连续重整装置平面布置及管道设计

陈杰 中国石化集团洛阳石油化工工程公司 洛阳 471003

连续重整装置平面布置及管道设计

陈杰*中国石化集团洛阳石油化工工程公司 洛阳 471003

以某1.0Mt/a连续重整装置为例，介绍反再部分的设备平面布置、反应构架、再生构架、压缩机机组厂房布置及管道布置选材，提出存在的问题和建议。

装置布置管道设计问题建议

连续重整是石油炼制与化工的支柱技术之一，主要产品中的重整生成油是高辛烷值汽油调合组分，全球70%以上芳烃来自重整芳烃;重整氢气是廉价氢源，炼化企业50%以上的用氢由重整提供，因此连续重整关系到国计民生［1］。在连续重整装置的设计、施工、运行过程中，管道设计在每一个阶段都起到了至关重要的作用和影响。平面布置的优、劣和管道布置的好、坏直接决定了该套装置的工艺流程实现、投资高低、运行平稳、检修难易等诸多因素，对环境的影响也非常巨大。因此，在装置的规划、设计和施工中必须认真对待和考虑。

连续重整装置的核心是重整反应及催化剂再生部分(下称反再部分)和压缩机机组及厂房部分(下称压缩机部分)，结合某分公司1.0Mt/a连续重整装置，介绍其装置的平面布置及工艺管道设计。

1 反再部分构架设备平面布置

反再部分由重整混合进料换热器(下称板换)系统、重整反应系统、再生系统、四合一炉系统和余热回收系统等组成。根据流程特点、全厂总平面布置及重整反应油气管线受力要求和其支架设置的要求，反再部分平面布置方案为:从主管架依次为板换构架、再生构架、反应构架和余热回收构架，上述构架均为共柱。反再构架和四合一炉正对，其间为炉前管架，该管架与反再构架共柱。见图1。

1.1 反应构架设备平面布置

重整反应构架主要包含两台反应器(下称一二反，三四反)、还原室、二反下部料斗、二反提升器、三反上部料斗、四反下部料斗、四反提升器。重整催化剂在重力作用下从还原室自流而下，先后经过一二反，然后由二反提升器用氢气提升至三反上部料斗，并自流进入三四反。从四反底部出来的催化剂由四反提升器用氮气提升至再生构架上的分离料斗。在此过程中，进入重整反应器的精制石脑油与反应器内连续向下移动的重整催化剂在临氢条件下对烃类分子结构进行重新排列，得到高辛烷值汽油组分和芳烃类产品以及氢气等。重整的反应部分在装置中起到了至关重要的作用，通常被喻为装置的“关键部位”。

图1 反再部分构架平面布置示意

1.1.1 功能划分

根据工艺流程要求、结合设备平面布置及管道走向的特性，并考虑到施工和检修的因素，在设计阶段应把构架分为相对独立的管道侧和检修侧。

管道侧主要为面向四合一炉和炉前管桥的构架侧，此侧构架可设置大型的外伸管道承重支架、外伸检修平台及外挑的小型设备等。其分布的管道主要为反应器、四合一炉间的P11反应油气管道和连接反应构架内设备与炉前管桥间的工艺及公用工程管道等。

检修侧为面向检修道路的构架侧，此侧构架应尽量避免凸出构架梁的布置，防止装、卸过程中被吊装设备及料斗磕碰到凸出的平台物体，影响吊装效果及进度。

1.1.2 构架布置

两台反应器的裙座安装层高决定了反应构架的整体层高，裙座安装层主要通过与其相连的下部料斗和提升器的安装高度来确定。首先，根据二反、四反提升器的提升气入口管系最低标高确定提升器的安装高度。然后根据二反、四反提升器至各自下部料斗的垂直长度，明确下部料斗安装高度。再根据反应器至下部料斗的“催化剂料腿”间长度，就明确了反应器裙座安装层高。因两台反应器的外型尺寸不同，为了统一反应构架平台层高及考虑所在管道、设备在设计和施工阶段的可行性和美观性，两台反应器裙座安装层高应取上述计算后较大值为最终层高。因安装层为混凝土平台，厚度达1.8m、柱子直径达1.5m。此部分的管道布置、支架安装、设备安装等问题均应做详细规划、资料委托，避免设计后期和施工过程中出现管道碰撞、支架和小型设备生根困难等问题，影响设计质量和施工进度。

