优点。近年来，在我国的应用十分广泛。

延迟焦化装置中，除了焦炭塔有关的管道设计非常重要以外，焦化分馏塔塔顶油气线的管道设计也非常重要，本文结合青岛石油化工有限责任公司（以下简称青岛石化厂）加工高酸原油适应性改造项目160万吨/年延迟焦化装置，对焦化分馏塔塔顶油气线的管道设计应当注意的问题进行分析。

1 焦化分馏工艺原理

该装置由焦化、分馏、吸收稳定、吹气放空、冷焦切焦水处理及脱硫部分组成。而在分馏部分分馏塔尤其重要。原料及循环油在焦炭塔内进行裂解和缩合反应，生成焦炭和油气。高温油气自焦炭塔顶至分馏塔下段，经过洗涤板从蒸发段上升进入蜡油集油箱以上分馏段，分馏出富气、汽油、柴油、轻蜡油和重蜡油馏分。

分馏塔顶油气（112℃）经焦化分馏塔顶空冷器（141A-H）、焦化分馏塔顶后冷器（E-111A-D）冷却到40℃，与来自加氢的酸性气和抽出液混合进入分馏塔顶油气分离罐（V-103），进行油、气、水三相分离。富气至富气压缩机（C-201）升压。

2 平面布置与塔顶油气线的管道设计

在进行延迟焦化装置的平面布置设计时，要结合已有的地形情况，处理好焦化炉、焦炭塔与分馏塔三者的位置关系。在满足国家标准《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-2008）的前提下，三者布置越紧凑越好。

分馏塔油气空冷器一般是靠近分馏塔一侧，青岛石化厂就将其布置在1#管桥上，且在分馏塔一侧。考虑塔顶油气管线直径大（DN600），在管道设计时尽可能缩短塔顶油气线的长度，以减少压降和管道的长度，同时在管道布置时应考虑用管道走向来吸收热膨胀对整个管系产生的应力，所以分馏塔塔顶空冷器布置在按照流程式布置原则尽量靠近分馏塔的基础上，还要在水平方向上有一定的距离，以确保用水平方向的管道长度来吸收管系垂直方向的热位移。具体来讲，焦化炉和焦炭塔尽可能靠近布置；焦炭塔和焦化分馏塔也应尽量靠近布置，但应与消防、检修和配管结合起来统筹考虑。

3 塔顶油气线的选材

在合理采用工艺防腐措施，即在塔顶管道上设：注水、注缓蚀剂、注有机胺。并加强现场监测和生产管理的基础上，根据不同的原油含硫含酸特性和腐蚀速率进行经济和合理的选材是十分必要的。塔顶油气线的操作温度不高，设计温度132℃，小于240℃，按照规范要求以及国内外加工高硫高酸原油延迟焦化装置选材的情况调查，结合本装置情况，采用了加厚碳钢的方法，解决其腐蚀问题，因此该管系应当选用我公司2C3等级的管材及管件、阀门等。油气管道在平台处设置了70mm后的防烫层，以保护操作人员不被烫伤。

4 塔顶油气线的管道设计与应力分析

在做油气管线设计时，首先考虑以下五点：（1）符合要求的工艺管道及仪表流程；（2）考虑到管道的热应力；（3）根据“循序渐进”的布局要求，不得出现下U，并且不能出现偏流的现象，应该用对称性原理布置；（4）考虑运行维护方便；（5）尽量节省管道使其布局合理、经济、整洁并且美观。

因为分馏塔顶油气最终到富气压缩机升压，随着管道的压降增加相应的对压缩机能耗也增加，所以油气线越短、越直越有利于减少管道压降，但该管系的应力应当满足要求，否则管道的使用寿命将会缩短，严重的还会造成泄漏、引发火灾等恶性事故，因此对管系的应力分析显得尤为重要。一是要考虑管系的应力，同时又要考虑减少压降，这两点是矛盾的，所以应在矛盾中找到最佳平衡点，因此在应力满足的条件下尽量降低管系压降。分馏塔顶油气传统管系布置形式如图1所示，经过计算各嘴子的受力，其中节点200、300、310、800、810、910的Mz超出空冷器管嘴允许的力矩均在范围，节点200、900的Mx也超出其范围，其中900点的Mz超出允许使用值近1.7倍。为了适应焦化装置的大型化要求，对原管系的设计进行了改进，改进后管系布置形式见图2。在没有增加管道总长度的情况下，应力分析结果表明整个油气管系受力是比较均匀的，力和力矩的分配也是比较合理的。一次应力和二次应力均满足要求，按照API-661，空冷器管嘴允许的作用力和力矩均在范围之内。以上结果说明改变管道的布置大大地改善管系受力情况。

5 塔顶油气线的支吊架设计

管道设计的重要组成部分则为管道支吊架的设计，另外与应力分析也是分不开的。在管道的设计，该管系（管系统是一个不断运行的形式）的生根形式与应力分析结果相结合，来确定支架的形式，进行支架的设计应根据应力分析结果。

分馏塔顶油气管道，直径较大，垂直段较长。在布置支架时应考虑多重因素。一般情况下为减少敷塔管道对分馏塔管嘴的应力，避免管道振动，沿塔敷设的每一根管道均应设置承重支架。并在适当的位置设导向支架，必要时还应设置弹簧支架。下面以青岛石化延迟焦化为例。

（1）固定承重支架应安装在靠近设备管嘴处以减少管嘴受力。塔外壁上的支架设置按图3所示，所以塔顶油气线的第一个支在40点EL+56700处为承重支。

（2）塔上管道距离较长，在承重支架下面应设置导向支架。本文设计在50点EL+48300处设一个导向支。

（3）由于该管系垂直荷载较大，为降低最顶部承重支架生根点塔体的局部应力，可在垂直管中间设弹簧吊架分担垂直荷载，所以在60点EL+37600处增设一个弹簧支，若将弹簧支移至50点，虽然对承重没什么影响，但影响整个关系的稳定性；在70点EL+27200处设一个导向支。

（4）由于塔顶温度最低，而整个塔是向上胀，塔顶油气线的温度与塔顶的温度差不多，管系向下胀的位移远小于塔的热胀位移，所以整个管系有向上的热胀位移，在100、110、120点脱空，因此在这几处设弹簧支。

6 结语

焦化分馏塔在整个延迟焦化中所处地位也是非常重要的。焦化分馏塔顶油气管线的设计对分馏塔和空冷器的稳定安全有着很大的影响。做这部分的管道设计要思路细腻而严谨，这就需要我们在透彻理解工艺原理的基础上，结合整个系统的应力趋势及材质选择进行合理的设计。

参考文献

[1] 张德江，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）[M].北京：中国石化出版社，2005.

[2] 王怀义.石油化工管道安装设计便查手册[M].北京：中国石化出版社，2003.

[3] 工程设计手册标准编号[M].

作者简介：李华（1979—），女，甘肃秦安人，中石化洛阳工程有限公司工程师，研究方向：石油化工装置管道设计。