关于哈萨克斯坦催化裂化装置管道设计的思考

王志中

(中石化广州工程有限公司，广东 广州 510620)

催化裂化装置是最复杂的炼油工艺装置之一，主要包括：反应再生部分、分馏部分、吸收稳定部分、主风机部分、余热锅炉部分等。装置的设备布置及管道布置方案涉及到工艺、能耗、安全、投资等问题。本文通过哈萨克斯坦三期243万t/a催化裂化装置在管道设计过程中的对比、总结、思考，为今后国外同类装置的管道设计提供经验和参考。

1 哈萨克斯坦管道设计标准特点以及与国内标准的对比

1.1 管道设计专业遵守的主要标准规范及特点

(1)哈萨克斯坦石油化工企业防火要求按照标准《石油加工和石油化工行业的企业、建筑物和构筑物的行业消防设计指南》 ВУПП-88 执行。该标准规定了石油加工和石油化工企业设备、建筑物、构筑物的布置设计和消防安全等方面的要求。其中对设备、建构筑物布置区域占地面积、消防等要求比现行国家标准 《石油化工企业设计防火规范》 GB50160-2008要求严格。

(2)哈萨克斯坦石油化工企业管道布置按照标准《工艺管道使用的工业安全要求》执行。该标准适用于石油化工工程中工作压力范围为0.001 MPa～ 320 MPa(表压)，工作温度范围为-196 ℃-700 ℃，用于输送气体、蒸汽和液体介质的金属管道。内容包括管道分类、管道材料选择、管道布置、管道施工及验收等。其中支架的设置、焊缝间距等的要求相比国家现行石油化工行业标准《石油化工金属管道布置设计规范》SH3012-2011、《石油化工有毒、可燃介质钢制管道工程施工及验收规范》SH3501-2011要求严格。

1.2 哈萨克斯坦管道设计标准与国内标准的对比及分析

(1)装置内设备、建筑物区占地面积大小的限制对比。哈萨克斯坦标准ВУПП-88第6.49条对于装置设备、建筑物区的占地面积规定："石油化工企业中А和Б类室外装置设备区，其高度在30 m以下时，占地面积不应超过5200 m2；其高度在30 m及以上时，占地面积不应超过3000 m2。当装置面积较大时，可划分为若干设备区，各区之间的净距不应小于15 m。此规定对于大型装置设备平面布置的限制较大，使得设备布置的工艺合理性、占地面积影响较大。而现行国家标准GB50160-2008第5.2.11条对于甲、乙类装置内部的设备、建筑物区的设置规定："应用道路将装置分割成为占地面积不大于10000 m2的设备、建筑物区；当大型石油化工装置的设备、建筑物区占地面积大于10000 m2小于20000 m2时，在设备、建筑物区四周应设环形道路，道路路面宽度不应小于6 m，设备、建筑物区的宽度不应大于120 m，相邻两设备、建筑物区的防火间距不应小于15 m，并应加强安全措施。" 与哈萨克斯坦标准ВУПП-88相比，GB50160-2008对于装置内部设备、建筑物区占地面积限制较小，适合装置设备布置大型化的发展趋势。

(2)装置内设备、建筑物区宽度的限制对比。哈萨克标准ВУПП-88第6.50条对于装置设备、建筑物区的宽度规定：“单独的室外装置或者其一部分，在构架或设备高度小于18 m时，宽度不应超过42 m；在构架或设备高度大于或者等于18 m时，宽度不应超过36 m”。现行国家标准GB50160-2008第5.2.11条规定：“装置内设备、建筑物区的宽度不应大于120 m”。此规定对大型装置设备平面布置的限制较多，使得设备布置的工艺合理性难以保证、占地面积较大。与哈萨克标准ВУПП-88相比，GB50160-2008对于装置内部设备、建筑物区宽度要求更适合装置大型化的要求。

(3)可燃介质管道与建筑物、构筑物的防火间距的对比。哈萨克斯坦标准ВУПП-88第5.7条规定；“输送不同压力的可燃气体、液化烃、易燃和可燃液体管道与任何火灾危险级别的生产厂房、仓库、辅助房间及其它建筑物或构筑物之间的最小距离要求为：压力为6 Kg/cm2以下的管道不应小于5 m，压力为6 Kg/cm2及以上的管道不应小于10 m”。

