催化装置中催化剂管线的配管设计

2017-03-05孙冬梅新疆化工设计研究院有限责任公司新疆乌鲁木齐830000

化工管理 2017年25期

关键词：配管材质磨损

孙冬梅(新疆化工设计研究院有限责任公司,新疆乌鲁木齐 830000)

催化装置中催化剂管线的配管设计

孙冬梅(新疆化工设计研究院有限责任公司,新疆乌鲁木齐 830000)

本文结合某催化装置如何防止催化剂磨损，从平面布置、管道走向、设计选材、施工要求等方面进行催化剂管线的配管设计。

催化装置；催化剂；管道配管设计；参数选择

催化装置的核心中的核心是反再系统中催化剂的连续再生。在催化剂循环再生系统中控制催化剂磨损尤其重要。当前由于催化剂输送管道及其支架还存在设计不合理、管道元件和切断阀选型不合适、磨损程度严重等现象,部分催化剂输送还经常出现阻力大、管道振动问题,对装置的长时间高效安全运行产生了不利影响。所以催化剂管线的配管设计也要坚持防止磨损为目的，设计时需要综合考虑平面布置、管道走向、设计选材、施工要求等催化剂的磨损有直接影响的因素，根据催化装置的工艺原理，科学、合理布置相关设备，通过最大程度的缩短催化剂管线，来实现减少催化剂磨损的效果。

1 反应再生系统的工作原理

催化装置中反再系统的主要设备包括再生器、反应器、再生器和反应器的上部料斗和下部料斗、闭锁料斗和还原室。当催化剂通过反再系统各个关键设备后，将反碎粒和粉尘被淘析氮气收集到粉尘收集器，经过催应——再生——再反应的连续重整流程。化剂在自重作用下经闭锁料斗流入再生器，在再生器内部，催化剂经过烧焦、氯化/氧化和干燥从催化剂在自重的作用下，将催化剂碎粒及粉尘与整粒催化剂分开。

2 管道元件材质选择

选择管道元件材质时要根据管道的设计温度要求来确定，热催化剂输送管道元件材质一般包括不锈钢和合金钢两种，不锈钢耐高温,能满足从再生器中卸出温度高达700℃度催化剂的要求，其余热催化剂输送管道元件一般选用合金钢；冷催化剂输送管道元件一般选择碳钢材质。装置催化剂输送管线要满足内压管道壁厚承载力要求。同时，为了使装置能够长时间运行，催化剂输送管道壁厚确定是要充分考虑磨蚀的附加量。催化剂输送无缝钢管设计时，壁厚等级根据管径的不同一般设计为Sch60～Sch80。管道中的弯头、三通等管件壁厚也要满足管道等强度，尽量使管件最薄处的壁厚、管件材质与相应管道壁厚和材质相一致。

3 阀门选用

因为催化剂固体颗粒磨损、阀门处催化剂易堵塞、主管道内介质双向流等原因，管道中阀门的材质选择时要与管道的材质匹配,通常选用 MPa金属硬密封闸阀较多,但是因为闸阀阀槽容易被催化剂填塞,阀门密封面由于受催化剂直接冲刷而造成磨损，所以近年来逐渐被金属硬密封偏心半球阀取代应用。密封偏心半球阀具有开关迅速、流通面积大、阻力小、密封面的直接磨损少、开关过程中能去除阀座密封面催化剂积垢等优点,但其设计和制造精度要求很高,一旦技术不过关容易在高温时出现抱死现象。

4 管道应力分析

根据催化剂输送管道的实际布置和工艺需要,催化剂输送管道中的各阀门存在打开或关闭等多种组合状态，相应管道冷、热状态组合形式也分为多种,与催化剂输送管道相连的催化剂储罐嘴子处端点因为工况条件的不同位移也不尽相同,进行管道应力分析时要考虑不同状态的工况组合。

(1)数据输入数据输入包括基本参数、管道单元结构参数和边界条件三种，基本参数包括管道中各单元的管径、壁厚、安装温度、计算温度、计算压力、管道材料、管道材料密度、输送介质密度等；管道单元结构参数包括各单元的几何形状及尺寸、结构特征；边界条件包括管道中各约束点的约束条件和附加位移、管道中集中荷载和分布荷载、弹簧支架等条件。根据确定的工况条件,将各工况数据正确输入到Caesar 程序中,可获得相应的管道应力分析结果。(2)应力校核为防止管壁内应力过大造成管道自身破坏，需要进行应力校核。根据管道应力荷载的不同通常分为一次应力和二次应力，因压力、重力和其他外力荷载作用所产生的力是一次应力，因热胀冷缩、端点位移等位移荷载作用所产生的力是二次应力。将数据输入Caesar 程序根据输出结果,就可以自行开始应力校核,计算模型需要反复修改直到拥有满意的结果。需要指出的是，Caesar程序尾巴没有考虑风荷载、地震荷载，调整后管道中各处一次应力值如果不能满足要求，需要对管道分支处进行补强、合理设置支架来降低一次应力；调整后管道中各处二次应力值不能满足要求时,可以采取增加管道柔性、改变支架型式、降低应力集中处一次应力水平等措施,来降低二次应力水平。

5 设计原则

催化剂输送管道设计时要尽量遵循简化管系、缩短管道长度的原则。催化剂输送管道的目标任务是为了实现催化剂输送，要在满足技术要求的前提下,在催化剂输送管系中科学合理设计布置几组三角形管线，尽量通过简化配管来减轻管道流通阻力。同时管道变向尽量减少，确实需要变向时,要在相邻两弯头之间预留足够长度的直管。在管道中要合理设置工业风输送和松动点,输送风管道与催化剂输送管道顺介质流向连接,尽量满足催化剂双向输送需要，并要设置闸阀和截止阀来进行切断开关和调节风量。同时，管道支架设计也要按照管道应力分析结果,考虑分析不同工况校核支架的适用性，为防止管道振动或堵塞,管道中要尽量设置足够刚度的刚性支架,少用弹簧支架，支架材质一般选用碳钢。