低溫甲醇洗設(shè)備及管道布置設(shè)計(jì)
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摘要：介紹了低溫甲醇洗工序的各類設(shè)備布置和管道布置設(shè)計(jì)的要點(diǎn)。通過(guò)對(duì)設(shè)備布置和管道布置的設(shè)計(jì)優(yōu)化，有利于完善設(shè)備布置和管道布置的設(shè)計(jì)，滿足工藝過(guò)程、操作、檢修和節(jié)約成本的要求。
關(guān)鍵詞：低溫甲醇洗；設(shè)備布置；管道布置；優(yōu)化設(shè)計(jì)
低溫甲醇洗是煤化工凈化裝置變換工序后的工序，其對(duì)氣體凈化脫除CO2和H2S起著重要的作用，而低溫甲醇洗工序的設(shè)備布置設(shè)計(jì)和管道布置設(shè)計(jì)的好壞，直接影響裝置運(yùn)行、裝置的投資成本，因此做好其設(shè)備布置和管道布置的設(shè)計(jì)工作，對(duì)甲醇洗裝置乃至整個(gè)項(xiàng)目起著至關(guān)重要的作用。
1低溫甲醇洗設(shè)備布置設(shè)計(jì)
1.1設(shè)備布置的基本要求
[1-2]（1）滿足工藝流程的要求，按照流程順序和同類設(shè)備適當(dāng)集中相結(jié)合的方式布置。（2）布置緊湊，節(jié)省占地面積和管道投資。（3）滿足操作、維護(hù)、檢修、施工和消防的要求。（4）滿足安全生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)、工廠總體布置要求。（5）設(shè)備布置應(yīng)滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范如防火間距等要求。（6）設(shè)備平面布置、豎向布置，應(yīng)結(jié)合管道布置的要求確定。
1.2工序內(nèi)主要設(shè)備的布置要求
1.2.1動(dòng)設(shè)備類（1）泵類：低溫甲醇洗冷區(qū)流程的泵類設(shè)備按照工藝流程順序統(tǒng)一布置在裝置內(nèi)主管廊的下方。貧甲醇泵設(shè)備較大，一般露天布置在熱區(qū)貧甲醇罐附近，便于操作和檢修。若在寒區(qū)，需設(shè)置泵房，應(yīng)考慮泵房?jī)?nèi)設(shè)置吊車，便于設(shè)備檢修。熱區(qū)內(nèi)與甲醇水分離塔和熱再生塔相關(guān)的泵設(shè)備，滿足流程最短的要求，布置在熱區(qū)結(jié)構(gòu)框架的下方。（2）氫氣循環(huán)氣壓縮機(jī)：本工序的壓縮機(jī)一般布置在裝置的邊緣，布置時(shí)一定要考慮壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率，如果功率大于等于150kW,則壓縮機(jī)與其他甲類工藝設(shè)備的距離不得小于9m，以滿足防火間距的要求。
1.2.2塔類塔類設(shè)備布置需重點(diǎn)考慮：①?gòu)拇笮驮O(shè)備的吊裝考慮，塔類設(shè)備一般布置在裝置的外側(cè);②從塔內(nèi)件安裝考慮，布置在外側(cè)以方便吊裝、安裝塔內(nèi)件;③便于日常維護(hù)和檢修;④注意塔設(shè)備與框架或管廊的距離，保證離開塔的管道滿足管道支撐的要求。
