《催化裂化装置催化剂输送管道设计.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《催化裂化装置催化剂输送管道设计.pdf（3页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、文章编号:1006 - 4095(2006)01 - 0089 - 03 催化裂化装置催化剂输送管道设计 张晋峰 (中国石化洛阳石油化工工程公司,河南洛阳471003) 摘要:介绍了催化裂化装置催化剂输送管道设计原则、 设计参数和管系主要元件确定、 管道应力分析、 管道 支架设计等内容,并提出设计要点。 关键词:催化裂化装置;管道设计;参数选择 中图分类号:TE624. 4 文献标识码:A 催化裂化装置是将重油轻质化的主要装置之 一,颗粒状固体催化剂输送是实现重油催化裂化 的重要环节。目前,由于催化剂输送管道及其支 架设计不合理、 管道元件和切断阀选型不合适等 原因,部分催化剂输送常出现阻力大
2、、 管道振动等 现象,影响装置长周期安全运行。 1 设计原则 催化剂输送管道内为气、 固两相流动状态,为 降低流通阻力,保证催化剂的顺利输送,管道设计 时需遵循以下原则: (1)简化管系、 缩短管道长度。催化剂输送管 道的核心任务是顺利实现催化剂储罐之间、 再生 器和催化剂储罐之间的催化剂输送。满足工艺要 求的情况下,在催化剂输送管系中合理布置几个 如图1所示的三角形管线组可有效简化配管,减 少管道流通阻力。 图1 输送管道三角形管线组合示意图 (2)尽量减少管道变向,必须变向时,两相邻 弯头之间应当留有一定长度的直管段。 (3)管道分支避免使用正三通,使用如图1所 示的斜三通。 (4)采用对
3、焊管件,不用承插焊管件。 (5)减少管道中 阀 门个数。 (6)管道中适度设置工业风输送和松动点,管 道较长时设置接力输送风点。 (7)输送风管道与催化剂输送管道顺介质流 向45 连接,对双向流催化剂输送管道,输送风管 道设计应当满足催化剂双向输送需要。 (8)输送风及松动风管道上应当设置供切断 用的闸阀和供调节风量用的截止阀。 2 设计参数和管系主要元件确定 2. 1 设计参数 催化剂输送管道设计参数需根据工艺参数相 应确定,参数见表1。 表1 催化剂输送管道工艺和管道设计参数 项目工艺参数管道设计参数 冷催化剂 热(废)催化剂 冷催化剂 热(废)催化剂 压表压力/ MPa 0.700.70
4、0.880.88 温度/常温42040430 2. 2 管系主要元件确定 2. 2. 1 应用标准 同一管道系统中,管道、 阀门等所采用的标准 应属同一应用标准体系。催化裂化装置中催化剂 输送管道设计优先选用石油化工行业标准系列。 收稿日期:2005 - 06 - 10 作者简介:张晋峰,工程师,1972年生,1994年毕业于抚顺石 油学院化工设备与机械专业,现在洛阳石化工程公司配管室 从事管道设计工作。电话:0379 - 64887230 河 南 石 油 2006年1月 Henan Petroleum 第20卷 第1期 2. 2. 2 管道元件材质 管道元件材质的选择需要根据管道的设计温 度
5、,按石 油 化 工 管 道 设 计 器 材 选 用 通 则 (SH 3059)中有关管道材质使用温度要求确定。 热催化剂输送管道元件材质为两种:一种是 耐高温不锈钢,用于距再生器底部加卸剂嘴子10 m内催化剂输送管道元件,以满足从再生器中卸 出温度高达700 催化剂的要求;一种是合金钢, 用于其余热催化剂输送管道元件。冷催化剂输送 管道元件材质为碳钢。 2. 2. 3 管道壁厚 考虑到催化裂化装置催化剂输送管线满足 Ts 80 mm时,选用带两个吹扫孔的闸阀,但该阀存在阀 槽容易被催化剂填塞,阀门密封面易受催化剂直 接冲刷磨损等缺陷。 金属硬密封偏心半球阀近年开始应用在催化 剂输送管道上,该类
