摘要：随着科技技术和社会经济的不断进步，化学工业的发展也取得了前所未有的成绩。相比于常压蒸馏工艺，减压蒸馏既可以降低对水蒸气成分的影响、发挥介质作用，又可以减少热敏物质聚合与分解的危险、改善平衡关系，值得在工厂广泛应用。本文结合了常减压蒸馏装置中减压系统的特点，研究了设计减压塔顶油气管道、抽真空系统管道以及减压炉出口转油线管道的关键点。
关键词：常减压蒸馏装置；减压系统；管道设计
引言
减压系统是常减压蒸馏装置的核心，该系统以减压塔为主，一旦设计不到位，就会对整个装置的安全和日常生产造成负面影响，甚至会降低全厂的经济收益。因此，研究和分析常减压蒸馏装置中减压系统配管设计应当注意的问题，并采取正确的配管设计思路具有至关重要的意义。
1.减压塔顶油气管道的设计
1.1计算管道壁厚
减压塔顶油气管道正常工作的必要条件之一就是真空环境。该部分管道的直径较大，其壁厚应当按照外压圆筒的方式进行计算，公式如下：
S=D(3P/2.2E)1/3+C
公式中的S和D分别代表管道的计算壁厚与管道的测量直径，单位均为毫米；P和E分别代表设计压力与在设计温度条件下，管道材料的弹性模量，单位均为兆帕；C代表管道壁厚附加余量，包括螺纹深度、壁厚负偏差以及腐蚀余量，单位也为毫米。该计算公式有前提条件，即操作温度下材料的屈服极限应当大于圆筒壁内所产生的临界应力。圆筒壁内所产生的临界应力可以用公式表述：
σer=Per·D/2S0
公式中的σer代表临界应力，其余与前公式相同。由于在制造安装过程中圆筒会产生不圆凹陷，故应当降低圆筒壁内所产生的临界应力、限制圆筒同一断面上最小直径与最大直径之差小于25毫米，并满足条件：
e≤0.005Dg
公式中的Dg代表圆筒的公称直径。
1.2布置管道
减压塔顶油气管道在进行布置设计时，应当严格按照以下四项原则。其一，减压塔顶油气管道通常在靠近冷凝器的一面布置以避免存液、减少压降，且进入冷凝器前应尽量缩短长度。其二，在两级冷凝过程中，减压塔塔顶管道应使冷凝液按级自流，布置冷凝器入口支管及油气总管时应对称。其三，当减压塔顶油气管道在负压状态下工作时，管道不可采用法兰连接，而应直接焊接到减压塔体开口处。其四，为了防止管道振动、降低减压塔顶油气管道在减压塔管口产生的应力，应当在接近减压塔管口的地方设置称重支架，若管道质量过高。可以视具体情况增设弹簧承重支架。
2.抽真空系统管道的设计
2.1布置抽空设备
抽真空系统管道的减顶油气冷凝器只有在真空的环境下方可进行。因此，为了顺利排出冷凝水，排出管内的水柱高度应当能够克服管内的流动阻力以及冷凝器内残压与大气压力之间的压差。一般来说，排液管的高度不得小于10米，并且在减压框架的最上层设置一级抽空冷凝器、二级抽空冷凝器以及减顶油气换热器，其高度也不得小于13米；在减压框架的最下层设置减顶油水分水罐，减顶油水分水罐应尽量处于一级抽空冷凝器、二级抽空冷凝器以及减顶油气换热器的正下方。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
2.2布置蒸汽抽空器管道
抽走减压塔内漏入的空气、裂解气等不凝气是抽真空系统的主要功能，该功能可以保障减压塔顶的真空度达到标准。蒸汽抽空器的两条管道（不凝气入口及出口）通常情况下都应当设计的短、直，如果有拐弯需要，最大可以采用45°的弯头，不可使用呈直角的弯头，因为直角弯头会增加管道的阻力和出口管道的振动频率。此外，不可采用直角弯头的还有减顶油气冷凝器排液管，该管到达减顶油水分水罐的方式应当由一级抽空冷凝器、二级抽空冷凝器以及减顶油气换热器直接垂直进入。
3.减压炉出口转油线管道的设计
3.1转油线管道布置的基本原则