1.1.3 电动葫芦及吊梁

根据工艺要求及设备特性决定了反应器内中心管、扇型筒需进行检修和安装。在进行构架规划时，其顶部设置吊梁和电动葫芦要满足抽出的中心管和扇型筒长度及重量要求，同时还要起到装置开工前给反应器装填催化剂的作用。鉴于此，对电动葫芦进行选型时，应仔细考虑装填催化剂时电动葫芦的工作状态，如荷重不同的状态下正常和间断的操作工况、电动葫芦的电机采用一开一备，以防止电动葫芦因长时间、满荷载操作等原因而发生机械故障，影响装置开工进度。

电动葫芦所在吊梁的外伸长度应满足被吊件的最大外型尺寸，同时还要照顾到电动葫芦处于吊钩最高端和最低端时吊绳间的水平位移及行车死区等细节因素，防止吊梁的外伸长度过短影响到吊装内构件及装填催化剂时的效果。

1.1.4 反应构架吊装要求

吊装中心管、扇型筒时，还原室、三反上部料斗和所属的管系、平台等要具备现场可拆的条件。主要是把反应器头盖所处的平台向上至检修吊梁间每层靠近构架“检修侧”的平台和梁设置为螺栓连接或其它可拆形式的连接;还原室、上部料斗所属的管系均用可拆卸的法兰连接。

1.2 再生构架设备平面布置

再生构架主要包含分离料斗、闭锁料斗、再生器、再生器下部料斗、再生器提升器等设备。再生部分的作用主要是对来自重整反应后的含焦碳催化剂(简称待生剂)进行一系列如烧焦、氯化、焙烧等过程实现催化剂再生;然后再送回重整反应器，从而使重整反应能够连续、高效运行。1.2.1功能划分

同反应构架的布置原理一样，把再生构架分为相对独立的管道侧和检修侧。检修侧应尽量避免如外伸平台、外伸支架、外伸管道等突出平台物体的布置，防止装、卸过程中被吊装的设备及料斗磕碰到突出的平台物体，影响吊装的效果及进度。

1.2.2 构架布置

分离料斗、闭锁料斗、再生器、再生器下部料斗、再生器提升器从上至下按照流程顺序依次布置，并要满足工艺要求的垂直长度。因再生构架内设备较多、管系较复杂，特殊操作和观测的部位也多，构架每层平台作用就变得十分重要。在上述条件下，平台首先要能满足每台设备的人孔、频繁操作的阀门、经常观测的压力和液位指示器、放射性料位计和接收源的检修、安装、操作空间。尤其是放射性料位计和接收源的安装、观测、检修必须留有足够的空间，在设计时应充分认识其特殊性及危害性。因电加热器台位较多，布置电加热器时应充分考虑抽芯时的空间要求，避免与构架平台梁及斜撑发生碰撞。其次，平台标高尽量做到和其相邻的反应构架、板换构架、余热回收构架的平台标高相对一致，便于车间人员日常操作，巡回检查，火灾事故时直达和紧急逃生。

闭锁料斗和再生器为垂直对中安装。两设备间安装位置应根据再生器头盖和约翰逊网外型尺寸预留出足够的偏移空间，在垂直方向和水平方向均需考虑周全以便整体吊装。在规划检修吊梁时，首先需考虑把闭锁料斗移开至再生构架平台的另一侧安全放置。闭锁料斗所属的管系均要采用可拆卸的法兰连接。为了满足在事故状态下快速、安全地把再生器头盖等整体吊出检修，又不在现场动火作业，需把再生器头盖所处的平台向上至检修吊梁间每层靠近检修侧的平台和梁设置为螺栓连接或其它可拆形式的连接。