现行国家标准GB50160-2008第5.2.1条中表5.2.1规定了不同火灾危险类别的设备与建筑物(控制室、机柜间、变配电所、化验室、办公室、仓库、厂房)之间的防火间距。

与哈萨克斯坦标准ВУПП-88相比，GB50160-2008对可燃介质管道与建筑物或构筑物之间的防火间距则没有具体的规定。该差异性对管道设计影响较小，对提高设计安全性的影响较低。

(4)装置内水喷淋或水喷雾系统的设置对比。哈萨克标准ВУПП-88第8.26条对于设备消防设施的设置规定；“可燃介质立式设备在高度30 m以下的部分，应采用固定式消防水炮和移动式消防设施保护；在高度30 m以上的部分，应采用固定式喷水设施保护”。现行国家标准GB50160-2008第8.6.3条规定：“工艺装置内固定水炮不能有效保护的特殊危险设备及场所宜设水喷淋或水喷雾系统”。与哈萨克标准ВУПП-88相比，GB50160-2008只对固定水炮不能有效保护的特殊危险设备及场所提出了宜设水喷淋或水喷雾系统的要求，但因不具体，不易执行。塔的高处未要求设固定式喷水设施保护。

(5)管道上管托设置的要求对比。哈萨克标准《工艺管道使用的工业安全要求》第217条规定：“所有管道都要设置管托”。现行石油化工行业标准SH3012-2011第13.1.2条规定：“有隔热层的管道，在管墩或管架处应设管托。无隔热层的管道，如无要求，可不设管托”。与哈萨克标准《工艺管道使用的工业安全要求》相比，SH3012-2011只对有隔热层的管道提出了设置管托的要求，而对无隔热层的管道没有强制要求。

(6)管道支吊架边缘与管道焊缝间距的要求对比。哈萨克标准《工艺管道使用的工业安全要求》第79条规定：“管道支吊架边缘与管道焊缝的间距当DN≤50时不应小于50 mm，当DN>50时不应小于200 mm”。现行石油化工行业标准SH3012-2011第13.1.16条规定：“支吊架边缘与管道焊缝的间距不应小于50 mm，需要热处理的管道焊缝与支吊架的距离应不小于焊缝宽度的5倍，且不得小于100 mm”。与哈萨克标准《工艺管道使用的工业安全要求》相比，SH3012-2011对于支吊架边缘与管道焊缝间距的要求较为宽泛。

2 管道设计的思考

哈萨克斯坦催化裂化装置原设备平面布置图由国外设计方完成，并且通过了哈萨克斯坦国家建设委员会的审批及业主的认可。原平面布置示意图见下图1所示。在详细设计过程中，结合哈萨克斯坦石油化工企业防火规范及工艺包要求，我们对平面布置图中的部分设备布置、防爆区域划分，操作、检修等进行了改进优化，优化的平面布置示意图见下图2所示。

图2 优化后的平面布置示意图

2.1 本质安全方面的一些思考及问题的解决方法

原设备平面布置图中将富气压缩机组与主风机组布置在了同一个厂房内。由于富气压缩机组属于可燃气体压缩机，而主风机组操作介质为空气，机组防爆等级不同，若布置在同一房间内，主风机电机须采用防爆电机，同时也不利于防爆和非防爆区的划分，本质安全得不到保证，这样的布置是不合理的且电机成本将大大增加。详细设计设备平面布置图中，将富气压缩机单独布置在了一个厂房内，位于防爆区，同时将主风机和烟机布置在同一个厂房内，位于非防爆区。经过优化，主风机、气压机分别布置在不同的防爆区，主风机电机设置为非防爆电机，这样即提高了装置安全性又节省了投资。

2.2 管廊设置不合理的分析及改进

原设备平面布置图1中仅有分馏部分和反应部分之间的管廊-1能够和系统管桥衔接。这样的平面布置设计造成吸收稳定部分的产品管道出装置经管廊-2、管廊-1需要绕行300米左右的距离，不仅造成管道的浪费，原管廊设计宽度也不能满足设计要求，同时对整个装置的能耗及投资均会增加很多。详细设计过程中为方便物料和产品进出装置，将吸收稳定区管廊-2西侧的变配电间与主风机区变配电间合并，管廊-2向西延伸与系统管桥衔接，这样不仅解决了吸收稳定部分产品需要绕行出装置的问题，还解决了1#管廊管线布置过于密集的问题。优化后的设备平面布置图见上图2所示。

