分子筛干燥器的管道布置

于罗娜 华陆工程科技有限责任公司 西安 710065

在化学工业生产中得到的产品往往还有过多的水分或有机溶剂，要制得合格的产品需要除去固体物料中多余的水分。比如在PDH项目中，反应器再生时用到的蒸汽冷凝后会产生水，产品气需要在干燥后才能高效地进行后续的净化。

本文描述的干燥器用于三级压缩后的产品气。三级压缩后的产品在分离罐中分为气液两部分，主要成分均为乙烯乙烷。产品液在干燥后去脱乙烷塔进行乙烷脱除等后续操作，产品气经分子筛干燥器干燥后去冷箱进一步分离出氢气等轻组分。

分子筛干燥剂的结构如同海绵，能将介质中的含水量降低到0.01g/m3。采用吸附脱除杂质。一旦分子筛吸附至饱和状态，就不能继续吸附，需要对其进行再生操作：把已经吸附的杂质用再生气体释放出来，再吹出去，使其重新具备吸附能力。由于分子筛在较高压力和较低温度下易于吸附，在较低压力和较高温度下易于再生。因此，吸附和再生处于两种差异很大的操作工况。再加上吸附工况时往往有一些特殊要求，这就使分子筛干燥器的进出口管道布置成为了一个难点。

1 工艺流程、设备及设备布置介绍

1.1 工艺流程介绍

以某项目为例。该项目设置了两台气相分子筛干燥器，一开一备，流程简图见图1。

图1 干燥过程流程简图

主要运行步骤如下：

（1）干燥器A完成上一个工作循环开始切断，所有阀门关闭。

（2）此时设备内干燥剂填料已经吸收了水分，需要再生。正常干燥工况工作压力为15 bar，再生工况工作压力为6 bar。因此，打开出口管线上的一个旁路进行卸压，该管线通往干燥器的上游设备。

（3）干燥器A卸压后用另一台在线干燥器B的产品气加压。通过重复加压、减压操作，尽可能将干燥器中上一个循环剩余的产品气驱赶到上游设备中去。

（4）加压完成后进入再生工况，分为冷再生和热再生：①冷再生阶段，打开再生管线进出口上的阀门以及冷再生气管线上的阀门，通过45 ℃的冷再生带走干燥剂中的自由水分；②热再生阶段，用300 ℃的再生气进一步再生，使干燥剂中的水分进一步蒸发。之后开始降温，为下一阶段工作做准备。

（5）再生完成后，减压到6 bar，尽量排出再生气。

（6）为了进入干燥工况做准备，干燥器A在用另一台在线干燥器B的产品气加压到15 bar后，打开进口和出口旁路管线上的阀门，准备上线。

（7）刚上线的干燥器A和即将切断的干燥器B并列运行半个小时后，关闭干燥器B，进入稳定工作阶段。

1.2 设备介绍

分子筛干燥器设备图见图2。

图2 分子筛干燥器设备图

设备本体高约15 m，裙座高4 m，直径6 m。有两层填料，下层主填料层厚约2 m，上层辅填料层厚约1 m。正常操作过程中，辅助填料层中应该没有水分，两填料层之间设置取样分析仪检测水分，如检测出有水分，说明下层主填料层无法正常工作，需要停车检修。填料层底部和上下均设有人孔，用于检修和更换干燥剂。

气体干燥器正常操作温度为26 ℃，操作压力为15 bar，再生分两种工况，高温工况操作温度为300 ℃，低温为40 ℃，操作压力是6 bar。一个工作循环中，有约120 h的干燥在线生产时间和50 h的下线再生时间。

该设备有以下主要管口，顶部的N1是再生气进口和干燥后的产品气出口，底部的N3是再生气出口和待干燥的产品气进口。正常操作时，气体流向是从下向上，再生时是从上到下。

1.3 设备布置介绍

干燥器区域设备布置图见图3。

图3 干燥器区域设备布置图

两台气体干燥器间距为9 m，两液体干燥器间距3 m。气体干燥器北边、东边是界区，南边是管廊，中间设有一个两层框架，用来布置调节阀组。框架长15 m，宽8 m，北边设有楼梯间。干燥器上部设有联合平台，并与框架连接，方便操作检修。

本文主要讨论气体干燥器的管道布置。除需要满足基本工艺要求外，还有以下难点：首先，管道直径较大，且要求布置在地面，而地面空间又非常有限；并且，因为再生气和产品气流向相反，容易产生震动，应力计算难通过，因此，本项目的气体干燥器的主要管线具有典型性，值得探讨。

2 气相分子筛的主要管线布置

2.1 产品气进口管线和再生气出口管线

2.1.1 管道基本介绍

根据工艺管道仪表流程图PID要求，干燥器填料层下方的28''的产品气管线和12''的再生气管线需通过不同的阀门的开关切换，这两条管线共用同一个管口。管道等级为150 CL，材料为碳钢。管口附近有温度计和压力表接口。两条管线上均有一个切断阀和一个手阀，阀门之间有一个导淋。

2.1.2 方案介绍

方案一：

将这两条管线布置在界区和干燥器之间，即干燥器东边。干燥器北边和南边用作更换填料时的检修空间。管道布置见图4。

图4 方案一管道模型截图

从管口开始，在立管上直接接出12''再生气分支，两根管线接完阀门后均上翻，AB套管线汇合后去管廊。该方案的优点：AB套阀门之间能留出宽约1.5 m的通道，方便通行，且切断阀周围有足够的检修空间。但该方案存在以下问题：