6、型阀门具有开关迅速、 流通面 积大、 阻力降小、 密封面的直接磨损较少、 开关过 程中能去除阀座密封面催化剂积垢等优点,但由 于该类型的阀门对偏心半球(阀瓣)和阀座密封面 设计和制造精度有特殊要求,有些厂制造的该类 型阀门在高温时易出现抱死现象。 3 管道应力分析 按 石油化工管道柔性设计规范( SH/ T3041)中规定,结合催化剂输送管道工艺参数, 利用Caesar II进行管道应力分析,Caesar II是由 美国COADE公司开发,广泛应用于石油、 化工、 石化、 电力等行业。 3. 1 建立计算模型时节点设置 Caesar II采用有限元法计算,需要将管道通 过节点划分为若干个单元来
7、建立管道计算模型, 一般将管道端点、 约束点、 管径改变点、 材料改变 点、 计算参数(温度、 压力)改变点等设置为节点。 3. 2 确定工况数量 根据工艺需要和催化剂输送管道的实际布置 情况,催化剂输送管道中各阀门常态是打开、 关闭 状态存在多种组合,相应管道冷、 热状态也存在多 种组合,不同工况条件下,与催化剂输送管道相连 的催化剂储罐嘴子处端点位移也不同,因此,管道 应力分析时需充分考虑多种工况组合,准确确定 工况数量。 3. 3 输入数据 催化剂输送管道应力分析需要的输入数据可 分为基本参数、 管道单元结构参数和边界条件三 种。 基本参数:主要包括管道中各单元的管径、 壁 厚、 安装温
8、度、 计算温度、 计算压力、 管道材料、 管 道材料密度、 输送介质密度等。 管道单元结构参数:主要包括各单元的几何 形状及尺寸、 结构特征(是否是弯头、 三通等)。 边界条件:主要包括管道中各约束点的约束 条件和附加位移、 管道中集中荷载和分布荷载、 弹 09河 南 石 油 2006年 第1期 簧支架等条件。 根据确定的工况条件,将各工况数据正确输 入到Caesar II程序中,可获得相应的管道应力分 析结果。 3. 4 应力校核 应力校核主要是为了防止管壁内应力过大造 成管道自身破坏。根据产生应力的荷载不同,通 常将应力分为一次应力和二次应力。一次应力是 由于压力、 重力和其他外力荷载的作
9、用所产生的 应力,一次应力没有自限性;二次应力是由于热胀 冷缩、 端点位移等位移荷载的作用所产生的应力, 二次应力有自限性。 Caesar II输出结果后,根据规范自动进行应 力校核,一般情况下,需要对计算模型反复修改得 到满意结果。Caesar II中未将风荷载、 地震荷载 等因素考虑进去,一般将控制计算模型中各点最 高应力值控制在许用应力值的80%左右。 (1)一次应力校核:调整后管道中各处一次应 力值必须满足规范要求。当一次应力超出规范要 求时,采取对管道分支处补强、 合理设置支架等措 施可降低一次应力。 (2)二次应力校核:调整后管道中各处二次应 力值必须满足规范要求。当二次应力超出规
10、范要 求时,采取以下措施可降低二次应力水平: 增加 管道柔性。遵循管道尽量短、 弯头尽量少的原则 下,通过调整管道布置方式适当增加管道柔性。 改变支架型式。管道支架一般分为刚性支架和 弹簧支架。为满足管道热胀变形的需要,可把部 分刚性支架改为弹簧支架。 降低应力集中处一 次应力水平。根据催化剂输送管道实际布置情 况,在图1中a、b和c点存在应力集中情况,往往 会出现二次应力最大值,可采取有效补强措施,通 过降低一次应力水平来扩大二次应力许用范围。 4 管道支架设计 4. 1 设计原则 管道支架设计时,必须严格按照管道应力分 析结果,综合分析,逐一工况校核支架在多种工况 组合中的适用性。 催化剂
11、输送管道为气、 固两相流,可能存在柱 塞流工况,为有效避免管道振动,保证管道安全使 用,在管道中尽可能设置刚度足够的刚性支架,避 免在催化剂输送管道上大量选用弹簧支架。 4. 2 支架垫板 催化剂输送管道涉及的管道材质有碳钢、 合 金钢和不锈钢,在满足使用性能的情况下,催化剂 输送管道上支架材质一般选用碳钢,为避免异种 钢焊接,不锈钢或合金钢管道在加碳钢支架处需 增设不锈钢或合金钢垫板。 编辑:王月霞 下期要目预告 鄂尔多斯盆地上古生界油气资源数值模拟邓明亮等 镇泾油田三叠系延长组长6油层储层评价姚惠琴 阳信洼陷二氧化碳气成藏控制因素郭 瑾 火成岩形成期次及其展布规律杨志军等 赵凹区块酸化增注技术研究应用许惠林等 大功率超声波解堵工艺技术及应用刘扬等 国内原油降凝剂研究概况贺丰果等 油气田结垢预测技术研究进展蒋 伟等 膨胀管加固技术应用姜云晗等 基于灰预测理论的石油企业风险预测李 莉等 对国有企业实施流程再造的思考王 玲等 19 张晋峰.催化裂化装置催化剂输送管道设计