加氢处理装置冷高分构架配管设计

王　莘

(中国石化工程建设有限公司 配管一室，北京　100101)



加氢处理装置冷高分构架配管设计

王莘

(中国石化工程建设有限公司 配管一室，北京100101)

根据加氢装置工艺流程的要求及工艺设备的特点，结合设计经验及建造时遇到的问题，对冷高分构架内循环氢脱硫塔及冷高压分离器配管设计进行详细论述和分析，总结了冷高分构架设计应注意的问题，并给出优化设计方案。

加氢；冷高压分离器；循环氢脱硫塔；角阀；液位计

冷高分构架包含冷高压分离器及循环氢脱硫塔，该组合装置是加氢装置的主要设备。冷高压分离器既承担着反应流出物气液分离的任务，又是液相物流高/低压转换的界面；更重要的在于冷高压分离器的压力是加氢反应系统的压力基准点，即是反应系统压力控制的基准点，同时当装置出现异常时，系统的紧急泄压操作又源于此。因此，冷高压分离器控制系统在加氢装置中有着特殊的重要地位，其配管设计方案是否合理、现场仪表及控制系统可靠性的高低、控制品质的好坏、响应时间的长短等对加氢反应系统的平稳运行和安全生产起着重要的作用[1]。

1　工艺流程

装置外来的补充氢由新氢压缩机升压后与循环氢混和。混和氢先与热高分气进行换热，再和原料油混和。从热高压分离器分离出的液体(热高分油)减压后进入热低压分离器，进一步在低压下将其溶解的气体闪蒸出来。气体(热高分气)先后与冷低分油、混合氢换热，最后由热高分气空冷器冷却至55 ℃左右进入冷高压分离器，进行气、油、水三相分离。分离后的气相介质进入循环氢聚结器后进入循环氢脱硫塔进行脱硫脱胺。脱硫脱胺后的循环氢进入循环氢压缩机。图1为冷高压分离器相关PFD。

1.1设备及构架结构布置设计

冷高分构架内主要包括循环氢脱硫塔、循环氢聚结器及冷高压分离器。考虑设备附属管道的布置，该构架布置方式分为两种：

第一种方式：以中石化某公司1.8 Mt/a催化原料加氢处理装置为例。针对冷高分构架的设计如图2(1)所示。共设三层结构平台，标高分别为EL3 200 mm、EL7 400 mm及以冷高压分离器罐顶为构架顶平台EL11 500 mm，再做两层设备平台，既循环氢脱硫塔设备平台EL15 000 mm(该层平台主要目的为上下平台过渡，减少直接至顶平台的高度。另一目的为方便操作附近管道的Y型阀。) 及设备顶平台EL18 800 mm以设备梯相连。该装置构架钢结构顶标高为EL11 500 mm。

第二种方式：以中石化某公司1.8 Mt/a蜡油加氢处理装置为例。针对冷高分构架的设计如图2(2)所示。共设5层平台，标高为EL3 500 mm、EL7 700 mm、EL11 800 mm、EL15 300 mm及顶平台EL19 000 mm，并未设置循环氢脱硫塔设备平台。构架可以分成两个部分：冷高压分离器部分构架高度至EL11 800 mm，循环氢脱硫塔部分高度至EL19 000 mm。

两种方式相比较，第一种方式构架较低，相对更经济。整体结构构架只搭设到11.5 m高，其余部分采用设备平台结构。但是由于该设备为整体热处理设备(热处理设备为出厂一次成型热处理装置，现场施工时不允许进行焊接作业)，设备相关管道的支吊架及设备相关平台梯子需要提前提出垫板条件，以便设备专业预制垫板。正是因为预设埋板原因，所以在设计阶段及设备制造时要密切注意相关预制是否完成，以减少遗漏。第二种方式具有构架分层更详细，操作方便，外观更整齐等特点。设备相关管道的支吊架可以选择构架平台梁进行设置。不需要提前设置垫板，方便设计，值得推广。

第二种设计方式的产生，是因为在设备铸造阶段设备厂商忽略了该循环氢脱硫塔设备应预留垫板，整体热处理并发货至现场后，现场施工单位在管道预制之后整体吊装时发现与循环氢脱硫塔相连接的富氢管道安装支吊架无法与设备相连，提出修改通知单返回设计单位。在弄清事情原由之后，配管专业内部进行了讨论分析，总结了几套整改方案并与设备专业及结构专业协商，最后修改为此方案。我们设计人员在设计阶段资料修改及完善后对现场发布了修改通知单。将原设计方案改变为第二套方案。

3　配管设计

3.1冷高压分离器上液位计及相关平台的配管设计

冷高压分离器(简称冷高分)液位控制系统在加氢装置中有着十分重要的作用。冷高分主要是在较高压力下将纯度较高的循环氢气体从冷却到45 ℃以下的油气水混合物中分离出来循环利用，避免循环氢带液，同时还脱除反应产物中的部分水；液位过高使循环氢带液，损坏压缩机叶轮，液位过低时发生高压串低压，损坏低压区设备和管道。更重要的是冷高分的压力是加氢装置反应系统压力的基准点，即通过控制冷高分的压力来控制整个反应系统的压力。因此，冷高分液位控制对整个装置平稳操作、安全运行起着最为关键的作用。工艺流程见图3[2]。