1.2.3 电动葫芦及吊梁

按工艺、设备要求，装置开工前需给分离料斗内装填催化剂，其顶部平台要设置吊梁及电动葫芦。其承重荷载只需满足料斗和催化剂重量即可，但其起吊高度应比所在平台高出1～2m，防止因装置内地坪竖向、电动葫芦厂家制造原因、吊装用催化剂料斗的外型差别等因素，导致葫芦吊钩处于起吊最长端时仍然过短，影响吊装效果。

1.3 板换构架设备平面布置

本装置内板换的主要功能是精制石脑油和循环氢在进板换进行混合并与反应产物换热。

板换构架的跨度及板换位置要充分考虑到其本体“喷嘴”(石脑油进料管嘴分配器)的管道布置及检修空间要求;同时还要考虑到反应油气管线的规划布置，使板换嘴子受力尽可能小且管道长度尽可能短。

1.4 余热回收构架设备平面布置

(1)余热回收构架内主要包括中压汽水分离器(下称汽包)、定期排污扩容器、加药装置、循环热水泵等。余热回收系统的主要作用为回收重整四合一炉高温烟气的余热，中压除氧水经过四合一炉省煤段预热，进入汽包，然后经循环热水泵加压后再经四合一炉蒸发段加热后返回汽包进行汽水分离，产生的中压饱和蒸汽再经过四合一炉的过热段过热至过热蒸汽，送至中压蒸汽总管。

(2)余热回收构架在布置时，首先需考虑汽包至循环热水泵间的垂直高度要求，主要是基于汽包的安装高度应大于循环热水泵的必需汽蚀余量，即满足循环热水泵的吸入高度要求，循环热水泵的安装必须要做到由汽包嘴子到泵的入口管嘴“步步低”的原则;其次，余热回收构架距四合一炉省煤段、过热段等的空间要尽量小，使其管系的长度尽量短。

1.5 反再部分管道布置及选材

反再部分最重要的管道系统为重整反应系统，是连接重整反应器、四合一炉和板换间DN900的反应油气管线。其主要反应为:在重整催化剂的作用下，温度525～540℃、压力0.3～0.5MPa的精制石脑油和氢气混合体发生的吸热反应。反应系统的设计压力为0.67MPa、设计温度为550℃。

1.5.1 管系的布置

重整反应油气管线的典型布置见图2。

图2 反应油气管线布置示意

为了尽可能提高反应效率，从工艺角度考虑希望整个管系的压降和温降尽可能小，这就要求管道布置尽可能简洁紧凑，管子最短弯头最少。考虑到工艺要求严格、高温、临氢、大口径、高材质、高造价等特点，为了优化布置方案，同时也降低设备嘴子受力，提高整个系统的可靠性，对重整反应管系进行柔性分析。在柔性分析设计中，将反应器、四合一炉、板换等统一考虑，做为一个整体进行受力计算和弹簧选型［2］。

1.5.2 管系选材

由于重整反应部分工艺管道含有介质氢气，氢气的分压力较高对管线易产生氢腐蚀。一般抗氢蚀钢管，不仅要满足常温时对强度、延性及韧性的要求，还要满足高温机械性能的要求;不仅要满足在交货状态时对机械性能的要求，还要考虑在使用时的性能退化(如回火脆性、石墨化)等因素。对于本重整装置中设计温度550℃、氢分压最高为0.5MPa的工艺管道，从NELSON曲线中可选用1.25Cr－0.5Mo合金钢。因其属耐热钢，有较高的蠕变强度，抗氧化温度593℃，在≤550℃时钢的最大许用应力较高、高温短时拉伸强度较高、塑性和延伸率较好;当氢分压1.37MPa (200psi)和2.07MPa(300psi)条件下，该合金钢的脱碳温度分别为600℃和590℃，完全满足重整装置反应部分温度550℃、氢分压0.5MPa设计条件。

