加氢进料泵的管道设计

关丽丽

(中石化广州工程有限公司配管工程室,广东 广州 510000)

催化加氢作为作为石油加工的一个重要过程，对于提高原油加工深度，合理利用石油资源，改善产品质量，提供轻质油收率以及减少大气污染都具有重要意义。催化加氢主要分为两大类：加氢精制及加氢裂化。加氢精制主要用于油品精制，其目的是除掉油品中的硫、氮、氧杂原子及金属杂质，使烯烃饱和，有时还对部分芳烃进行加氢，改善油品的使用性能。加氢进料泵用于将原料油升压后送至加热炉，在加氢精制装置起到了关键性作用。合理的出入口管道设计，才能满足加氢进料泵管嘴受力及力矩小于泵所能承受的力和力矩，是加氢进料泵以及整个装置运行平稳、安全的必要条件。下面以某项目130万吨/年煤油加氢精制装置为例，详细介绍加氢进料泵的出入口管道设计。

1 加氢进料泵的平面布置

加氢进料泵一般采用露天布置，与原料油缓冲罐就近布置，以减小泵入口管道压降。加氢进料泵及原料油缓冲罐均布置在管桥的同一侧，统一美观、便于检修，并留有设备检修及阀门操作空间。加氢进料泵与管桥之间留有一定的空间，满足泵出入口管道的柔性布置及阀门的布置，设置泵入口管道上切断阀的操作平台，加氢进料泵平面布置图见图1。

图1 加氢进料泵平面布置图

2 加氢进料泵的出入口管道布置

2.1 泵的管道设计一般要求

(1)管道布置设计必须符合工艺管道及仪表流程图(PID)的设计要求，并应做到安全可靠、经济合理，满足施工，操作维修等方面的要求。

(2)尽量减少泵入口管道压降，避免泵发生汽蚀。

(3)管道的柔性分析应满足泵制造厂关于管嘴受力的要求。

(4)管道布置在泵的上方时，应有一定的高度，不能影响电机或泵体的吊装。

2.2 泵入口管道的设计

入口管道采用步步低的设计原则，通过自然补偿的方式增加柔性，尽量减少管道长度及弯头数量。泵入口采用顶进方式，入口切断阀布置在高处，应考虑设置操作平台。支吊架以滑动管托为主，跨距小于管道的允许跨距。入口管道的过滤器采用T型过滤器，必须安装在90°拐弯处，并预留抽出金属滤网空间。入口管道最后一个弯头后有一段竖直段，此处支撑采用弹簧支吊架，避免因管道有竖直位移时导致管道脱空或顶死，从而造成相邻支吊架或设备管口的受力增加。泵入口管道布置图见图2。

图2 泵入口管道布置图

2.3 泵出口管道的设计

泵出口管道分为两路，一路将原料油升压后送至加热炉，另一路通过最小流量线返回至原料油缓冲罐。泵出口采用顶出方式，出口管道从泵嘴引至操作平台设π型自然补偿，并设置弹簧支吊架，从而可以吸收泵嘴初始热位移和管线在垂直方向的热位移，之后出口管道引至地面布置出口止回阀、切断阀及最小流量线上相关阀门。出口管道压力属于设计压力6MPa(g)的GC1管道，出口止回阀、切断阀以及排空、放空阀均采用双阀。最小流量线上调节阀前后压差过大，流体流动的波动性较大，容易造成管道震动，因此要求调节阀后直管段长度不小于5倍管径，同时阀后第一个支架为防振管卡。出口管道上支吊架除以上特殊使用的支架外，在管桥上主要采用滑动、导向、止推管托，在地面上采用弯管及水平管道用支架。泵出口管道布置图见图3。

图3 泵出口管道布置图

3 加氢进料泵的出入口管道柔性设计

加氢进料泵作为加氢精制装置的敏感设备，应对其出入口管道进行详细的应力分析。本次分析借助应力分析专业软件——CAESAR II，通过持续荷载工况、纯热态荷载工况及操作状态荷载工况下的应力分析，完成对管道一次应力、二次应力和管嘴受力校核。

3.1 柔性设计的一般要求

(1)管道上各点的二次应力值应小于许用应力范围。

(2)管道对泵嘴的推力及力矩应在允许的范围内。

(3)管道的最大位移量应能满足不使管道支吊架从支撑梁上滑落。

3.2 应力校核

输入的主要参数如下：泵入口管道设计温度150℃，设计压力0.8MPa(g)，材质为20#-GB9948，外径273mm，壁厚7.8mm；泵出口管道设计温度150℃，设计压力7.1MPa(g), 材质为20#-GB9948，去加热炉管道外径219.1mm、壁厚18.26mm，最小流量线管道外径168.3mm、壁厚14.27mm。应力计算模型见图4和图5。应力结果见表1和表2。

图4 泵入口管道应力模型

图5 泵出口管道应力模型

各节点中出现的最大一次应力值/kPa许用应力/kPa比值/%泵入口管道36713.112580029.2泵出口管道33690.312300027.4

表2 二次应力分析结果

3.3 管嘴受力校核

根据API-610标准要求，应对离心泵管嘴进行受力分析，受力不应超过制造厂提供的允许值，具体数值按API-610中规定值的2倍进行校核。加氢进料泵管嘴受力见表3，从表中可以看出，泵所受的力和力矩小于允许值，受力合格。

表3 加氢进料泵管嘴受力

4 法兰泄露校核

加氢进料泵出口管道属于GC1管道，应该进行法兰泄露校核。校核采用当量压力法，在这种方法中，法兰上的轴向力(F)和弯矩(G)用以下公式转换为当量压力(Pe)。

Pe=4F/πG2+ 16M/πG3

(1)

式中: Pe——由轴向力、弯矩共同作用下的当量压力Pa；

F——法兰所受的轴向力，N.m；

M——法兰所受的弯矩，N；

G——垫片的有效直径，m。

当量压力与管道设计压力之和应满足下式要求:

Pe+ Pd≤Pr

(2)

式中：Pr——法兰最大允许工作压力，MPa；

Pd——管道设计压力，MPa。

加氢进料泵出口管道设计温度150℃，法兰材质为A105,查SH/T3406-2013中表A.5-2可知法兰最大允许工作压力Pr 为9.02MPa。管道设计压力Pd为7.1MPa。根据式(1)将应力模型中最大轴向力及弯矩处法兰数据代入后计算得出最大当量压力Pe为1.63 MPa。由此得出Pe+ Pd小于Pr,说明法兰不会泄露。

5 结束语

以某项目130万t/a煤油加氢精制装置为例，系统了阐述了加氢进料泵的管道设计，通过合理的平面布置、充分的柔性设计以及选用合适的支架等方式，结合应力计算软件分析，最终使设计的管道经济合理、安全可靠，也为类似项目的管道设计提供的参考。