国外某常压装置框架设计

2017-09-11朱现勇中国石化工程建设有限公司北京100101

化工管理 2017年24期

关键词：常压塔安全阀换热器

朱现勇（中国石化工程建设有限公司，北京 100101）

国外某常压装置框架设计

朱现勇（中国石化工程建设有限公司，北京 100101）

区别国内常压蒸馏装置换热器在框架上集中布置，国外某常压蒸馏装置将大部分换热器布置在地面上，框架上仅有原油一级换热器等少数设备，管线走向与国内装置有很大不同，本文就国外装置常压框架布置特点和主要管线进行分析。

常压框架；设备布置；管线设计

1 框架布置特点

常压框架是常减压蒸馏装置重要组成部分，主要为装置换热区，国内装置换热器多在框架上分层布置，节省空间，方便操作。由于框架空间受限，管线布置密集，换热器检修不方便。同时由于介质温度大都大于自燃点，发生火灾爆炸事故后影响设备管道较多。国外某常压蒸馏装置将多数换热器布置在地面上，常压框架上仅有原油一级换热器，二级常压塔顶回流罐等少数设备，框架在设计初期时就充分考虑设备检修，管线操作等需求。（见图1、图2）

1.1 框架层高的布置

首先满足一级常压塔顶回流罐V-003二级常压塔顶回流罐V-004工艺最小安装要求。酸性水罐V-006工艺无要求，罐底标高设置满足配管要求即可，V-003 V-004液包酸水到V-006需要自流，综合考虑设置设备V-003 V-004标高。确定两个罐高度后通过反推就可以确定E-003 E-017安装高度，框架层高基本就可以确定，框架高度要做到尽量低，以节省材料，方便检修。

1.2 框架平台斜梯的设置

框架平台设置满足设备检修，管线操作等需求。平台最小宽度为0.75米，盲段不超过6米。框架平台长度大于6米，应设逃生通道。平台上任意点到逃生出口的最小距离不得大于25米(按实际路径)，因此框架设置两条斜梯作为上下通道，同时作为安全逃生通道。装置中斜梯的角度要求为30度到34度。经过计算选用33.7°，这个角度的斜梯水平跨距和高度比值正好是1.5，方便计算。

2 主要管线分析

常压塔顶油气从常压塔顶到原油一级换热器为原油换热，油气换热后进入一级常压塔顶回流罐。常压塔顶安全阀工艺设置为10组，需要布置在框架顶部。这些管线口径大，压力高，是框架的主要设计管线。

2.1 常压塔顶油气线设计

（1）装置原油一级换热器四组共8台，布置在框架EL29000平台。常压塔直径DN9900，塔顶高EL73400。常压塔顶油气管道主管径DN1200，换热器进口分支DN750。

常压塔顶油气管道内介质为气相，按“步步低”的要求布置，管线沿塔下降进入框架EL38500平台。为了使流量均匀，油气管进入原油换热器采用完全对称布置。主管先分为两个DN900分支，再分为四个DN750分支，然后进入换热器壳程入口。壳程入口阀门布置在EL38500平台上方便操作。另外大口径管件在布置过程中，避免产生十字焊缝。

（2）原油一级换热器壳程为双出入口，嘴子间距为1430，口径为DN750，由于入口管线要求完全对称布置，如果采用传统管件配管，需要较大空间，对框架高度和宽度有影响，且不美观。现在采用制造厂定制特殊三通，在满足应力计算条件下，能够简化管线，节省空间。

附图1：国外某装置常压框架

附图2：框架设备工艺流程

附图3：常压塔顶管线

附图4：特殊三通的应用

（3）塔顶安全阀管线布置

国内装置安全阀多布置在常压塔顶平台上，国外某装置安全阀数量为10组，在满足工艺压降条件下可设置在框架顶部。安全阀安装在框架平台上通过设置条状平台，满足安全阀的维修和操作需求。装置安全阀口径为DN500，重量大，故设计时应考虑拆开后吊车吊装的要求，安全阀布置应躲开上层结构横梁。

安全阀突然起跳后产生较大泄放反力，通过出口管线作用在安全阀放空总管上,，使出口总管产生振动。应力计算在安全阀出口管线增加限位支架，限位支架将突然产生泄放力作用在框架横梁上，减少安全阀起跳振动对放空管系的影响。安全阀出口管线增加限位支架，需要在安全阀顶部增加横梁，框架层高需要提高。

2.2 原油一级换热器出口设计

高温油气给原油换热后进入一级常压塔顶回流罐，管线要求自流且完全对称布置。原油一级换热器壳程出口为两个DN700嘴子，嘴子间距1430mm，出口管合并为两个DN900分支，两个DN900分支合并为DN1200主管。在管线设计过程中，有两套布置方案，下面对两套管线进行对比分析。

（1）方案1设计分析

换热器壳程出口每个嘴子对应一个蝶阀，将蝶阀布置在嘴子正下方，设备平台上方，管线穿过平台后通过特殊三通合并成DN900分支主管，最终合并成DN1200主管进入V-003。这样布置优点是：阀门布置紧凑，节省框架平台空间。缺点是：壳程出口嘴子下方有较大穿洞且不能布置横梁，对平台其他横梁有较大载荷。操作阀门主要布置在换热器下方，空间有限，操作检修不方便。

附图5：配管方案1应力计算

附图6：配管方案2应力计算

（2）方案2设计分析

换热器壳程出口嘴子直接连接弯头再接特殊三通，蝶阀接在平台上水平管线上，然后拐到平台下合并成DN900分支总管。这样布置优点是：平台穿洞小，布梁方便。节省四个大口径阀门。阀门垂直安装操作方便，阀门检修可采用机械化吊装。缺点是：占用较大设备平台空间，换热器间距需要加大。

（3）两套方案设备管嘴应力数据分析

两套布置方式分别进行了应力计算，从方案A结果看部分嘴子FY方受力超标，主要是充水工况下此方向力比较大。方案B受力载荷均在API610受力范围内。

附表1：配管方案1换热器壳程出口管嘴载荷

附表2：配管方案1换热器壳程出口管嘴载荷

（4）结论

从使用材料上说方案1多用四个DN700阀门及配套法兰，方案2多用10个弯头。从优化设计的角度方案2每台换热器少一个蝶阀，减少工人操作，另外方案2管线具有操作空间优化，检修方便等优点。经过对比最终选择方案2作为最终设计方案，此方案也得到了业主方的认可。

3 框架设计过程中检维修的考虑

装置能够长期运转，需要对设备和管道进行经常性的维护和检修。检修工作，应尽量采用移动式的机动设备，将需要检修的设备或部件运走，并运来备用的同样设备或部件，这样可以缩短检修时间。对于没有备用部件的大型设备需要就地检修时，则需要提供必要的检修场地和通道。在装置布置设计时应将上述操作，检修所需要的通道，场地和空间结合起来综合考虑。

3.1 框架钢结构的检维修设计考虑

装置大型化后设备检修需要更多的机械设备，装置设计初期要考虑机械检维修需要的条件。例如在框架换热器的定期检修工作中，抽芯检修工作最占相当大的比重。拆装换热器芯体使用抽芯机，则可大量减少笨重体力劳动，基本上实现换热器检修机械化。

首先框架钢结构的布置不能影响换热器的抽芯，在设计初期与结构专业确定换热器抽芯端，不允许在换热器抽芯侧布梁。管程方向也应为抽芯机留有足够空间,即换热器头部半径大一米且比管束长度长2米。