2 压缩机部分设备平面布置

压缩机厂房内主要布置了预加氢循环氢压缩机组、再生气循环压缩机组、重整循环氢压缩机组、重整氢增压机组、氨制冷机组，以及其它辅助小型设备。见图3。

图3 压缩机设备平面布置示意

2.1 压缩机的分类

装置内压缩机主要有三类:电动往复式压缩机组、汽轮机离心式压缩机组、电动螺杆式制冷机组。

2.2 往复式压缩机组

预加氢循环氢压缩机组、再生气循环压缩机组等均为电动往复式压缩机组。此类往复式压缩机的机型特点、外型尺寸、机体的安装、进出口管道布置等均很类似，相邻布置一起。优点是统一此部分压缩机厂房二层楼面的层高，合理利用设置在机组一侧的检修区域，共用机组最大检修部件设置的吊装孔以及选用的吊装设施，并且使厂房及机组整体实用、美观、大方。

2.3 离心式压缩机组

重整循环氢压缩机组、重整氢增压机组为汽轮机驱动的离心式压缩机组，其中重整循环氢压缩机组为背压式，重整氢增压机组为凝汽式。离心机组除应考虑本身的占地要求外，还考虑机组与厂房或相邻机组的净距应满足压缩机或驱动机的活塞、曲轴、转子等部件的检修长度要求，并不小于2m。

两台离心式压缩机的机型较大，二层楼面的层高较高，机型均为下进、下出。两台机组的润滑油站和机组本体靠近布置，在满足油站上油冷却器能够很好检修的前提下，还应考虑到油站、机组、高位油箱间的进、回油管路合理布置，尽量避免出现油管路的“袋型”和死端。

重整氢增压机组附属的汽封冷却器布置在地面层，热井布置在厂房二层楼面，两级射汽抽汽装置和汽轮机空冷器布置在压缩机厂房顶部平台。离心机组的介质均为氢气，压缩机厂房的房顶要用通风设施，避免氢气大量聚集而引发事故。

2.4 氨制冷机组

氨制冷机组主要由三个撬块组成:氨液分离器、冷凝撬块和螺杆压缩机组。按照机组厂家要求，冷凝撬块和螺杆压缩机组就近布置在厂房地面层，氨液分离器布置在厂房的二层楼面。在满足冷凝撬块、螺杆压缩机组能够很好检修的前提下，还要考虑两撬块间氨液管路能够合理布置，避免供氨管道的“袋型”和死端。

3 管道布置

压缩机部分的管道布置主要按机型分为四类:往复式压缩机进出口管道布置、汽轮机入口蒸汽管道布置、增压机空冷乏汽管道布置、螺杆式制冷机氨液管道布置。

3.1 往复式压缩机进出口管道

往复式压缩机由于汽缸的间歇性动作，其内的气流参数呈周期性变化。气流变化带来的影响是进、出口所在的管系及附属设备会产生剧烈的周期性振动，造成管系疲劳、破裂及支架松动，容易引起管系内介质泄漏。因此，这部分管道布置必须进行管道振动分析，模拟出最合理的管道走向和支架设置方案。压缩机进出口管道及附属的阀门等均要沿地面设置，采用卡箍型防振支架，并配备橡胶板等软性材质吸收、减小管道的振动。此类支架必须设置为独立基础，以免引起其它物体振动。

3.2 汽轮机入口蒸汽管道

当汽轮机入口管嘴受力过大，汽轮机外壳会因推力产生位移或变形，外壳与转子间的间隙可能改变或消失而引起设备振动。因此应在蒸汽入口管道的调节阀组中设置排凝设施，防止凝结水带入汽轮机造成叶片的损坏;为减小管系对入口管嘴的推力和力矩，入口管道应有一定的柔性，靠管系自身的柔性吸收热胀量和汽轮机入口管嘴的附加位移量;靠近汽轮机进汽管嘴的管道上设置一个可拆卸的带法兰短节，以便在试运前安装吹扫用临时管道等措施保证蒸汽管道在投运试车时的正常运行。

3.3 增压机空冷乏汽管道

本增压机的汽轮机为凝汽式，中压蒸汽做完功后的乏汽介质通过乏汽管道从积液箱进入空冷器进行冷却变为凝结水。因装置规模较大、乏汽量较多，积液箱至空冷器间的乏汽管道直径较大(DN1200)。乏汽介质为汽液两相，综合考虑到乏汽管道介质的温度、压力和设备间的布置，经过详细的应力分析计算后明确乏汽管道布置方案，见图4。

