异丁烯装置冷箱配管设计初探.pdf

施工应用
异丁烯装置冷箱配管设计初探
邱玉琳(中石化洛阳工程有限公司,河南洛阳47003)
摘要:以山东玉皇异丁烯装置冷箱的配管设计为实例,综
阐述了低温管道的特点及其配管设计的难点与要点。冷箱
内部换热器及其管口由镁铝合金制成,管口许用应力及力矩较
小。因此冷箱配管设计要求管道有较好的柔性,并应通过详细
的应力分析,合理的设置支吊架。同时还应对易振动的两相流
管道进行有效的固定
?
关键词:冷箱;低温;材料;应力;配管设计
冷箱特性
山东玉皇化工异丁烯装置是一种将原料异丁烷在催化剂
作用下,通过脱氢反应制取异丁烯的新型化工装置。异丁烯装
甲
置内的丙烯制冷部分,设有丙烯压缩机,为装置内的低温分离
部分提供冷量。冷箱即是异丁烯装置低温分离部分的核心设
备,冷箱外形如图1所示。
1.第一冷分液罐2第二冷分液罐3.尾气加热器4.第一产
品气冷却器(冷箱F-2207)
5.第二产品气冷却器(冷箱F-2208)6.丙烯压缩机一级入
口罐7.丙烯压缩机二级入口罐
8.丙烯压缩机三级入口罐
图2.冷区平面布置图
与冷箱相连接的管道多为低温管道(设计温度为-29℃至
正面
左面
后面
右面
120℃),为减小投资,应将与冷箱相连接的低温设备集中布置,
图1.山东玉皇异丁烯装置冷箱外形图
尽量减少低温管道的总长度。冷区平面布置图如图2所示。低
近年来冷箱国产化程度越来越高,本文所述异丁烯装置中温设备集中布置一方面可以減少投資?另一方面也可以降低保
所用冷箱即为杭氧生产。该冷箱主要由外売和内部镁铝合金冷管线的保冷面积,减小冷量损失。除了满足上述要求外,根
制板翅式换热器两部分组成。板翅式换热器具有传热效率
据异丁烯装置冷箱设备自身的特点,配管设计中还应着重考虑
结构紧緊凑、重量轻等诸多优点,因此在国民经济的各个领域用以下几个方面。
途非常广泛。同时板翅式换热器也有明显缺陷,比如换热翅片2.1冷箱工艺管道特点
间流道很小,极易堵塞且清理维护困难。所以,流入冷箱的物
异丁烯装置冷箱的管口数量较多,且管口间距很小;此外
料必须是较为清洁的流体。除外壳外,冷箱内部构件均为镁铝冷箱相连的管道,管内工艺介质温度很低,所以这些低温管
合金制成,包括接口法兰。镁铝合金质地较软,冷箱管口所能道都具有较厚的保冷层,加上冷箱入口处的多个过滤器和冷箱
承受应力和力矩也远小于同径的钢制设备管日。了解冷箱除冰用的注防冻液线等公用工程管道,造成冷箱周制管道非常
特性,特别是冷箱主体材料及内部构造,是做好冷箱配管设计密集。在冷箱周围狭小的空间内合理的布置众多工艺管道和
的前提条件。
公用工程管道,并预留相应的操作和检修空间,是冷箱配管设
2冷箱布置要求
计的关键所在。冷箱是实现相关工艺介质冷量交换的设备,其
主要作用是给相关工艺介质提供冷量
GB502.35-2010《工业金属管道工程施工规范》和SH3501-
根据工艺包的描述,冷箱的布置应优先满足其与丙烯压缩
2011《石油化工有毒、可燃介质钢制管道工程施工及验收规范》机一级入口分液罐之间的热虹吸要求。流入冷箱内的工艺介
将设计温度低于-29℃的管道定义为低温管道。 ASME B313规质为液态饱和烃类,饱和液体烃类输送过程中在管阻压力降和
范中将-29℃作为管道设计的一个控制指标,并根据管道实际受热的双重作用下会迅速汽化,从而产生两相流。出现炳相流
低温工况和选用的材料及其壁厚等情况来确定是否应按低温动时,管道流量減小,阻力増大,如气化率高还可能在管道内产
工况来进行设计、制造、检验和验收2
生液击现象。炳相流管道内气相和液相的密度相差很大,这