1.2.3換熱器類[3]臥式換熱器的布置要考慮的因素：①換熱器的基礎(chǔ)高度，應(yīng)能滿足換熱器上、下管口配管空間的要求;②要考慮換熱器抽空空間的要求及換熱器封頭蓋的檢修要求;③換熱器的固定端位置需要考慮連接管道的柔性計(jì)算需要;④應(yīng)避免換熱器的中心線與結(jié)構(gòu)梁中心線重合，以確保換熱器配管上下穿管通暢。立式繞管式換熱器布置考慮的因素：①因繞管換熱器的高度較高，布置的位置應(yīng)考慮其吊裝檢修的要求，方便吊裝;②繞管換熱器下部應(yīng)能滿足管口配管的管道空間要求;③繞管換熱器上部配管需考慮其檢修、施工的操作框架，及其頂部管道的支撐要求。立式再沸器布置考慮的因素：①再沸器與精餾塔關(guān)聯(lián)，宜按照工藝流程順序靠近塔設(shè)備布置，通常安裝在獨(dú)立支架或框架上。做獨(dú)立支架時(shí)，需注意側(cè)面殼程管口的方位和標(biāo)高與結(jié)構(gòu)水平支撐梁、斜撐避開布置;②再沸器的支撐高度需滿足工藝要求，其上方應(yīng)留有足夠的檢修空間;③做獨(dú)立支架布置時(shí)，框架內(nèi)的凈空需保證再沸器保溫后的空間要求;④安裝高度應(yīng)保證其最低接管位置標(biāo)高與地面的凈空高度要求。
1.2.4槽罐容器類貧甲醇罐布置的基礎(chǔ)標(biāo)高，應(yīng)能滿足貧甲醇泵的汽蝕余量的要求，且保證其頂部入口和底部出口去貧甲醇泵的管線配管，與相關(guān)設(shè)備相對(duì)位置相適應(yīng)，考慮入口控制閥組的放置，做到流程順暢。
1.2.5熱再生塔系統(tǒng)設(shè)備布置高差要求從H2S餾分熱交換器至H2S餾分氨冷器，再到H2S氣體分離罐，要求設(shè)備布置步步低，需保證管線自流，并且需保證H2S氣體分離罐的布置標(biāo)高滿足工藝要求，使得H2S氣體分離罐底部的富甲醇管線的壓力滿足去H2S濃縮塔的要求。1.3總圖布置的相對(duì)位置考慮因素（1）變換工段的單元應(yīng)相鄰布置，保證上下游管道的交接順利。（2）如果低溫甲醇洗內(nèi)設(shè)CO2放空筒，應(yīng)保證其與空分裝置的空氣吸入口的位置合理，不會(huì)對(duì)空分裝置產(chǎn)生影響。
2低溫甲醇洗管道布置設(shè)計(jì)
2.1兩相流管道的設(shè)計(jì)
（1）設(shè)計(jì)時(shí)盡量減少?gòu)濐^，縮短管長(zhǎng)，降低阻力降。（2）氣液兩相流盡量減少水平管段的長(zhǎng)度，以避免管道振動(dòng)。做管架時(shí)應(yīng)注意加固。（3）從含硫甲醇閃蒸罐或閃蒸塔、無(wú)硫甲醇閃蒸罐或閃蒸塔去H2S濃縮塔的管線，減壓控制閥組盡量靠近H2S濃縮塔，減少控制閥組后的水平管段，附塔部分的管線適當(dāng)縮徑，減小管線因流型不當(dāng)引起的振動(dòng)。
2.2有阻力降要求的工藝管路系統(tǒng)
洗滌塔的段間冷卻器進(jìn)出口管線系統(tǒng)的阻力降需滿足工藝要求。從洗滌塔上段和中段升氣筒集液箱采出的工藝物料去段間冷卻器冷卻后，再返回塔的整個(gè)管路系統(tǒng)（包括段間冷卻器）的阻力降要小于塔內(nèi)升氣筒集液箱液體采出處與返塔處的壓差。主要從兩個(gè)方面控制壓差，滿足工藝要求：一是保證集液箱內(nèi)的正常操作液體有足夠的靜壓差；二是保證管線系統(tǒng)的配管彎頭盡量少，管線長(zhǎng)度盡量短，段間冷卻器的壓力降盡量小。
2.3低溫管道的設(shè)計(jì)要求
[1]（1）低溫介質(zhì)管道的布置在滿足柔性下應(yīng)使管道短，彎頭數(shù)量少，且應(yīng)減少液袋。（2）低溫介質(zhì)管道應(yīng)利用管道自然形狀達(dá)到自然補(bǔ)償。（3）低溫介質(zhì)管道間距應(yīng)根據(jù)保冷后法蘭、閥門、測(cè)量元件的厚度以及管道的側(cè)向位移確定。（4）低溫介質(zhì)管道上的法蘭不宜與彎頭或三通直接焊接。
