加氢反应器的管道设计要点

姜强,凌胡杨

摘要：加氢是我国重油深加工、提质和精制的主要技术，因此各种加氢装置(如汽油加氢、柴油加氢、渣油加氢、加氢裂化、加氢精制等)。已经成为炼油厂的重要组成部分。加氢反应器是加氢装置的核心设备，具有高温、高压和临氢的特点。其管道设计的合理性对反应器的正常操作和维护、整个装置的安全生产以及投资的降低起着重要的作用。本文对设备的布置、框架和平台的布置、开孔的朝向和附属管道的布置进行了简要的论述。

关键词:加氢反应器；管道；设计要点

1反应器的平面布局

加氢反应器的布置不仅要考虑反应器本身的布置，还要考虑与装置内进料加热炉、产品换热器和管廊的协调。反应器的平面布置应满足工艺设计的要求。为了控制反应系统的压力降和温度降，进料加热炉和反应器通常彼此靠近布置。根据石油化工企业设计防火标准，加氢反应器和进料加热炉宜布置在装置边缘，并应位于可燃气体、液态烃和甲、乙、乙类设备全年最小频率风向的下风侧。加氢反应器和加热炉属于一个系统，对防火间距没有要求。规范中规定的间距不应小于4.5m。进料加热炉和反应器之间留有空间，用于通道和管道的布置和维护。本项目进料加热炉和反应器布置在管廊的同一侧，位于装置边缘的西南角。三个反应堆的中心线对齐排列成一个框架，南侧是维修区。

2急冷氢管道的配管注意事项

反应器急冷氢管线的流程通常如下:从混氢母线或支线引出，设置流量计和根部闸阀，闸阀后设置调节阀组控制催化剂床层温度。通常在床的同一高度设置3 ~ 4个热电偶或一个多点热电偶，取每个热电偶的平均值作为温度信号。调节阀和反应器之间设有Y形阀和止回阀。止回阀安装在反应器附近，以防止介质回流，Y形阀布置在止回阀的上游。影响急冷氢管线布置的因素包括喷嘴方位、阀门设置、材质等级划分等。注意事项如下:

2.1开口方向

急冷管与反应器内的急冷罐相连，维修和安装时需要抽出和插入(如有必要)。设计急冷口方位时，应考虑图纸空间，不宜正对反应器框架的立柱或撑条，并与相邻的插入式热电偶有一定角度(推荐值为90°)。

2.2管道等级的确定

靠近反应器的急冷氢管线温度较高，其它部位温度较低(~ 80℃)。因此，在确定急冷氢管道的压力等级时，应考虑既能满足高温要求，又不造成材料浪费。一般以Y型阀(或闸阀，以下以Y型阀为例)为界，在Y型阀与反应器之间设置止回阀，Y型阀的前部为碳钢，后部(包括Y型阀)为不锈钢，需要增加一对法兰来改变材质。

2.3调节阀组的安装

急冷管道上的止回阀应安装在靠近反应器急冷口的位置，以防止油气回流到氢气系统中。y形阀(或闸阀)应距急冷氢口≮3m(管长)，使碳钢侧温度接近急冷氢介质温度。急冷氢管线上的温度控制阀组一般布置在地面上。可变材质法兰和不锈钢阀门可安装在满足距离要求的平台上，或与调节阀组一起安装在地面上。前者容易节省投资，后者容易操作。建议将阀组布置在地面上。

2.4管道要求

急冷氢管线介质温度不高，但反应器喷嘴附近温度较高，反应器冷氢喷嘴会随着反应器的升温而升高。为了保证注氢嘴不泄漏，避免反应器拉管线，急冷氢管线的设计应充分考虑管线的柔性。虽然急冷氢管道的温度不高，但在管道设计中也要计算管道的应力，在适当的位置设置弹簧支吊架。

3反应器开口方向的设置

进料喷嘴应避开催化剂堆放维护区，面向管廊侧。进料管道可通过管廊进行π型弯曲自然补偿，增加管道的柔性。由于场地占地，框架尽量紧凑。为了不影响催化剂卸料和操作人员通行，出料口应远离卸料口和机架的斜梯侧，并便于配管。卸料口应朝向维修现场，以便于催化剂的卸料。氢气端口的开口方向应考虑维护和安装时需要抽出和插入的维护空间。应根据结构专业的设计考虑，不与框架柱、斜撑正对，同时不妨碍操作人员的正常通行。热电偶的方向应首先满足工艺和仪表专业的要求。本工程的热电偶都是三个一组，需要120°均匀分布，而且根据仪表专业选择的热电偶类型，如果热电偶不能弯曲，周围要有一个可以插拔热电偶的维修空间，所以决定了周围不能有框架柱、支架或其他管道。