由于减压系统具有特殊性，故在布置转油线管道时，为了将管系的温降与压降减至最少，还应当遵循下列四项原则。其一，减压转油线高速段的应当尽量避免弯道，如果无法避免弯道，则弯道处应采用3～6DN大曲率半径的弯管。其二，减压转油线主管段路径应当尽可能短，如果主管道越长，则表明管道的热膨胀量越大，介质流动的压降也越大，但与此同时，为了保证有充足的时间能让主管段中液体和气体进行初步分离，主管段又不能无限制地短，缩短低速管段需要在规范防火的标准范围内。其三，对称布置低速段时，主管段与低速段相连处应采用Y型三通结构形式，避免采用主管段末端对称开孔与低速段焊接连接，以防止涡流的产生。其四，当减压炉出口被分为四路时，高速段与低速段应当采用二合一或四合二布置，而当减压炉出口被分为二路时，高速段与低速段应当采用二合一布置。
3.2转油线管道的防腐措施
原油中的环烷酸和硫化物等腐蚀介质容易造成减压转油线的腐蚀，换句话说，减压转油线的腐蚀与原油的操作条件及其性质有着密不可分的关系。因此，在进行减压转油线的选材时，应当着重分析原油的操作条件、性质，一方面，达到安全生产的要求，另一方面，符合经济合理的需要。应对环烷酸腐蚀的方式可以是：当酸值小于0.5mgKOH/g时，减压转油线可选用碳钢；当酸值在0.5mgKOH/g与1mgKOH/g之间时，可选用18-8钢，若考虑经济因素，可选用316L加上碳钢或18-8复合钢管；而当酸值大于1mgKOH/g时，可选用316L复合钢材。应对高温硫腐蚀的方式可以是：当加工酸值和硫含量较高的原油时，减压转油线通常可选用1Cr18Ni9Ti或1Cr18Ni钢材；当加工酸值和硫含量较低的原油时，可选用低铬钼钢或碳钢。
除了要做到选材上的科学合理外，为了延长转油线的使用寿命、保障转油线的安全运行，转油线管道的防腐措施还可以从管道设计入手。其一，为了降低环烷酸及高温硫的腐蚀影响，设计转油线时应避免弯头，减少弯头处的腐蚀，尤其对于1Cr5Mo材质，该材质抗冲刷腐蚀较差，当低速段或高速段流速较高时，三通、弯头等处应考虑耐冲刷腐蚀较强的高等级材质。其二，为了避免混相物流直接冲刷管壁，在高速段与低速段交接处应当设置防冲挡板以减小腐蚀。
3.3转油线管道的结构设计要求
转油线管道的主管段结构设计需要符合以下几点。其一，减压转油线主管段应为水平直通型，并呈沿减压塔中心线入口方式，主管段的长度应设在15米左右。其二，管道内径在600米以上的主管段尾端应设有人孔。其三，主管段上应设置仪表管嘴与弹簧支座，在需要检修或操作的地方应设置平台梯子，平台梯子的设置要充分考虑主管段的垂直位移与水平膨胀。与此同时，转油线管道的分支段结构设计也需要符合几点内容。其一，过渡段与分支段应选用3DN至6DN曲率半径弯管。其二，加热炉出口嘴在加热炉一侧平行布置时，过渡段应空间45°或水平45°插入主管段侧面。
4.结语
综上所述，在常减压蒸馏装置里，不同的工况以及不同的装置都会对管道起到不同的作用，也就是说，管道布置工作需要按照不同的功能需要有针对性的进行。为了保障常减压蒸馏装置能够长期安全、稳定运行，相关设计人员应当不断将设计方案进行优化，摒弃方案中不可行的部分，并对设计结果进行讨论小结，让常减压蒸馏装置更加科学、高效，更能为广大人民群众带来便利。
参考文献：
[1]冯永超. 常减压蒸馏装置减压系统管道设计[J]. 化工设计, 2009,05:22-25+43+1.
[2]郭绍水. 常减压蒸馏装置抽真空系统改造[J]. 齐鲁石油化工,2010,04:302-305.
[3]王桂华. 大型常减压蒸馏装置的减压转油线设计[J]. 炼油技术与工程,2009,05:47-50.
[4]都基环,宫雪. 常减压蒸馏装置转油线管道设计[J]. 化学工业与工程技术,2010,01:58-60.
[5]邱百昌,董晓敏,宋长清. 常减压蒸馏装置的减压转油线设计[J]. 石油化工设计,2011,04:1-3+35.
论文作者:陆珺
论文发表刊物:《基层建设》2016年18期
论文发表时间:2016/11/22
标签：管道论文; 冷凝器论文; 油气论文; 装置论文; 塔顶论文; 圆筒论文; 弯头论文; 《基层建设》2016年18期论文;