2.4塔類設(shè)備附塔管線及管口布置與平臺(tái)的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)
對(duì)于低溫甲醇洗工序中洗滌塔、H2S濃縮塔等，爬塔管線比較多，怎樣布置好附塔管道，方便操作維修，又能與平臺(tái)設(shè)置協(xié)調(diào)布置，主要考慮：（1）根據(jù)工藝和內(nèi)件的要求，布置好管口的方位和塔盤的方位。含有甲醇的進(jìn)料管:由于含有氣體的甲醇為氣液兩相流動(dòng)流體,其開設(shè)方位受塔內(nèi)塔盤的降液板位置限制最嚴(yán)格,必須開設(shè)在上下兩塊塔盤的非降液區(qū)域，有效利用相應(yīng)的塔盤,提高塔盤效率。（2）人孔:開設(shè)在沒(méi)有降液板的方位，應(yīng)朝向檢修側(cè)，并設(shè)有平臺(tái)。操作既方便又美觀。（3）液位計(jì)口:液位計(jì)及液位調(diào)節(jié)器的接口應(yīng)開設(shè)在能從平臺(tái)或梯子上容易觀測(cè)和檢修的位置，不應(yīng)開設(shè)在降液區(qū),以免受流入液體的影響而計(jì)量不準(zhǔn)。（4）塔上管線的垂直布置:為了減少支撐,若無(wú)特殊要求,管線離開管口后一般應(yīng)立即向下,并沿著與塔平行的方向盡可能集中布置,以利于統(tǒng)一支撐。（5）兼顧考慮管口法蘭的安裝、拆卸、維修方便。管口的標(biāo)高越高，其附塔管線宜居中布置，在滿足工藝和內(nèi)件管口方位要求的前提下，宜按照各管口標(biāo)高的順序，由居中布置向兩側(cè)布置附塔管道，形成“金字塔”式的管口分布。這樣平臺(tái)設(shè)置時(shí)，能夠確保多數(shù)管口在平臺(tái)上順利安裝、拆卸和檢修。
2.5其他配管設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)
（1）原料氣管道進(jìn)裝置的配管要考慮噴入甲醇位置至繞管冷卻器的距離要求。（2）甲醇洗裝置多數(shù)不銹鋼管道，其支撐管道為碳鋼管道時(shí)，如果與主管焊接時(shí)，應(yīng)考慮支撐管道有一段與主管材質(zhì)一致的管道，以免異種鋼之間焊接對(duì)主管造成影響。（3）所有低溫管道要求選用保冷用的管架。（4）由于甲醇洗爬塔的管道較多，故這些爬塔管口的方位要注意間距，保證保溫、保冷和管架安裝（特別是彈簧支吊架的安裝間距）的間距。附塔管線的管架、平臺(tái)預(yù)焊件注意錯(cuò)開布置，以免預(yù)焊件互相碰撞。（5）溫度計(jì)管嘴開設(shè)在液相區(qū)，要求溫度計(jì)套管與塔板內(nèi)液體接觸，而壓力計(jì)管嘴開設(shè)在塔板下的汽相區(qū)。（6）對(duì)于大的控制閥，配管時(shí)應(yīng)注意儀表返回的控制閥膜頭的型式、平面四個(gè)方向所占的空間，管道設(shè)計(jì)應(yīng)滿足其空間要求。
3設(shè)備布置和管道布置的優(yōu)化設(shè)計(jì)
3.1常規(guī)布置
