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低温甲醇洗工序管道布置要点总结


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山 东 化 工 SHANDONG CHEMICAL INDUSTRY

2012 年第 41 卷

低温甲醇洗工序管道布置要点总结
刘 俊
( 中国化学工业桂林工程有限公司 ,广西 南宁 530022)
摘要: 针对低温甲醇洗装置的工艺特点, 对主要设备的管道布置的要点跟技巧进

行总结, 供工程设计人员参考。 关键词: 气液两相; 管道布置; 低温甲醇 中图分类号: TQ223. 12; TQ055. 8 + 1 文献标识码: B 文章编号: 1008 - 021X( 2012) 07 - 0060 - 04

The Key Point for the Piping Arrangement of Rectisol Unit
LIU Jun
( China Chemical GuiLin Engineering Co. , ,Nanning Ltd. 530022,China )

Abstract: The summary of the piping arrangement for the important equipments involved in the Rectisol process,for engineer's reference. Key words: gas - liquid two - phase flow; piping arrangement ; rectisol 低温甲醇洗是一种物理洗涤法,利用甲醇在 - 60 ℃ 左右的低温下对酸性气体溶解度极大的特性, H 去除变换合成气中的 CO2 、 2 S 等气体, 多用于氨合 成、 甲醇合成、 羰基合成、 工业制氢、 城市煤气、 天然 气净化等大型工业化装置, 具有吸收能力大、 选择性 净化度高、 操作费用低的特点。 好、 目前国内使用的低温甲醇洗工艺大量引进德国 林德公司和鲁奇公司的专利技术, 两家公司现在也 区别越来越小。 作者参与了江苏淮 是在相互借鉴, 安某企业所采用的鲁奇工艺的低温甲醇洗的管道设 计工作( PDS 三维 ) , 就设计过程中的一些要点、 难 点做些阐述与探讨。 1 工艺特点 1. 1 吸收剂有毒用量大, 需密闭回收 ( 1) 液体。甲醇属易燃易爆物品, 且有毒, 易挥 发, 不得随意排放, 装置中需设置密闭回收系统, 减 节阀前后都应加导淋。 另外, 对水平方向的机泵管 口来说, 若是泵口( 如侧线抽头 ) 与管道尺寸相差较 大, 常规的配管方式很难解决其应力问题 , 在该项目 管道为 DN150( 见图 中两台并联泵的管口为 DN50, 1) ,管口所能承受的力跟力矩都很小 ( 设备厂商提 供数据) , 调整多次管道都难以满足应力要求, 可以 考虑泵管口用柔性连接。 ( 2) 气体。 流体中会夹带 H2 S、 H2 等有毒 CO、 易燃气体, 不能随意排放到大气中, 需进入火炬系统 处理。 1. 2 温度低, 管线尺寸大 利用甲醇在在低温下 ( 最低 - 60℃ ) 的选择吸 H 实现净化 收性, 同时分段吸收合成气中的 CO2 、 2 S, 目的。为保证管系在低温工况中保持足够的柔性 、 不会因脆变造成损坏, 装置大量采用低温钢与不锈 钢管道管件, 本项目中的所有的低温钢管道材料都 成本大大提升, 这就需要在配管时要特 由国外采购, 别考虑其经济性。 该装置 80% 以上的工艺管道都需要保冷, 在开 始进行管道布置时就应考虑设置保冷支架的位置 , 增大管道之间, 管道与构建筑物之间的距离。 管道多在 DN300 以上, 管件、 阀门占空间大, 应 力问题突出。

少环境污染以及其潜在着火危险, 这就要求设计者 仔细检查管道走向, 在管系低点增加排净阀门 ( 双 阀 + 盲板) 连接到回收系统。 需要注意的是泵出口 管道止回阀后管系很长, 停车检修时, 由于阀门的止 逆作用, 会停留大量的甲醇, 止回阀通常会设置在低 点, 就要注意该点的排净问题。 于此类似的还有调 节阀组的低点, 特别是一些事故关 ( FC) 的阀门, 调
收稿日期: 2012 - 06 - 25

