重油催化裂化装置反-再系统构架及管道改造设计

吕昌海 夏德宝

中国石油工程建设公司华东设计分公司

重油催化裂化装置反-再系统构架及管道改造设计

吕昌海 夏德宝

中国石油工程建设公司华东设计分公司

作为炼厂装置的核心部分, 重油催化裂化装置反应-再生系统管道设计一直是炼油厂管道设计的技术难点。针对中国石油大连石化1 400 kt/a重油催化裂化装置反-再系统改造项目设计及施工中遇到的问题进行分析和总结，分别从反-再系统构架改造设计及管道改造设计两方面提出了解决方法和建议。

重油催化裂化 反-再系统 构架设计 管道设计 改造

催化裂化(FCC)用于将重油转化为汽油、柴油、液化气及干气等轻质组分，是目前原油二次加工的主要装置之一[1]。而反应-再生系统作为重油催化裂化装置的技术核心，其平面布置、框架结构、管道及支吊架设计均为炼厂装置管道设计的技术难点，对装置的安全平稳运行至关重要。

中国石油大连石化公司1 400 kt/a重油催化裂化反-再系统改造项目由中国石油工程建设公司华东设计分公司设计。该项目自2013年11月15日启动，2014年3月20日完成施工图设计，装置已于2014年6月21日一次喷油开车成功，反应器、再生器流化正常，操作平稳。本次催化裂化反-再系统改造项目主要涉及到提升管反应器、第一、二再生器以及第二再生器烧焦罐等方面的改动，具体内容包括：

(1) 更换预提升段及提升管反应器，提升管原料油喷嘴由4组调整为6组。同时，更换原急冷油喷嘴(2组)，对相关管线进行现场局部整改。

(2) 更换第一再生器外取热器及汽包、更换半再生斜管，更换外取热器上、下斜管，同时，新增第一再生器外取热器提升返回管和催化剂卸剂线，并对相应管线进行改造。

(3) 第二再生器新增烧焦罐、待生斜管、外取热器、汽包及相应管线。

通过对项目在设计及施工过程中出现的问题进行分析和总结，探讨反-再系统结构框架布置、管道、支吊架设计思路及优化方法。

1 反-再构架改造设计

本次反-再系统改造采用新工艺流程，更换了局部设备。原反-再系统构架无法满足要求，所涉及到的改动主要从以下几点考虑：

(1) 新提升管线尺寸及进料形式发生了变化，管嘴位置也发生了变化，因此要根据新提升管的热位移及管嘴标高重新规划平台层高。开工后，以支撑点为界，反应器会分别产生向上和向下的热位移，在构架设计过程中要提前考虑到这部分由于热膨胀而引起的位移，防止进料喷嘴及仪表管嘴在提升管热胀后与平台及结构梁发生碰撞，如图1所示。

(2) 反-再系统再生及待生斜管需要重新放样、建模(PDMS)，要对发生碰撞的平台重新进行规划设计，主要包括调整平台标高、改变斜撑形式等，必要时也可对平台形状做出调整。斜管在开工过程中也存在热位移，同样也要考虑(1)中提到的热涨碰撞问题，不仅要考虑斜管上的管嘴与梁、斜撑等发生碰撞，还需考虑斜管本体与构架的碰撞，及时确定梁的尺寸，进而确定平台形式及标高。

(3) 对于新增的外取热器及汽包等设备，需设置新的框架支撑，新增框架需选择最有利的位置，不能占据分馏塔等设备的检修空间，也不能与再生器外置料腿、大支架等发生碰撞。因此，在设计过程中需查阅旧图纸，多放样，以减少不合理的设计。

2 反-再系统管道改造设计

2.1 反应器、再生器管道设计

提升管反应器管道应遵循自上而下规划设计的原则，回炼油及回炼油浆管道的操作温度达到350 ℃，固定点通常设置在管桥上。因此，当装置处于运行状态时，位于反-再构架的立管会产生向上的热位移，管道要与构架平台及梁之间留有足够的热胀空间，以避免与构架发生碰撞[2]。

本次改造将原料油由原来的6支分路流控进料改为总管流控，由环管分布为6支路进料。为防止提升管内介质倒流，进料喷嘴管道需至少高出喷嘴10倍DN值且不小于1 m的Π弯，入口根部闸阀安装在立管上，止回阀水平安装在弯管顶部。环管需用弹簧支撑，若管道自身柔性无法完全吸收提升管向上的热位移，则可设置弹簧支撑，如图2所示。

