关于石油化工装置改造的设计探讨

刘永洲(南京金凌石化工程设计有限公司广州分公司，广东 广州 510700)

关于石油化工装置改造的设计探讨

刘永洲(南京金凌石化工程设计有限公司广州分公司，广东 广州 510700)

本文对石油化工装置的改造设计流程、设计注意事项展开讨论，并通过列举实际改造项目的案例进行分析。

石油化工；装置改造；设计

因为生产技术在不断的革新、化工产品的质量要求日渐提高、环保标准越发严格等原因，已建的化工装置也不得不进行升级改造或流程优化。在工艺流程优化改造过程中，如何进行最优的设计是装置改造的关键。

1 工艺流程改造设计

某石油化工厂的制氢装置共3万、3.5万和6.5万三套制氢装置，三套装置毗邻建设。产品氢气设计纯度是99.9%，但是6.5万制氢装置经过多年生产使用后，如今产品氢气的纯度在92～98%之间，由于氢气的纯度会影响下游加氢装置能耗，所以计划将6.5万制氢装置的40000Nm3/h产品氢气送至闲置的3.5万制氢装置PSA系统进行再提纯。由于3.5万的PSA系统吸附剂配比是根据原料气中主要杂质是CO2来设计，而6.5万产品氢气中的主要杂质是甲烷和氮气，所以再提纯的氢气中，其回收率不高。经过原设计的PSA厂商进行核算，再提纯的产品氢气纯度可达99.9%，其回收率约为88%。根据氢气的回收率以及原有氢气的组分，对氢气送至PSA再提纯的工艺流程进行物料平衡计算，其计算结果如表1.1所示。

表1.1 3.5万制氢PSA系统物料平衡表

根据提纯后的产品氢气量以及下游装置的氢气需求量，确定工艺流程优化可行。改造后的PSA系统解吸气要送至3万制氢装置的压缩机入口进行升压，然后送至燃料气管网。本次改造的解吸气与3万制氢装置的解吸气是混合后送入压缩机，为了确保压缩机的稳定运行，必须确保进气压力和进气流量的稳定。所以在工艺流程设计过程中，就要考虑两股气体各自的流量、压力、温度等参数，并根据压缩机的工况来调整新并入的解吸气参数，如进行流量控制和压力调节。

通过分析上述氢气再提纯的工艺流程改造设计，可以总结出一个基本的工艺流程改造步骤：提出改造要求→分析工艺参数→核算工艺流程改造的可行性→设计工艺流程。其中，最重要的一个步骤是“核算工艺流程改造的可行性”。

对于石油化工装置的改造，工艺流程改造的重要性都是处于第一位，因为其他内容的改造都是围绕工艺流程而展开。

2 新增设备的选址

石油化工装置的改造通常需要新增或更换设备，新增设备的布置位置成为改造项目的重点事项。当用地确定后，就需要根据工艺设备的尺寸、设备性质，结合周围的现有建筑及设施情况，分析其是否满足规范要求。若项目改造已经确定了用地之后，通常也需要根据该用地周围设施的情况，进行设备的反向选型。即所选用的设备除了需要满足工艺流程的需求外，还必须满足可用地的实际情况。

例如某石油化工厂的污水处理装置，需要增设一套催化氧化的废气处理设施，此废气处理设施需要使用双氧水作为氧化剂，由于双氧水不能直接被太阳光照射，必须放置在遮阳通风的地方。业主初定将双氧水储罐放置在现有加药间内，而加药间与配电间只有一墙之隔，对于甲类的双氧水储罐不满足防火间距要求，故需要另外为双氧水储罐选址，并为其设置独立的设备房，配套独立的消防水喷淋冷却装置，确保安全。

新增设备的放置问题，必须结合装置现有的情况，进行双向的分析确定，确保原有设施与新增设施的安全性。

3 管道改造设计

对于石油化工装置的改造设计，只要涉及工艺专业，管道的设计就必不可少。

大部分的改造项目，新增管线都是布置在原有管廊或管架上，由于装置长期以来的改造，原设计管廊预留的空位也比较紧张，所以新增管道的布置要紧凑、优化。对于管廊布置密集的情况，可以考虑在原有管道的上方设置门型支架来支撑新增管道，门型支架的底部与支架下方的原有管道顶部必须预留足够的检修空间。如果新增的管道管径较大，而且新增管道布置在已经密布管道的管廊上，需要对管廊的承重进行核算，以免管廊承重超过设计荷载。

管道尺寸主要分为Ⅰ系列和Ⅱ系列，Ⅰ系列管道的尺寸标准通常采用SH/T3405，而Ⅱ系列管道的尺寸标准通常采用HG/ T20553。同一个公称直径的管道，两个系列的管道大部分外径都不相同，例如公称直径为DN100的Ⅰ系列管道外径为114.3mm，Ⅱ系列管道外径为108mm。改造项目中不可避免的是新旧管道的连接，所以改造项目中所选用的管道尺寸系列需要与原装置的一致，确保同一公称直径的管道能够对应连接。

4 结语

石油化工装置的改造设计均涉及到装置原有的设施，故在改造设计过程中除了满足改造要求外，还必须是结合装置现有的实际情况，分析改造的可行性。

装置的改造除了工艺专业外，必须全面分析新增设施的情况以及装置可用资源情况，在有限的资源环境下将装置改造设计最优化。