17年08月化x#41
方方数据
施工应用
样的流体在管道内流动时易导致管道发生振动。因此冷箱配管道自身应力问题外,还应考虑冷箱内铝制接管线性膨胀对管
管设计在满足工艺要求条件下,应做好低温管线的保冷措施,口应カ的影响。在设置管道支架时应尽量避免因为支架设置
减少冷量损失;在满足管道柔性的前提下减少低温管道的管阻不当导致铝制管口法兰的变形。
压降,尽量避免低温管道出现袋型配管。
根据乙烯装置冷箱配管无应力配管施工的经验,通常冷箱
22低温管道及阀门的布置
无应力配管施工有两种方法。第一种是从冷箱管口开始安装
低温管道常用的材料是低温冲击韧性较好的低温碳钢,奥管道,管道向远处延伸,直至管道全部安装完成。在这管道安
氏体不锈钢等。低温管道材料价格较高,出于控制装置建设装方式下,冷箱管口安装所产生的应力难以得到有效控制,最
成本及节能环保的考虑,在满足管道柔性的基础上,应尽量減后阶段需要二次调校才能满足冷箱管口无应力配管要求,调校
少低温管道的长度。和普通阀门相比,低温管道所使用的阀门需要经过较为繁琐的应力计算且.需要较长的时间。第二种施
(止回阀除外)具有一些特殊结构。低温阀门阀柄较长,阀柄内工方法是首先从远离冷箱管口管道开始朝冷箱管口施工,然后
部有一段具有一定压力的气柱,这一气柱可避免阀体内的低温安装冷箱本体法兰口管段,最后一个焊口设置在距离冷箱管口
液体与外部水汽产生直接接触,能够较大幅度的减少低温液体较近处,通过最后一道焊缝施焊时管道应力的自调节实巩管口
与外部介质之间产生的热交换,进而造成的冷量损失。同时,无应力配管。这一施工方式可以避免管道应力的二次较调,避
也可以避免阀杆因为温度过低,水汽在阀杆处冷凝结冰,影响免了施的重复并且械少了人力成本。
正常操作。因此,为了保证阀门的正常操作及降低低温管道的
冷箱进出口管线多为两相流管线,两相流在管内的流动状
冷量损失,要求管道内部为液体的低温阅门阀体水平安装,阀态会随着介质流速、气液两相介质密度以及液相表面张力的变
柄竖直向上或最小45°向上。低温调节阀的模头尺寸较大,需化而变化。因为管道内输送的工艺介质气相和液相的密度差
要很大的检修空间。考虑到操作和检修等因素,低温管线的调别很大,所以这类管道很容易产生振动。为使低温分离部分的
节阀组水平布置较为合适,将切断阀、调节阀及旁通阀布置在设备和管道安全平稳的运行,应对此类两相流管道进行有效的
同一高度水平面。此外,带泄压孔的低温闸阀安装时应特别注固定。固定这类两相流管道的支架要求具有较大的刚度和
意泄压孔的方向。
强度。
冷箱内部的翅片式换热器流道窄、易堵塞,对流入的工ど3结语
介质清洁度有很高的要求。因此所有冷箱的入口管线都应设
山东玉皇异丁烯装置所用艺是从国外引进的全新工艺
置过滤器。冷箱结构紧凑,管嘴间距较小,应综合考虑操作、检国内没有可供参考的配管设计。本文结合异丁烯装置低温分
修以及管道柔性的要求成列设置过滤器,合理利用空间。为满离部分的特点并借鉴国内外乙烯装置冷箱配管设计的成熟经
足管道水压试验、吹扫及冷箱氮气封装等特殊要求,在冷箱进验,阐述了异丁烯装置冷箱配管设计的要点。异丁烯装置冷箱
出口处均应设置可拆御短节,以各在需要时设置跨线。冷箱人操作温度很低,因此配管设计时要充分考虑到低温管道的保
口管线还应设置注甲醇管线,如冷箱内部结冰造成翅片式换热冷、低温阀门的操作与检修、低温管道两相流等诸多因素,合理
器堵塞,可往入日处注入甲醇除冰
的布置低温管道。冷箱设备内部翅片式换热器及管口均由铝
2.3冷箱配管支架设置及应力要求
镁合金制成,因此管口许用受力和力矩都很小,配管