常規(guī)低溫甲醇洗的設(shè)備布置，一般會(huì)按照冷區(qū)域的設(shè)備布置在管廊的一邊，即吸收區(qū)與解吸區(qū)同側(cè)布置，熱區(qū)域在管廊的另一邊,也有的是冷區(qū)和熱區(qū)在同一側(cè)沿著管廊單邊布置，當(dāng)然這兩種方案都是按照工藝流程順序布置，也考慮了操作檢修，但是忽視了一點(diǎn)，即甲醇洗工序作為一個(gè)冷區(qū)工藝設(shè)備和工藝流程居多的工序，其冷區(qū)設(shè)備之間連接的管道均為低溫使用的不銹鋼管道，而熱區(qū)設(shè)備多為碳鋼管道，按照上述布置方案雖然能夠滿足流程要求，但其冷區(qū)的設(shè)備之間的管道在裝置布置的長(zhǎng)度方向很長(zhǎng)，設(shè)備布置上吸收區(qū)與解吸區(qū)間有多個(gè)換熱器布置，其連接的管道較長(zhǎng)，并且需要通過(guò)管廊沿線敷設(shè)連接，一方面導(dǎo)致不銹鋼管道的投資增加，另一方面管廊寬度和荷載也因眾多設(shè)備連接的管道空間占位而增加結(jié)構(gòu)投資。
3.2優(yōu)化方案
因?yàn)槔鋮^(qū)的設(shè)備布置流程長(zhǎng)，可采用將冷區(qū)分成兩部分，分別布置在管廊的兩側(cè)，吸收區(qū)及其緊密相關(guān)的設(shè)備布置在管廊一側(cè)，解吸區(qū)及相關(guān)換熱器框架布置在管廊的另一側(cè)，冷區(qū)吸收區(qū)與解吸區(qū)之間的管道連接，只需要跨過(guò)管廊連接兩側(cè)的設(shè)備即可，減少了低溫不銹鋼管道設(shè)計(jì)的長(zhǎng)度。具體方案：吸收塔及塔間繞管深冷設(shè)備布置在一側(cè)，CO2產(chǎn)品塔、H2S濃縮塔、閃蒸塔、氣提塔等設(shè)備布置在吸收塔區(qū)域的對(duì)面，中間為管廊區(qū)域，熱區(qū)框架及相關(guān)設(shè)備占地面積相對(duì)小，可與吸收塔區(qū)域設(shè)備在管廊的同一側(cè)布置。
3.3應(yīng)用實(shí)例效果
某項(xiàng)目通過(guò)上述設(shè)備布置的優(yōu)化調(diào)整及熱區(qū)設(shè)備布置的優(yōu)化，將低溫甲醇洗工序的設(shè)備布置以設(shè)計(jì)模塊化的觀念，使得低溫甲醇洗裝置布置在滿足工藝流程和操作方便的基礎(chǔ)上更加緊湊、美觀，同時(shí)加強(qiáng)了各個(gè)框架的聯(lián)系，既節(jié)省了投資，又增加了操作檢修的便捷性。通過(guò)同等規(guī)模的項(xiàng)目應(yīng)用實(shí)例對(duì)比，節(jié)省裝置占地面積約1900m2，節(jié)省不銹鋼管道約165t，總計(jì)節(jié)省投資約690萬(wàn)元。
4結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)掌握低溫甲醇洗工序各類設(shè)備的設(shè)備布置設(shè)計(jì)和管道布置設(shè)計(jì)，有利于做好布置管道的工程設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)工藝流程的分析，對(duì)設(shè)備布置和管道布置進(jìn)行優(yōu)化，能夠減少占地，減少管道配管長(zhǎng)度，總體上降低了裝置的投資。
參考文獻(xiàn)
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[3]袁建軍，陳立著，馮德林.低溫甲醇洗工藝中換熱設(shè)備的布置與配管[J].化肥設(shè)計(jì)，2016,20（1）:4.
作者：路俊峰 單位：東華工程科技股份有限公司