（1）干燥器的吊装空间不够，南边的干燥器虽然距离管廊还有一定距离，但仍然不满足要求。干燥器东边的整个区域用来检修，布置需要调整。

（2）管口到切断阀的距离过长，如果有积液，无法排除，因此，要求切断阀尽可能的靠近管口。

（3）产品气管线在高处分开后向下，立管上安装阀门的位置也会在阀门关闭后产生积液。积液过多会在启动时将大量液体带入干燥器，损害干燥剂。

修改后的方案二：

管道布置见图5。

图5 方案二管道模型截图

（1）首先将管线镜像到干燥器西边。为了保证检修通道要求，适当加大了干燥器和框架之间的距离。

（2）产品气管线和再生气管线直接在地面三通处分叉，调节阀直接和三通和异径管连接，保证了最小的死端。同样，把再生管线上的手阀从立管挪到水平管，虽然增加了占地空间，但减少了积液量。

（3）产品气管线直接下到地面上接三通分叉，手阀和三通直连。这样的布置方法虽然牺牲了通道，但可以让死端最短，保证正常操作。

2.1.3 应力分析

因为两套干燥器一开一备，且再生状态下有两种工况。应力计算要求尽可能增加东西方向上的管道长度，通过修改管口方位，从270°分别顺时针和逆时针旋转60°。更改后的管道系统，经过管道应力计算，满足设计要求。

2.1.4 方案比较

分别从以下三个方面比较两个方案的优缺点：

（1）可操作性。

两个方案均可满足基本的800 mm检修通道要求。在此基础上，方案一在两干燥器中设置通道，方便通行，且XV阀有足够的检修空间，但吊装空间相对紧张；方案二留出了更大的吊装空间，但减少了通道，且XV阀三米左右的膜头在实际检修中可能不太方便。

（2）积液要求。

方案一在布置过程中没有考虑积液问题；方案二尽可能减少了死端，确保干燥器在离线状态时没有液体聚集。

（3）经济性。

因为方案二比方案一管道绕行较少，经济性更好。从管架角度来看，方案二比方案一多用了弹簧，但比方案一少了三个管墩，差别不大。总的来说，方案二更优。

综上对比，方案二在工艺、设备维护、经济安全性方面比方案一更具有优势，XV开关阀操作维护满足生产需要。

2.2 产品气出口管线和再生气进口管线

2.2.1 管道基本介绍

根据工艺管道仪表流程图PID要求，干燥器的24''的产品气管线、12''的再生气管线和一个6''的泄压管线通过不同的阀门进行开关切换，共用同一个管口，在干燥器填料层上方。管道等级为150 Lb，材料为碳钢。管口附近设有压力表接口。三条管线上均有一个切断阀和一个手阀，阀门之间有一个导淋。

2.2.2 方案介绍

方案一：

管道布置见图6和图7。

图6 方案一管道模型截图（1）

图7 方案一管道模型截图（2）

将24''的产品气出口管线作为主管，再生管线和泄压管线分别从主管接出，三组阀门均布置在框架下，AB套镜像。其中，再生管线和泄压管线背靠背布置，可以在保证检修空间的同时，尽量减少占地面积。对称布置，管道整齐美观。支管都从主管上部接出，防止积液。AB套支管接完阀门后均上翻汇合，在阀门中间留出东西向的通道。AB套产品气管线直接在地面上用三通汇合之后上翻，因为其上要接四根开车管线，用于开车阶段的吹扫，且四根管线上均设有拆卸短节。该方案中，把拆卸短节布置在一层楼面靠边处，和管廊靠近。

该方案存在以下两个问题：

（1）当产品气管线上的切断阀关闭时，因死端过长，干燥后的产品气会有积液。在下次阀门开启时，大量液体会影响后续操作。

（2）开车管线上的拆卸短节布置在框架上，参差不齐，操作不便，需集中布置。

重新布置之后，满足了液袋和检修要求，即方案二，见图8和图9。

图8 方案二管道模型截图（1）

图9 方案二管道模型截图（2）

（1）将产品气出口管线和再生器进口管线直接在地面三通处分叉，调节阀直接和三通和异径管连接，保证了最小的死端。把再生管线上的手阀从立管挪到水平管，虽然增加了占地空间，但减少了积液量。泄压管线也改为了从产品气出口管线的阀前立管上引出，以尽可能减少死端。

（2）干燥器A，B的产品气出口管线在地面汇合后直接水平引出，按照PID要求接出带有拆卸法兰的开车管线。该方案中，拆卸短节统一布置在地面，整齐划一方便操作，在出框架处统一设置支架，在框架上设支撑梁，以减少地面高管架。

2.2.3 方案比较

分别从以下三个方面比较两个方案的优缺点：

（1）可操作性。

两个方案均可满足基本的800 mm检修通道要求。在此基础上，方案一在两干燥器中设置通道，且阀组成排对称布置，方便检修；方案二牺牲了对称性，把开车管线的拆卸短节统一布置在地面，方便操作。

（2）积液要求。

方案一在布置过程中没有考虑积液问题；方案二尽可能地减少了死端，确保干燥器在离线状态时没有液体聚集。

（3）经济性。

因为方案二比方案一管道绕行较少，经济性更好。从管架角度来看，两个方案所用弹簧数量相同，方案二比方案一少了四个管墩，且少了一个高管架。总的来说，方案二更优。

综上可知，两种方案各有优劣，但从可操作性、经济安全性等方面来看，方案二比方案一好。

3 结语

分子筛干燥器设备的配管设计在化工装置中涉及很多内容，需要注意的也很多，因此，设计人员应该综合考虑多方面因素。尤其对于大流量干燥器，既要遵循设计原则、满足工艺要求及操作便利性，又要灵活掌握、具体问题具体分析。根据不同的介质特性和运行工况，必要时多与工艺及管道应力专业协商，对管系进行整体考虑，设计出安全、经济合理、美观的最佳方案，确保装置正常、长周期运转。