低压连续重整装置反应再生区工艺管道设计初探

刘 蓉

(洛阳石化工程设计有限公司，河南 洛阳 471000)

化工设计

低压连续重整装置反应再生区工艺管道设计初探

刘 蓉

(洛阳石化工程设计有限公司，河南 洛阳 471000)

现代石油化工中，低压连续重整(CCR)占主流地位，反应再生部分是整个低压连续重整装置的核心部分。本文重点介绍了反应再生部分关键工艺管线的设计和平面布置问题。这些关键工艺管线主要包括反应区的反应油气管线、催化剂输送管线和再生区电加热器等主要管线。本文借助国内采用UOP工艺包的某大型低压连续重整装置的设计，对反应再生区的设备平面布置，构架平面和竖面布置以及这些关键管线的工艺设计、管道走向、支架设置以及需要注意的相关事项进行了论述。

反应油气管线；反应再生构架；连续重整；工艺管道设计

现代石油化工中，低压连续重整(CCR)占主流地位，目前国内应用的连续重整工艺主要有法国石油研究院(IFP)、环球油品公司(UOP)和国内的洛阳石化工程公司(LPEC)三家，其中IFP和UOP自从第一代连续重整工艺工业化以来，都在不断进行各自的新催化剂和新工艺的研制开发，目前均发展到了第四代催化剂再生工艺，它们各自比其前一代再生工艺更加先进、可靠，均为目前世界上具有先进水平的连续重整工艺[1]。

无论采用哪个工艺流程，反应再生都是这套技术的核心，反应再生部分的工艺管道设计是重整装置中管道设计部分的重点与难点，设计的好坏直接影响到重整装置能否顺利开工，因此，反应再生区的管道工艺管道设计尤其重要。

1 反应再生区工艺概述

重整反应部分的目的是通过催化剂把精制石脑油中辛烷值较低的环烷烃和烷烃转化为富含芳烃的重整油组分，并同时副产氢气。国内某大型低压连续重整装置中来自预处理部分汽提塔底的精制石脑油经过滤后进入焊接板式重整进料换热器(E-201)与氢气混合并与反应产物换热后，进入重整进料加热炉(F-201)继续加热至重整反应所需温度后进入重整一反(R-201)，物流经反应器内的扇形筒径流向连续向下移动的重整催化剂床层，在临氢条件下进行重整反应。经反应器中心管流出进入第一中间加热炉(F-202)升温至反应温度后，继续进入重整二反(R-202)、第二中间加热炉(F-203)、重整三反(R-203)和第三中间加热炉(F-204)、重整四反(R-204)进行加热和反应。最终反应产物从重整四反(R-204)流出后大部分进入重整进料换热器(E-201)与进料换热。经换热后的反应产物，进入反应产物进入空冷器(A-201A～L)冷凝冷却。

催化剂再生部分的目的是将积炭的待生催化剂进行再生，恢复其活性，然后再送回反应部分。催化剂依靠重力作用依次从重整一反(R-201)、重整二反(R-202)、重整三反(R-203)和重整四反(R-204)四个反应器流至反应器底部的催化剂收集器，然后催化剂向下流至“L”阀组。并靠氮气提升至再生段。此催化剂储存在上部聚集器中，当射线料位仪检测达高料位时，催化剂靠重力输送至闭锁料斗(D-303)。闭锁料斗增压至再生器(R-301)的操作压力，并整批输送入再生器的上部的缓冲区。催化剂在再生器中连续进行烧焦。在再生器中，催化剂依次经过烧焦区、氧氯化区以及焙烧区。完成再生反应后，经过氮封罐(D-305)使催化剂由氧环境切换为氢气环境后进入闭锁料斗(D-308)升压后并靠氢气提升至反应器还原段，还原过的催化剂保持了和原来几乎一样的性质进入一反，从而完成催化剂的再生过程。

2 反应再生区主要设备平面布置及构架设计

图1 立面图Fig.1 Elevation

反再部分由重整混合进料换热器系统、重整反应系统、再生系统、四合一炉系统和余热回收系统组成[2]。反应再生区是把反应器、再生器、立式换热器等大型的立式设备与分离料斗、氮封罐、闭锁料斗、粉尘收集器、及换热器、电加热器、风机、泵、罐等小型设备共同放置在同一个多层构架中，按流程布置在一个整体区域内。为了方便设备安装与检修反应器，再生器以及板式换热器均靠检修道路一侧布置，既有利于设备的现场组对，也方便吊装。

反应再生构架有近90 m高，共4跨，约30 m宽。4台反应器重叠布置在右边的第二跨内，反应器的顶部为还原段，以大法兰与一反栓接，下面依次是第二、三、四反应器，立式换热器放置在反应器右边的第一跨内，反应器左边是再生器。再生器所在的框架中，按催化剂再生的流向，自上而下依次为：分离料斗、再生器、氮封罐、闭锁料斗。反应器与再生器之间是构架的楼梯间。图1是连续重整装置反应再生区设备的典型立面图。

UOP反应器采用重叠式布置，物流为上进上出(中心管上流式)。占地比较小，反应器间催化剂靠重力流动，不用气体提升，但设备和构架比较高，反应器裙座高度应按照UOP催化剂管线工艺要求来确定。管道设计中需要考虑反应器的人孔开口方位朝向构架的检修侧，平台高度便于工人的操作。由于反应温度高，底部还原段有400多毫米的位移，应避免顶部平台梁与还原段人孔相碰。在检修反应器还原段时，须将还原段从大法兰处与反应器分离，在EL+72200层应设置两个吊梁方便吊装，并且EL+70500层平台应考虑检修时放置反应器还原段的区域， EL+70500层以上平台应设置活动平台，检修时能够移开，平台应根据还原段的高度及外径来确定。最上层EL+91000平台应设置电动葫芦，用以吊装反应器各部件。为了方便吊装，EL+72200以上平台靠检修侧应设为可拆卸梁。

