某延迟焦化装置大油气线的管道设计

李永勤中石化洛阳工程有限公司 洛阳471003

延迟焦化是通过热裂化将石油渣油转化为液体和气体产品，同时生成浓缩的固体碳材料——石油焦。在该过程中渣油快速流过加热炉的炉管，加热到反应所需的温度500～505℃，再进入焦炭塔，在焦炭塔里靠自身带入的热量进行裂化、缩合等反应。热渣油在炉管里虽然已达到反应的温度，但由于渣油的流速快，停留时间短，裂化反应和缩合反应来不及发生就离开了加热炉，所以反应推迟到焦炭塔里进行，因此叫延迟焦化。

焦炭塔与焦化分馏塔之间的油气管道习惯上称为“大油气线”，见图1。在延迟焦化装置中，大油气线的管道设计非常重要。本文对延迟焦化装置大油气线管道设计中应注意的问题进行分析论述。

图1 大油气线示意图

1 平面布置与大油气线的管道设计

延迟焦化装置的平面布置设计，要结合地形实际情况，处理好焦化炉、焦炭塔与焦化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》GB 50160－2008的前提下，三者布置尽可能紧凑。管道设计尽可能缩短大油气线的长度，减少压降，避免管道结焦和节约工程投资，同时要考虑管道的热补偿要求，减少管道对设备管嘴的推力，避免法兰泄漏。所以布置时焦化炉与焦炭塔尽可能靠近布置;焦炭塔与焦化分馏塔也应尽量靠近布置，但应与消防、检修和配管统筹考虑，同时考虑安全生产、长期稳定操作等要求。现场大油气管线实际走向见图2。

图2 现场大油气管线实际走向

2 大油气线的材料选用

2.1 影响材料选用的因素

管道材料的选用必须依据管道的使用条件(设计压力、设计温度、流体类别)、经济合理性、耐腐蚀能力、材料的焊接及加工性能，同时应符合规范提出的材料韧性要求及其他规定。

某公司乙烯原料工程工艺联合装置1200kt/a延迟焦化装置加工的减压渣油硫含量和环烷酸含量较高，在材料选用时，对硫腐蚀和环烷酸腐蚀还需参考《加工高硫原油重点装置主要管道设计选材导则》SH/T 3129－2002适当加以考虑。此外，由于延迟焦化工艺属于热加工工艺，焦炭塔顶大油气线的操作温度在350℃以上。因此，高温是影响大油气线管道材料选用的另一个重要因素。

由于碳素钢在425℃左右会引起石墨化现象，致使强度下降， 《石油化工管道设计器材选材通用》SH 3059－2001中规定10#、20#钢的上限使用温度为425℃，日本规定更为严格，上限使用温度为350℃。铬钼钢由于添加了合金因素Cr、Mo，阻止了碳化物的分解，提高了碳化物的热稳定性，从而提高了钢材的高温强度、耐氧化性、抗氢腐蚀及抗高温硫腐蚀能力，其上限使用温度可达600℃。

2.2 材料选用方案

加工高硫原油对设备腐蚀较严重，且操作温度较高，一般设计温度大于425℃。按照规范的要求以及对国内外加工高硫原油延迟焦化装置选材的情况调查，该管系的材料应当选用:①管道和管件为1Cr5Mo合金钢;②阀门最好选用高温耐磨进口球阀，以防止焦炭粉造成阀门失灵。因为该阀门操作频繁，在投资和其他条件允许的情况下，最好采用电动程控执行机构，减轻工人劳动强度和提高阀门的安全性;③保温材料最好选用导热系数小、耐高温的硅酸盐制品，减少热损失和延长使用寿命。

3 大油气线管道的设计与应力分析

为保证装置的长周期安全运行，必须将管道的布置和应力分析紧密结合起来考虑，使管系满足应力分析的要求，为安全操作提供基本保证。延迟焦化装置的大油气线越短、越直，越有利于减少管道压降和防止管内结焦，但该管系应当满足应力要求。某焦化大油气线管道应力分析后管线布置图见图3。

在应力分析时，应当注意A、B两塔是间歇操作这一情况以及工况的选择，如:预热甩油工况、生焦工况、吹汽放空工况和冷焦工况以及与另外一个塔所处工况的匹配情况等，具体工况组合见表1。只有通过全面分析、综合判断，才能保证应力计算结果真实可信，为管系的支吊架设计打好基础。

图3 某焦化大油气线管道应力分析后管线布置图

4 大油气线的支吊架设计

管道支吊架设计是管道设计的重要组成部分。管道设计时，应当将管系具有间歇操作特点和支架的生根形式以及应力分析结果结合起来进行考虑，确定支架的形式，按照应力分析结果进行支架设计。

以某公司乙烯原料工程工艺联合装置1200kt/a延迟焦化装置为例，其大油气线操作温度为415℃，操作压力为0.6MPa，管道规格为Φ508×15mm，材质为1Cr5Mo合金钢，保温厚度为120mm的防水型硅酸铝制品。由于焦炭塔塔高、热位移量大，而弹簧的生根部位又在焦化框架上EL+51100处，在第“1”点，其相对位移理论值为212 mm，在塔顶采用恒力弹簧支架，弹簧选用250 mm。在第“2”点，弹簧生根部位仍在焦化框架上EL+46600处，其相对位移理论值为183 mm，采用恒力弹簧支架，弹簧选用224 mm。在第“3”

点，在EL+40800层为刚性导向支架。在第“4”点，弹簧生根部位仍在焦化框架上EL+37600处，其相对位移理论值为112mm，采用恒力弹簧支架，弹簧选用140 mm。在第“5”点，弹簧生根部位仍在焦化框架上EL+27900处，其相对位移理论值为55 mm，采用恒力弹簧支架，弹簧选用80 mm。在第“6”点和第“8”点，在EL+17900层为刚性支架。在第“7”点，在EL+17900层为刚性支架，并在四周限位。在第“9”点至“14”点处设滑动管托。在第“15”点处，其生根在炉前副管桥，相对位移理论值为22 mm，采用可变弹簧支架。

5 操作检修措施

(1)设计时应充分考虑到该管系容易结焦、操作频繁的特殊性，在经常操作的地方应设置操作平台和检修平台，同时根据需要，在阀门上配置风气动装置，以方便操作和减轻操作人员的劳动强度。

(2)设计时应在管道上适当设置一些法兰，以便检修时拆卸，并在容易结焦的部位设置清焦法兰口和法兰盖，便于在线清焦时使用;在焦炭塔顶管道的弯头处应当设置弯头吊装钩，以便清焦时拆卸和吊装。

6 结语

在进行平面布置和管道设计时要充分考虑到延迟焦化装置的大油气线管道高温、易结焦和间歇操作的特点，并进行应力分析，做到既满足工艺要求，又能“长、安、稳”运转，获得更大的经济效益。

1 GB 50160－2008，石油化工企业设计防火规范［S］.中国计划出版社，2009.

2 炼油工业技术知识丛书，中国石化出版社，2007.