1.8 Mt/a催化原料加氢处理装置中冷高压分离器上液位计及相关平台的配管布置，如图4所示。该套装置所采用的冷高压分离器上的仪表装置共5组9套，其中磁浮子液位计1组共3套，均连接在设备同一连通管上。由于在同一连通管，所以设计时考虑将此套磁浮子液位计作为一个整体考虑，这样的话在设计要求上，该液位计不可以穿平台，所以我们可在整体平台靠近冷高压分离器液位计位置开孔，设计一个1 300 mm×1 700 mm的镂空平台，以方便观测，并可以做到观测的无缝连接。并且从EL3 200 mm 到EL10 000 mm平台之间设计一组设备直梯用来观测液位计数据及维修拆卸管件使用。

1.8 Mt/a蜡油加氢处理装置中冷高压分离器上液位计及相关平台的配管布置见图5。从图5中可以看出，该套装置所采用的冷高压分离器上的仪表装置共4组8套，其中磁浮子液位计1组共2套，连接在设备不同连通管上。该选择不同于上一套装置的布置方式，故该构架平台在设计时考虑到不需要穿平台布置，所以分上下两层布置。这样的布置方式减少了平台中央开洞，增加起步梯和直梯，便于操作人员现场操作。

其他液位计配管布置：相对于磁浮子液位计，其他液位计如浮筒液位变送器、差压液位变送器，在上述的两套装置冷高压分离器上也都有不少的使用。液位测量采用双法兰液位变送器，测量范围较大，温度不是特别高，采用双法兰液位变送器测量准确、较为经济、且维护量小，界位测量采用浮筒液位变送器，界位测量范围较小，差压值相应较小，浮筒液位变送器比双法兰精度高。但是相对来讲这两种变送器在配管设计上影响并不大，相对设计方式比较统一，以方便操作、便于观测为主。

3.2角阀的配管布置

方式一：竖直安装。本文中做比较的两套装置在冷高分构架内角阀的布置方式上采用同一方式。其中冷高压分离器罐底分工艺管道及酸性含硫污水管道两项分别引入冷低压分离器做进一步反应。方式一解阀的配管布置见图6。工艺管道P-11601，操作压力为9.4 MPaG(G表示表压)，操作温度50 ℃，管道等级15CP13R，公称直径DN50 mm；含硫污水管道AW-11601，操作压力为9.4 MPaG，操作温度50℃，管道等级15CP13R，公称直径DN100 mm。经过角阀之后操作压力降为2.6 MPaG。这两根管道为冷高压分离器罐底出口管道，其角阀安装方式选择竖直安置并且在角阀进出口处设置管墩，管道上设置防震管托。

方式二：水平安装。另一种设计方式为水平式设计，出现在循环氢脱硫塔塔底出口管道MDEA-030101，管道等级为15CP13R，设计压力10.5 MPaG，设计温度250 ℃，操作温度为60 ℃，操作压力为9.4 MPaG，公称直径为DN200 mm。在经过角阀后压力降为1.2 MPaG。角阀安装为水平方式安装，并在角阀膜头处设置软性支架支撑，角阀前后设置管墩及防震管托，如图7。水平安装节省空间，减少构架内部高度对其影响。但是由于角阀的性质，在角阀闭合时闭合不完全的可能性增加，由于压降的影响会造成管道震动，热膨胀效应也会影响到角阀法兰处受力而使焊接处产生开裂。所以在角阀膜头处的软性支架是一定要设置的，并且要定期进行维护。如果空间够的情况下尽量不使用水平安装。

4　结束语

本文通过两个石化项目的工程设计对比，从设备和结构布置设计方案、仪表液位计及相关平台管道的设计，设备底角阀的设计三个方面，主要阐述了相关冷高分构架中的主要配管设计内容，对比得出在考虑经济性及美观性的情况下两种构架设计方案的优劣势。提出了针对不同仪表液位计的配管设计方案，并对角阀的管道设计进行了对比分析，认为在空间准许并满足PID要求的情况下，角阀的安装应尽量采用垂直安装方式，以减少振动及受力对角阀的影响。由于冷高分装置在整套加氢工艺装置中有着特殊的重要地位，其设计方案是否合理影响着加氢反应系统的平稳运行和安全生产。希望本文能对以后的加氢装置中冷高分构架的设计起到一定的指导和借鉴作用。

[1]宁学典. 加氢裂化装置冷高压分离器控制系统的设置及其安全性[J].炼油技术与工程，2005，35(7)：51-54.

[2]陶武军. 浅析加氢装置冷高压分离器液位控制系统的设置[J].科技创新导报，2010(34)：50-50.

[3]张德姜，王怀义，刘绍叶.石油化工装置工艺管道安装设计手册/第二篇:管道与器材(第四版)[M].北京：中国石化出版社，2009.

Piping Design of High Pressure Cold Separator Equipment Frame for Hydrogenation Unit

WANG Shen

(Piping Room One, China Petrochemical Engineering Construction Co.LTD., Beijing 100101, China)

According to the characteristics of the process of hydrogenation device request and the equipment process, this paper discusses and analyzes the detailed piping design and the frame design for recycle hydrogen desulfurization tower and high pressure cold separator. With experience in design and construction problems, the paper puts forward what should be paid attention to the problem of cold high architecture design，and gives the solution.

hydrogenation; high pressure cold separator; recycle hydrogen desulfurization tower angle valve；level gauge

2016-04-20

王莘(1987-)，男，河北承德人，中国石化工程建设有限公司配管一室工程师，主要从事炼化工程配管设计工作。

TE96

A

1008-9446(2016)04-0037-05