4加氢进料泵管道布置

(1)泵基础高度的确定。给水泵为独立布置的大型泵，通常基础较高，泵基础高度通常由油站基础反泵的基础高度决定。为了满足泵的润滑油回油口能自动返回回油站的要求，厂家会在返回资料中注明泵基础与油站基础相对较高的差值。如果在设计中严格遵循泵与油站的相对位置，在油站基础高度确定后，就可以根据油站基础高度加上两者之间的高度差来确定泵的基础。一般情况下，油站基础的高度比框架地面高200mm。比如在平面布局上，为了使布局更合理(一般厂家资料中，油站基础和泵基础往往不齐平，但为了布局更美观，排水沟更合理，特意调整为齐平)，或者为了避免与框架基础碰撞，需要移动原泵基础和油站的相对位置时， 调整后的两个设备基础之间的高差应满足制造商规定的泵润滑油回油管路的倾斜度值。 通常厂家要求回油管道的坡度要大于0.05。泵基础确定后，可以根据厂家返回资料中要求的高位油罐基础与泵中心的相对高差来确定高位油罐的基础高度。

(2)泵入口管道的布置。在选定的设计工况下，加氢进料泵进出口管线的工艺。

在本次设计中，工艺包要求进料泵的入口和出口采用“等压”设计，即入口切断阀和后续管线按照泵出口压力设计。因此，入口管道的切断阀、过滤器和喷嘴法兰的选择应与出口压力等级一致。根据设计条件，泵进口管主要材质为20钢/A106B；进水阀和过滤器的直径选择为DN250；入口法兰、阀门和过滤器的压力等级选择Class2500。在满足泵的必要汽蚀余量的前提下，泵的进口管应尽可能短，弯头尽可能少。为了防止泵入口管道产生高点集气，管道要“一步一步”进入泵内，中间不能有上U形，以免形成气穴造成泵的“气蚀”。

(3)泵出口管道的设计。根据工艺条件，泵出口管线主材为A106B，阀门直径为DN200，管件和阀门压力等级为Class2500。由于泵的出口压力较高，出口管道的切断阀、止回阀和冷凝水排放阀应设置为双阀。由于泵出口管道温度高、压力大、壁厚大，在设计中应充分考虑管道的柔性。泵出口顶部管道的支架应选用弹簧支架，以吸收设备和管道向上的热膨胀。为了减少泵喷嘴的受力，出口阀组不宜布置在泵的两侧，一般布置在给水泵架后面的地面上或泵前面的管桥地面上。由于泵的出水管壁厚、阀门多、重量重，当管径较大时，管道负荷会阶段性增加数倍。因此，应充分考虑出水管支架的承载力，选择加强型承重支架(增加相关管件的管径和壁厚)，支架基础做成管墩，增加支架的稳定性和承载力。由于泄压角阀进出口压差变化较大，在运行中开启或关闭时会有较大的反作用力。因此，在角阀和出水管下应制作承重支架，出水管支架应做成防振管夹的形式，从角阀开始应有足够的直管段，以保证角阀出口处的流量稳定，并吸收角阀向上的热膨胀。因为角阀的出水管在高低压等级也需要更换，可以参考泵的进水管的处理方法，注意不同壁厚管道的连接。

结论

加氢是指石油馏分在氢气和催化剂的作用下发生化学反应的过程。加氢可分为加氢精制、加氢裂化、加氢脱蜡、加氢异构化等。反应器是加氢装置中非常重要的核心设备，操作条件苛刻，具有高温、高压、临氢的特点。为了控制反应器床层的温升和平衡催化剂床层之间的热量分布，有必要在催化剂床层之间注入急冷氢气。加氢反应器通常设有一个或多个急冷氢注入点，急冷氢通过管道注入反应器的急冷氢罐。急冷氢气管道的特点是温度不高，管道内介质为氢气，不易发现泄漏。

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