百万吨乙烯装置废碱框架的布置

陈秋香

（惠生工程（中国）有限公司，北京 100032）

乙烯—作为石油化工最基本的原料，是生产各种重要的有机化工产品的基础，其市场需求不断扩大，因而乙烯生产装置的生产规模也在不断扩大和提升。近年来，随着乙烯生产能力不断提高，国内百万吨乙烯装置不断涌现，乙烯生产过程中从碱洗塔排出的含碱废液即废碱的处理量也增大。从乙烯装置碱洗塔排出的废碱液中通常含有Na2S，NaHS，Na2CO3，NaOH，Na2SO3，Na2S2O3以及硫醇等硫化物。同时，还伴随部分烃类的冷凝聚合物，即黄油。因此，废碱液的处理效果好坏对下游污水处理有着直接的影响。目前，乙烯装置废碱液的处理方法包括湿式氧化法、催化氧化脱硫法，而湿式氧化法又分为高压湿式氧化法（HPWAO）、中压湿式氧化法（MPWAO）和低压湿式氧化法（LPWAO）[2]。处理方法不同，需要的设备以及所对应的设备布置也不同。下面针对采用高压湿式氧化法的万华化学100 万t/a轻烃裂解制乙烯装置中废碱氧化单元废碱框架的设备布置和管道布置的设计思路进行简要介绍。

1 设备布置

1.1 占地面积的确定

乙烯装置废碱氧化单元位于整个装置的东北角，南北长164m，东西宽约80m，单元内南北向管廊将整个单元分为东西两侧，东侧为机柜间和变电所，西侧为废碱处理工艺流程涉及的框架、设备及管道。通过单元内东西向小管廊及装置管廊西侧与压缩单元紧密相连，南侧与炉区相连。

乙烯装置废碱氧化单元包括的主要工艺过程有：轻烃汽提、湿空气氧化反应、放空气水洗、酸碱中和，而废碱框架则包含了前三个工艺过程。相应的主要设备包括：汽提脱烃塔C1722-1/2、废碱氧化反应器R1731-1/2、水洗塔C1732以及相应的换热器、泵等。

废碱框架占地面积的确定，首先需根据工艺流程合理布置框架内设备，预留管道布置空间，紧凑而有序布置，减少占地面积；同时，要考虑到设备土建基础承台的大小，避免地下基础发生碰撞，因此设备间距适当增大。经过配管研究和计算决定，废碱框架南北向设置18m，东西向设置14m。

1.2 框架层数及层高的确定

对百万吨乙烯装置而言，汽提脱烃塔C1722-1/2和水洗塔C1732属于细且高的设备，即直径偏小高度偏大，布置时需考虑到支撑及操作平台的可行性。同时，废碱氧化反应器R1731-1/2人孔多、管线阀组多，布置时需考虑人孔处检修平台和阀组的位置。另外，框架内还需容纳这些塔和反应器相应的分离罐、闪蒸罐、换热器等。因此，经过详细研究决定，废碱框架，东西向分3轴，轴间距等分为7m，南北向分四轴，轴间距由北向南分别是8m、5m、5m。框架总层高18.2m，由北向南第一、二轴之间包含五层，由下至上包含的设备有废碱氧化水洗循环冷却器E1732、废碱氧化冷却器E1733-1/2、水洗塔C1732、废碱闪蒸罐D1728、脱油废碱加热器冷凝罐D1727、脱油废碱进料加热器E1723-1/2等。第三轴与第五轴之间主要包含汽提脱烃塔C1722-1/2，此处框架的作用主要是方便汽提脱烃塔的支撑、检修及附塔管线的布置，考虑到合理紧凑布置的原则，在此两跨之间东西方向只保留东侧框架。整个框架位于装置内管廊西侧，其东侧包含四台泵，北侧为废碱氧化反应器R1731-1/2。如图1所示。

图1 三维模型

图1可以看出，汽提脱烃塔C1722-1/2和水洗塔C1732主要的支撑及操作平台可借助框架平台来实现。而对于反应器R1731-1/2的管线阀组较多难易布置的难题，在此处可利用框架PF EL+15.400层平台来敷设。同时利用框架顶层平台可集中布置反应器和塔等的顶部安全阀，减轻了安全阀组对相应设备的荷载。另外，为满足业主要求单体框架结构与管廊联合操作，本设计中将废碱框架与管廊框架联通，且反应器顶部操作平台与废碱框架也联通，如图2所示。

图2 框架联通示意图

2 管道布置

管道布置必须符合工艺、管道及仪表流程图（含P&ID和U&ID），在此基础上，应统筹规划，做到安全可靠、经济合理、整齐美观，满足施工、操作和检修等方面的要求。具体到不同设备，其相应的管道设计又有各自不同的要求。

2.1 废碱氧化水洗循环冷却器E1732、废碱氧化冷却器E1733-1/2等换热器的管道布置

对于换热器的管道布置，首先要考虑换热器的抽芯空间以及管线上阀门仪表等的可操作性，如图3。

图3 换热器管道布置

换热器的循环水管线统一布置在换热器南侧，阀组位于可操作位置，进水回水管道均与地下循环水管道相连接。

对于换热器的工艺介质管道，就近设置切断阀和阀组，避免不必要的袋型，同时保证换热器两侧操作通道的宽度不小于0.8m。

2.2 WAO反应器R1731-1/2的管道布置

WAO反应器R1731-1/2内部是塔盘结构，所以其管道布置与塔管道布置一致。首先将反应器周围分为配管区和操作区，管道应布置在配管区，而人孔、梯子和仪表应布置在操作区，如图4。

图4 WAO反应器R1731-1/2的管道布置

废碱液从反应器塔底进料，逐层经湿空气氧化，每台反应器共含有四组中压蒸汽和空气，每组中压蒸汽和空气管线均包含阀组、流量计和止回阀，且管线尺寸最大才3寸，所以此时阀组的布置和支撑成为重要考虑点。经过反复比较，将反应器布置在废碱框架的北侧，才使得问题有了解决方法。管口附近的止回阀和导淋利用塔平台可操作，而阀组统一布置在框架EL15.400平台上，既方便操作，也解决了支撑难题。

2.3 框架顶层安全阀等的管道布置

汽提塔、WAO反应器、脱油废碱进料加热器、过滤器等都含有安全阀组（图5），并且分别都是配备两个安全阀，因此安全阀的数量比较多。考虑到安全阀的管道布置要求：应直立安装并靠近被保护的设备和管道，如不能靠近布置，则从被保护的设备和管道到安全阀的管道总压降，不应超过安全阀定压值的3%。安全阀宜设置检修平台等。所以将安全阀组集中布置在框架顶层，这样既能满足压降的要求，同时也便于安全阀组的支撑、操作和检维修。

图5 安全阀组集中布置图

3 结束语

随着乙烯装置生产规模的不断扩大和提升，废碱液的处理量将随之增加，相应设备和管道布置问题将不断出现，设备布置和管道布置设计人员应当正确把握设备和管道布置的基本原则，全面考虑，选择最为合理的布置方案。