作者简介: 刘俊( 1983—) , 山东泰安人, 男, 工程师, 主要从事管道设计工作。

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图1

泵管口柔性连接示意图

在其他项目中见过水平泵管口大量采用柔性连

接的实例 , 2 为其所采用产品规格书中截图。 图

图2

软管样图

1. 3

热交换系统复杂, 两相流管线多 该工艺设计了复杂的换热系统, 充分利用物料

自身的热量、 冷量。 由于甲醇中溶有大量气体 , 所 以在多数情况下, 管线介质呈两相流动 , 在管道布 为达均布 置中应特别注意。 换热器管口多两相流, 常要求管线对称分布 ( 多管口进料 ) 效果, 于空冷器, 见图 3。
[1 ]

, 类似

图3

对称管口两相流典型接法

然而实际上, 有些设备管口距离很近, 空间有 , , 限 管件尺寸太大 不能实现该对称分布的要求, 要 尽量使两分支管道的阻力差不多, 防止短路现象的 这个问题可深入探讨。 发生, 2 气液两相流的配管 2. 1 不要产生液袋 对于管内的气液系统, 受各种因素的影响, 可产 生气泡流、 塞状流、 环状流、 雾状流等不同形态, 有些 流形如柱塞流会引起管系的大幅度震动, 对所连接 的设备造成损害, 要防止其形成。 应力分析软件并 不能准确计算出两相流内部冲力对管系的影响 , 配 管多根据经验进行, 其基本原则是要尽量少用弯头, 使管线短而直, 减小阻力降, 并多用导向架。要特别 注意防止液袋的产生, 因其底部易积聚液体, 后面的 气体会把液柱推走, 然后液体重新集聚, 如此反复, [3 ] 形成柱塞流, 引起管道的严重震荡 。 过程如图 4

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2012 年第 41 卷

两 塔的配管与确定管口方位紧密联系在一起, 者不能孤立开来, 塔可分为操作侧与配管区两部分 , 配管区主要用于容纳工艺与公用工程管道 , 操作侧 用于检修塔内件、 仪表及少量 用于设置人孔及平台, 操作任务。管口方位的确定可遵循一定的原则, 比 如从上到下, 对局限性大的管道优先定位, 最终经设 备专业与内件厂商的审查确认。板式塔管口方位的 确定有大量资料可供参阅, 本文不再做详细介绍, 仅
图4 柱塞流形成过程图示

2. 2

塔上管道

就一些具体问题提供技巧性的讨论 。 2. 2. 1 仪表口的确定

图5

塔管口方位简图

如图 5 所示, 按照设备专业图纸所给的尺寸定 位, 温度计口 T1 设置在塔盘 1 降液区, 平面位置上, 在塔的配管区, 这样就无法对该管口所接仪表进行 维护, 而将平台扩展到配管侧并不可行 , 与工艺设备 商议将该测温点降低一块塔板, 即装在塔盘 2 的降 管口转到操作侧。 液区, 仪表管口位置应方便维修, 当无法满足时, 可加 大平台或延长爬梯。 如图 6, 将下层平台的上爬梯 一直延长到上层平台的底部, 以有足够的高度接近
[2 ] 左侧仪表口 。 2. 2. 2 塔上两相流管线

气液两相流介质在进入高塔时, 由于介质流速 过高对塔冲击比较大, 从而会引起塔的振动, 所以在 进塔之前应对管子进行扩径, 对于部分管线, 为了使 气液两相流体在进塔之前有更好的分离效果 , 在扩 径后还需保留一定的水平管段。由于扩径后介质的
图6 直爬梯与塔管口相对位置