再生构架上设备较多，且很多设备都穿平台。为了方便设备的吊装及检修，因根据设备所在的高度及内部件的长度在适当的位置设置吊点及活动平台。

3 反应油气线的工艺管道设计

图2 管线布置图Fig.2 Layout of pipe

任何装置的反应油气线都是管道设计的重点与难点，本套连续重整装置也不例外。随着装置大型化，管道直径越来越大，热胀所产生的力和力矩成倍增长。因此必须采用合理的管道布置，提高管道柔性。重整反应油气线是从四合一反应炉(在反应再生构架之前，紧邻构架)至反应器之间的8根大的反应油气管线，由于管道温度高，且为临氢介质管道。应按照纳尔逊曲线的要求进行取材。因此，选用耐高温的国外进口的ASME B16.47[3]-P11钢材，通过核算，管线壁厚定为14.27 mm。由于管道温度高，热位移也大，对管道的应力影响也很大，而工艺要求压降最小，这就要求管道少拐弯，所以，不宜用管道的自身热膨胀来吸收管道变形。通过对反应再生反应油气线的应力计算以及以往重整装置开工情况的反馈，管道从炉子出来，为减少压降，水平以小于90°的角度拐向反应器，然后垂直向上并拐进反应器嘴子。整个管系仅有3个弯头，这就最大限度的减少了管道的压降，同时还节省了管道的用料，节省了投资。如图2所示。人孔的高度取1000 mm为宜，人孔开口方向应朝向右方。

4 电加热器的工艺管道设计

电加热器按流程应布置在反应器顶部的还原段旁边，由于反应器的支座在下面，因此还原段向上的热膨胀量很大，而电加热器放在了框架平台上。从电加热器至还原段由于按照UOP工艺要求不能太长，管线不能依靠自生的热胀来吸收位移。所以在电加热器支座处分别设置了恒力弹簧支架。

5 催化剂管线的工艺管道设计

连续重整装置的催化剂再生流程是这样的：先从四反的底部向下进入布置在地面的再生V型阀组，后垂直向上提升，以25°的倾角向下进入分离料斗，再由分离料斗，再由分离料斗向下进入再生器，后右下进入氮封罐，闭锁料斗至地面的再生V型阀组后垂直向上提升，并以25°的倾角向下进入反应器的还原段，后经第一，二，三反应器，回到四反，完成一个催化剂的循环。催化剂输送管道内为气、固两相流动状态，有很大的磨损性，并产生一定量的催化剂粉尘和碎片[4]。这些催化剂粉尘和碎片直接影响催化剂的效率和再生，同时也加大了粉尘收集系统的负担。为了控制催化剂的磨损率，这就要求催化剂管线少拐弯，若不得不改变方向，也要用大煨弯，以改善催化剂在弯头出的流动状态。

在不同的阶段，由于温度和管线里介质含量的不同，选用不同的管道材质。再生阶段的的温度较高，管道选用TP316。氯化阶段由于存在氯离子腐蚀，管道选用0Cr17Ni12Mo2。还原阶段温度较高且临氢，这部分管道选用TP304H。而输送催化剂的管线由于温度较低，选用碳钢即可满足要求。

6 结束语

反应再生区为整个装置的核心区，需要管道设计人对装置的工艺流程，装置的运行，现场的施工安装过程以及装置运行的操作和维修等要有了解。在设计中要充分考虑不同操作工况对管道的选材和布置的影响，从根本上保证装置的运行平稳。

[1] 侯韶剑.大型连续重整装置反应油气管线管道布置初探[J].炼油技术与工程,2012,42(8):38.

[2] 陈 杰.连续重整装置平面布置及管道设计[J]. 炼油技术与工程,2012,22(4):17-19.

[3] The association for the study of medical education.ASME B16.47-2006 Large Diameter steel Flanges[S]. ASME,2006.

[4] 张晋峰.催化裂化装置催化剂输送管道设计[J].河南石油,2006,20(1):89-91.

(本文文献格式：刘 蓉.低压连续重整装置反应再生区工艺管道设计初探[J].山东化工,2017,46(5):120-121,124.)

Study on the Design of the Process Piping in the Reaction Regeneration Zone of Low Pressure CCR Unit

LiuRong

(Luoyang Petrochemical Engineering Design Co.,Ltd.,Luoyang 471000,China)

Low-pressure continuous catalytic reforming (CCR) is a main technology in the modern petrochemical industry, while the reaction-regeneration zone is the core part of the low pressure CCR unit. This paper focuses on the design and layout of the key process pipelines in the reaction-regeneration zone. The key process piping mainly includes the reactor oil vapor line, catalysts pipelines and electric heater of regeneration zone and other major pipelines. By the design of a large-scale low-pressure CCR unit with UOP technology package in China，this paper discussed the device layout，the plane and vertical layout of frame, the piping design, the piping direction and the piping bracket settings of reaction-regeneration devices. While some related issues were also discussed.

reactor oil vapor line;reaction-regeneration section;CCR;piping design

2017-02-06

刘 蓉(1985—)，女，河南南阳人，2012年毕业于中国石油大学(华东),现从事管道设计工作。

TE973.1

A

1008-021X(2017)05-0120-02