论文部分内容阅读
【摘 要】催化裂化装置中外取热器上升管与下降管的设计是催化裂化装置设计中的难点。本文从管道选材，设备布置，管道规划，应力分析，支架设置等方面详细论述了外取热上升管与下降管的管道设计。
【关键词】催化裂化；外取热器；升管与下降管；管道设计
由于催化裂化装置为放热反应，在催化剂的再生，烧焦过程中释放出的热量远大于系统所需要的热量，为了维持系统的热平衡，过剩的热量需通过外取热器转移出去（亦可使用内取热，此处不详述）。再生催化剂从密相段引出，进入外取热器，加热给水，使水汽化后将热量带出，催化剂冷却后再回到再生器。给水汽化后汽水混合物经上升管进入中压汽水分离器，汽水分离后，中压饱和蒸汽进入系统，给水经返回管返回外取热器重新加热进入下一循环。
1.外取热器与中压汽水分离器的平面布置
按照要想取得理想的换热效果，外取热器应尽量靠近两器（沉降器和再生器）布置。以扬子石化有限公司200万吨/年催化裂化装置为例，两器中心线到外取热器中心线距离为9.6米，而中压汽水分离器布置在外取热器外侧，两者中心线距离大约为11.5米。（见附图一）。
附图一
另一种典型布置方式为三角形布置。如高桥石化分公司上海炼油厂3#催化（140万吨/年）改造项目，两器中心线外取热器中心线距离为9.5米，器壁间净距为3.3米。中压汽水分离器布置在外取热器左侧，设备间距离为12.2米。（见附图二）。
附图二
外取热器与中压汽水分离器间距以12米左右为最佳，不宜太远或太近。太远浪费占地与材料，且给管道支撑带来困难；太近则不利于管道热补偿。中压汽水分离器应优先考虑与外取热器对中布置（即外取热器中心线到中压汽水分离器左右鞍座等距），以利于汽水管线的布置。但在具体设计中受客观条件限制，有时不宜做到。扬子与高桥项目均是如此。
受推动力的影响外取热器管嘴与中压汽水分离器高度差应大于10米，一般在14-15米。外取热器与中压汽水分离器的水平距离与垂直距离之比也充分考虑到了管线的热补偿。
2.管道的壁厚与材料选用
外取热器上升管与下降管的操作条件为255℃，4.22MPa。
管子表号=P/[σ]X10
管子表号=422X10.2/8.5X10=50.64，因此管子表号取sch60。
P——管内介质操作压力，公斤/平方厘米。
[σ]——管子材料在操作温度下的许用应力。
以目前典型的上升管为DN200，下降管为DN150为例，管道壁厚分别为10mm和9.5mm。
根据《压力管道监察规程》当压力超过4.0MPa时，管道材质选用20G。
3.上升管与下降管的管道设计与热补偿
外取热器上升管与下降管的布置特点是管道数量大且密集。以扬子石化200万吨/年催化裂化装置为例，外取热器为立式设备，直径3.3米。34根上升管（管径DN200）和34根下降管（管径DN150）均从顶部封头上抽出。中压汽水分离器的上升管和下降管管嘴均为14，管径分别为DN250和DN200。管道从外取热器抽出后按不同标高分为4排，每排之间高差为3米。最下面一排和第三排为上升管，第二排和最上面一排为下降管；每排均为17根管线。四排管道分别在外取热构架梁和中压汽水分离器构架梁进入支撑后进入中压汽水分离器构架。管道向上至中压汽水分离器下层平台（距放置中压汽水分离器的平台约5米）后安装切断阀，在此平台支撑后“两两合一”接入中压汽水分离器。参见附图三，附图四。
附图三
附图四
各上升管与下降管在外取热器与中压汽水分离器之间管道长度应尽量做到相等，以期获得良好的汽水分离效果。但在实际应用中很难做到，可以通过调整个别管道以保证大多数管道长度相等或相近。同时为减轻中压汽水分离器的压力，上升管的水平管道应有不小于4度的坡度，坡向外取热器，以使上升管中的水能够自然流向外取热器。
4.管道热补偿和支吊架设计
附图五
由于外取热器上升管与下降管的温度与压力较高（250℃，4.5MPa左右）。在进行管道设计时应充分考虑管道的热补偿。以高桥石化分公司上海炼油厂3#催化（140万吨/年）改造项目外取热器下层下降管为例（见附图五），两器基础标高为8.5米，两器及外取热器均有衬里，壁温大约为175℃，热胀量为2毫米/米；下降管和中压汽水分离器温度250℃，热胀量为3毫米/米。管系中A点的热胀量为向上32毫米。E点的热胀量为向下58毫米。管系垂直长度为18米而水平长度为12.5米，足以满足管系的自然补偿。计算机应力分析的结果也证明了这一点。设计中在B，C，D，F，G点设置了支架。由于这五个点均有热位移（其中）所以都选择了弹簧支架。上升管与下降管众多的数量（个34根）造成了弹簧数量的众多。高桥石化分公司上海炼油厂3#催化（140万吨/年）改造项目共使用了384个弹簧。因此在设计中可将热位移量和荷载相近的选用同一型号弹簧，以尽量减少弹簧规格，给采购和施工带来方便。同时在设计中应将弹簧集中布置，即将弹簧成排布置在同一根梁上以便于施工和检修。 [科]