流速降低, 介质在立管上所呈现的环状流则会变为

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波状流或层流, 这种情况下气液两相分层, 故此异径 如图 7, 如若置于立管, 由于扩 管宜置于水平管段, 径介质流速下降, 在立管就会形成柱状流, 从而引起 管子振动。为使阻力降更低, 下部可改用两个 45° 弯头。

管线长度, 但这样可能会造成某些上塔管线调节阀 这就给调节阀的维修操作带来了麻 组的位置很高, 烦, 对于这样一个辩证的问题, 设计者要多听下生产 单位的意见, 寻找一个平衡点。 3 结语 泵、 换热器、 塔占据了低温甲醇洗工序设备的绝 对比例, 做好这三类设备的管道布置就可基本保证 对一些难点要点灵活处理、 化 整个装置的设计质量, 提高设计质量和效率。 对于进设备的两相 繁为简, 流管道的对称分布问题, 当受设备条件制约无法完 全满足时, 其管道布置技巧还需更深入讨论 。

参考文献
[ 张德姜、 勇. 石油化工工艺管道设计与安装[ . 北 1] M] 赵 2001. 京: 中国石化出版社, [ 蔡尔辅. 石油化工管道设计[ . 北京: 化学工业出版 2] M] 2004. 社, [ 沈军. 煤制合成气低温甲醇洗工序管道布置总结[J] 3] . 2007, 1) : 28 - 30. 32( 贵州化工, 图7 进塔管线典型配管

( 本文文献格式: 刘

俊. 低温甲醇洗工序管道布置

该装置双相流管线多靠自动控制, 调节阀前为 阀后为气液双相, 应尽量缩短调节阀后的 液相流体,

J] 2012, 7) : 60 - 63. ) 41( 要点总结[ . 山东化工,

檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰 ( 上接第 59 页) 吹扫。 有一 定 温 度 要 求 的 通 过 高 压 氮 气 加 热 器 ( E3052) 加热对 15 单元的一些充气锥进行吹扫, 起 流化作用; 对 K1301 进行热气密封; 激冷气管线吹 扫。 有一定品质要求的通过清洁高压氮气过滤器 ( S3051) 对开工烧嘴、 煤烧嘴的氧气管线以及总的 。 氧管线进行吹扫 有一定压力要求的通过 30PV0015 将压力将到 0. 72MPa 进过低压氮气加热器 ( E1501) 加热进入灰 气提冷却罐 ( V1504) , 主要作用是对灰进行气提, 保 证灰能安全排放。 2. 4 LP 氮气( 0. 43MPa) 主要用户是煤粉制备和干燥单元( 11 单元 ) , 扮 演的角色更多是保护作用, 防止超温超压。 例如磨 煤机 ( A1101) ; 热风炉 ( F1101) 。 同时还有密封作 用, 如 对 旋 转 给 料 机 ( X1105A / B / C / D / E / F / G / 例 H) 的密封, K1301 的低压密封; 对 S1103, S1201 的 反吹作用; 流化作用, 例如煤粉贮仓 ( V1201) 底锥的 2. 5 LLP 氮气( 0. 3MPa) 主要用户是工艺水储罐 ( T3301) , 防止空气中 的氧气进入工艺水中对后续设备产生腐蚀 ; 碱储罐 ( T3601) 主要是防止二氧化碳进入碱液中, 影响碱 液品质。 3 结语 通过上面的叙述可以看出氮气、 二氧化碳存在 于壳牌煤气化的每一个系统中, 扮演着很重要的角 色。从其作用上来讲分为这几个方面: 一是流体输 送作为载气, 二是作为惰性气体的保护作用, 三是对 设备起密封作用, 保护设备。 因此在工艺操作中一 定要减少氮气 / 二氧化碳系统和纯氮系统的压力 、 温 度的波动, 从而保证装置的正常运转。 ( 本文文献格式: 徐明辉, 王荣荣, 陈 2012, 7) : 58 - 59, ) 41( 63. 鹏. 氮气 / 二

J] 氧化碳在壳牌煤气化技术中的应用[ . 山东化工,


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