图4 积液箱乏汽出口管道布置示意

为解决管系的热补偿问题，在积液箱出口管道上设置两台复式万向铰链型膨胀节，主要是吸收管系垂直方向及水平方向位移;同时在膨胀节前后设置刚性支吊架及弹簧支架，增加管系的整体稳定性并吸收嘴子处的热涨位移。此管系的布置方案中，既采用了膨胀节结构和弹簧结构，又采用了刚性支吊架和导向支架结构，满足管系柔性的同时增加了稳定性。

3.4 螺杆式制冷机氨液管道

因氨液介质有毒、易挥发、有刺激气味且有爆炸危险，在氨液管道设计时应考虑管系的安全运行和操作人员的人身安全。所有氨液管道的放空点均采用密闭放空;所有氨液管道的排凝点均采用密闭排凝，且在密闭排凝系统上有可观测液体的设备(如视镜、玻璃板液位计等)。

4 存在问题及建议

4.1 油气管道支撑形式

反应构架“管道侧”上支撑反应油气管线的外伸支架是“正三角”悬臂支撑形式，在装置运行时，斜撑梁容易和弹簧吊架的可调螺母及反应油气管线的吊耳磕碰，影响管系及所在弹簧吊架的运行效果。

建议对支撑油气管线的外伸支架均选用“倒三角”悬臂支撑形式，避免支架斜撑和弹簧吊架的可调螺母及反应油气管线的吊耳发生磕碰。

4.2 电加热器的抽芯空间

再生构架中过热电加热器和氯化电加热器的抽芯空间与结构梁斜撑发生碰撞，严重影响了电加热器的安装及检修。鉴于现场的实际情况，后来将此斜撑更改为螺栓连接，待电加热器检修时临时拆卸斜撑。

建议在设计阶段要完全保证电加热器的抽芯空间要求。

4.3 压缩机厂房面积

因装置内往复式压缩机组的台位较多，支撑管系的防振支架和委托结构专业设置的立柱、管墩较多，使往复式压缩机地面层的通行性和美观性大大降低。

建议在以后的设计中应根据机型的尺寸，综合考虑管道布置和防振支架的分布，适当增加压缩机厂房的面积。

4.4 增压机空冷

如果布置在压缩机厂房的顶部，因空冷器的外型尺寸较大、重量大，压缩机厂房的柱子和房顶就要设计成混凝土结构，严重影响现场的施工进度和机组的吊装方案;同时，因汽轮机至空冷器间乏汽管道介质为汽、液两相流，装置运行时可能会引起乏汽管道的振动，易带动厂房等振动。

建议重整氢增压机自带的空冷器应布置在压缩机厂房附近的位置，不宜布置在压缩机厂房的顶部。

5 结语

本文结合某重整装置，重点介绍了该装置核心部分平面布置及工艺管道的特点及要求，提出一些设计应注意的问题和建议。该装置从2009年4月投产至今运转良好，说明该平面布置及管道设计达到了预期要求，具有一定的合理性和可靠性。

1 马爱增，徐又春，赵振辉．连续重整成套技术的开发及工业应用［J］．石油炼制与化工，2011，42(2)．

2 曾艳，李明浩．连续重整装置反应管道的设计［J］．炼油技术与工程，2011，41(6):41．

This paper gives an example of 1.0Mt/a continuous catalytic reforming unit to present the equipment layout of reaction and regenerationunit，reactionstructure，regenerationstructure，compressor train and layout of compressor house，piping layout and piping material selection．The existing problems and suggestions are also put forward in this paper．

Layout and Piping Design of Continuous Catalytic Reforming Unit

Chen Jie

(SINOPEC Luoyang Petrochemical Engineering Corporation，Luoyang471003)

layout of unitpiping designproblemssuggestions

*陈杰:工程师。2001年毕业于抚顺石油学院化工设备与机械专业。一直从事石油化工装置的管道设计工作。联系电话:(0379) 64885517，E－mail:chenjie@lpec.com.cn。

(修改回稿2012－04－24)