【关键词】催化裂化；外取热器；升管与下降管；管道设计
由于催化裂化装置为放热反应，在催化剂的再生，烧焦过程中释放出的热量远大于系统所需要的热量，为了维持系统的热平衡，过剩的热量需通过外取热器转移出去（亦可使用内取热，此处不详述）。再生催化剂从密相段引出，进入外取热器，加热给水，使水汽化后将热量带出，催化剂冷却后再回到再生器。给水汽化后汽水混合物经上升管进入中压汽水分离器，汽水分离后，中压饱和蒸汽进入系统，给水经返回管返回外取热器重新加热进入下一循环。
1.外取热器与中压汽水分离器的平面布置
按照要想取得理想的换热效果，外取热器应尽量靠近两器（沉降器和再生器）布置。以扬子石化有限公司200万吨/年催化裂化装置为例，两器中心线到外取热器中心线距离为9.6米，而中压汽水分离器布置在外取热器外侧，两者中心线距离大约为11.5米。（见附图一）。
附图一
另一种典型布置方式为三角形布置。如高桥石化分公司上海炼油厂3#催化（140万吨/年）改造项目，两器中心线外取热器中心线距离为9.5米，器壁间净距为3.3米。中压汽水分离器布置在外取热器左侧，设备间距离为12.2米。（见附图二）。
附图二
外取热器与中压汽水分离器间距以12米左右为最佳，不宜太远或太近。太远浪费占地与材料，且给管道支撑带来困难；太近则不利于管道热补偿。中压汽水分离器应优先考虑与外取热器对中布置（即外取热器中心线到中压汽水分离器左右鞍座等距），以利于汽水管线的布置。但在具体设计中受客观条件限制，有时不宜做到。扬子与高桥项目均是如此。
受推动力的影响外取热器管嘴与中压汽水分离器高度差应大于10米，一般在14-15米。外取热器与中压汽水分离器的水平距离与垂直距离之比也充分考虑到了管线的热补偿。
2.管道的壁厚与材料选用
外取热器上升管与下降管的操作条件为255℃，4.22MPa。
管子表号=P/[σ]X10
管子表号=422X10.2/8.5X10=50.64，因此管子表号取sch60。
P——管内介质操作压力，公斤/平方厘米。
[σ]——管子材料在操作温度下的许用应力。
以目前典型的上升管为DN200，下降管为DN150为例，管道壁厚分别为10mm和9.5mm。
根据《压力管道监察规程》当压力超过4.0MPa时，管道材质选用20G。
3.上升管与下降管的管道设计与热补偿
外取热器上升管与下降管的布置特点是管道数量大且密集。以扬子石化200万吨/年催化裂化装置为例，外取热器为立式设备，直径3.3米。34根上升管（管径DN200）和34根下降管（管径DN150）均从顶部封头上抽出。中压汽水分离器的上升管和下降管管嘴均为14，管径分别为DN250和DN200。管道从外取热器抽出后按不同标高分为4排，每排之间高差为3米。最下面一排和第三排为上升管，第二排和最上面一排为下降管；每排均为17根管线。四排管道分别在外取热构架梁和中压汽水分离器构架梁进入支撑后进入中压汽水分离器构架。管道向上至中压汽水分离器下层平台（距放置中压汽水分离器的平台约5米）后安装切断阀，在此平台支撑后“两两合一”接入中压汽水分离器。参见附图三，附图四。
附图三
附图四
各上升管与下降管在外取热器与中压汽水分离器之间管道长度应尽量做到相等，以期获得良好的汽水分离效果。但在实际应用中很难做到，可以通过调整个别管道以保证大多数管道长度相等或相近。同时为减轻中压汽水分离器的压力，上升管的水平管道应有不小于4度的坡度，坡向外取热器，以使上升管中的水能够自然流向外取热器。
4.管道热补偿和支吊架设计
附图五
由于外取热器上升管与下降管的温度与压力较高（250℃，4.5MPa左右）。在进行管道设计时应充分考虑管道的热补偿。以高桥石化分公司上海炼油厂3#催化（140万吨/年）改造项目外取热器下层下降管为例（见附图五），两器基础标高为8.5米，两器及外取热器均有衬里，壁温大约为175℃，热胀量为2毫米/米；下降管和中压汽水分离器温度250℃，热胀量为3毫米/米。管系中A点的热胀量为向上32毫米。E点的热胀量为向下58毫米。管系垂直长度为18米而水平长度为12.5米，足以满足管系的自然补偿。计算机应力分析的结果也证明了这一点。设计中在B，C，D，F，G点设置了支架。由于这五个点均有热位移（其中）所以都选择了弹簧支架。上升管与下降管众多的数量（个34根）造成了弹簧数量的众多。高桥石化分公司上海炼油厂3#催化（140万吨/年）改造项目共使用了384个弹簧。因此在设计中可将热位移量和荷载相近的选用同一型号弹簧，以尽量减少弹簧规格，给采购和施工带来方便。同时在设计中应将弹簧集中布置，即将弹簧成排布置在同一根梁上以便于施工和检修。 [科]