2.3 变配电、机柜间布置不合理的分析及改进

原设备平面布置图中将装置中的变配电、机柜间分别布置在了平面中的两个不同区域。原变配电、机柜间平面布置图见图1所示。这样的布置不利于工厂的智能化、一体化管理，并且由于变配电、机柜间要与周围设备保持15m以上的间距，这样的布置会增大装置的占地面积。详细设计过程中将整个装置的变配电、机柜间房间布置在一起，靠近用电负荷中心布置，方便了工厂的智能化、一体化管理，节约了工厂占地。由于哈萨克斯坦建筑规范要求密闭房间内需设通风设施，两个房间合并在一起节省了投资。优化后的变配电、机柜间平面布置见图2所示。

2.4 油浆蒸汽发生器及油浆泵布置调整分析及改进

分馏塔底循环油浆泵工艺包要求靠近分馏塔布置，原设备平面布置图中布置在距离分馏塔较远的检修路对面分馏一区构架底层，油浆蒸汽发生器布置在靠近分馏塔的地面，这样的布置造成管线过长、压降增大，增大了循环油浆泵的能耗。由于油浆管线中含有固体颗粒，管线过长易结焦，影响装置的工艺操作稳定性。详细设计过程中为解决分馏塔底循环油浆泵距离分馏塔过远问题，将4台循环油浆泵从分馏一区移位到分馏二区布置。这样的改进缩短了油浆线合金钢管道的长度，节省了投资的同时也满足了专利商工艺包的要求，并且给分馏一区热油泵房节省出了空间，为其它热油泵的布置提供了便利条件。

2.5 泵布置要求

哈萨克斯坦催化裂化装置泵的布置与国内催化裂化装置不同，国内泵一般布置在管桥下，泵头需要布置在管桥外，检修的时候考虑叉车检修。哈萨克斯坦催化裂化装置由于管桥下方不允许布置设备，泵一般布置在构架底层，检修的时候设置检修吊车。对于泵布置构架底层并设置检修吊车的要求，增加了构架的高度，消防不方便且增加了管道的绕行，不利于装置大型化布置。

2.6 消防管道设计

哈萨克斯坦催化裂化装置可燃介质立式设备在高度30 m以下的部分，应采用固定式消防水炮和移动式消防设施保护；在高度30 m以上的部分，应采用固定式喷水设施保护，设置了水喷淋系统。而国内装置除特殊要求外一般只沿塔设置消防蒸汽总管、各层设置软管接头。另外在可燃介质的泵房、厂房内要求设置消泡剂系统。这些与国内装置相比，塔、容器的消防比国内更严格一点。另外哈萨克斯坦催化裂化装置在构架平台、空冷平台，以及生跟在地面高度7 m左右的平台上设置消防炮，这样的设计使得消防炮覆盖的范围更大，值得国内装置借鉴。

3 结论

装置的设备平面布置首先满足当地防火、防爆规范的要求，还需要满足工艺设计条件，满足业主操作、检修和施工要求，满足全厂总体规划，适应所在地区的自然条件，还应力求经济合理，满足用户要求，最后还应注意外观美[1]。管道的布置国外规范要求合理的地方，我们在国内装置设计过程中也可以借鉴。从以上可以看出，装置的设备平面布置、管道布置的合理性对整个装置的安全运行以及运行成本等起着至关重要的作用。对于界面比较复杂的国外项目，在项目开始阶段，要对设备平面布置不合理、管道布置不满足工艺包要求的地方提出自己的意见，尽早进行优化，并报经专利商和业主确认。以哈萨克斯坦三期催化裂化装置为例，项目开始阶段我们尽量不调整FEED设计的设备布置、管道布置等，但在设计过程中，我们发现设备布置、变配电间设置、管桥布置等存在不符合工艺要求地方，经过对设备布置、管道布置进行了优化，最终都得到了专利商及业主的认可，为我们后面的详细设计扫清了障碍且节省了投资。