再生器主要涉及到的管道包括主风管、烟气管线、松动吹扫点及催化剂卸剂管线等，本次改造主风及烟气管线未改动。对于松动点、吹扫点在设计过程中要尽量利用以前的服务站，对于影响施工的需要进行整体拆除，以便于后期复位利用。针对反-再系统吹扫点、松动点数量多、管径小的特点，在服务站典型图上标明松动风、吹扫蒸汽需要引至的位置，事先对松动点、吹扫点进行编号并标注在平面图上。

催化剂管线通常由压缩空气输送，由于催化剂一直处于流化态，为降低催化剂对管道的磨损应尽量少拐弯，必须拐弯时，弯头需选用曲率半径不小于6倍DN值的煨弯管，且弯头需局部加厚[3]。当催化剂管线支管与主管相接时，支管需沿着主管催化剂流向以45°斜插接入。对于较长的催化剂管线，为防止催化剂堆积，需在弯头起点处增加松动风管，如图3所示。

2.2 外取热器及汽包管道设计

外取热器是用于吸收再生器内催化剂热量进行发汽的设备，通过斜管跟再生器联接，斜管上装有滑阀。设计过程中需考虑到滑阀阀杆的安装空间，防止与构架发生碰撞，同时要预留滑阀控制柜的安装空间，滑阀控制柜宜布置在滑阀周围，不宜过远。外取热器顶部汽水管道设计为设计难点，以改造第一再生器外取热器为例，封头顶部管束共54个管嘴，包括27根汽包凝结水管线入口管嘴(DN150)及27根蒸汽返回管线出口管嘴(DN200)，封头直径为2.9 m。外取热器管道设计的特点为管线多、空间小、温度高。

设计过程中需根据管线数量及外取汽包构架大小确定管线的层数，并进行管道规划。管道规划可以遵循由外到内、由低到高的原则，即先规划外围低层管道。凝结水入口管道从顶部进入，管道设计相对简单，管道自管嘴升高至相应层高后再改变方向；对于内圈的蒸汽返回口管道，由于从侧面出且空间相对狭小，要采取插缝的方式将管道引出后改变方向，升至相应层高，在此可采用非标准弯头，由施工队现场切割。规划完成后，需及时进行应力计算，若管嘴受力偏大需进行核算，以不高于1.2 t为宜。管嘴开口方位及标高如图4所示。

为使蒸汽在返回汽包过程中产生的凝结水倒流至外取热器，设计蒸汽返回管线时需考虑坡度，坡度不应小于0.13(约7.5°)，凝结水管道虽无坡度要求，但为了管道的整体美观，同时避免与不同层高的坡度管发生碰撞，建议与蒸汽返回管采取相同坡度。由于汽水管线温度较高(约260 ℃)，且管道长度较大，需设置较多的弹簧支撑，考虑到汽水管线特别是蒸汽返回管为气液混相，在装置运行过程中很容易发生振动。因此，建议对相邻管道进行捆绑支撑，可有效防止管道振动，如图5所示。

2.3 管道支撑设计

管道支吊架对于管道的安全平稳运行起到至关重要的作用，反-再系统管道大多为高温管道，需进行应力计算，应严格按照应力报告设置支吊架。对于提升管入口喷嘴管道，从经济性考虑，应利用提升管外壁支撑，采用吊架形式，避免支架生根在构架上，若必须要设置在构架上，需用弹簧支吊架以吸收提升管热位移。直径较大的管道在选用弹簧支撑时，为了增大受力面积且使受力均匀，最好选用两个以上的弹簧支撑。在选弹簧时，应尽量将弹簧位移设置在行程的中间位置，防止超过行程导致弹簧失效。对于外取热器及汽包的汽水管线，则应采取必要的防震措施。

3 结 论

本次重油催化裂化反-再系统改造难点主要在于旧管线的拆除、进料喷嘴系统的合理布置、框架主体结构的改造及外取热器和汽包构架管道规划。通过对多种设计方案进行对比优化，达到了较好的改造效果。目前，大连石化1 400 kt/a重油催化裂化装置已一次开车投产成功，装置运行平稳，产品合格，反-再系统生产操作灵活、方便。表明该工艺技术具有先进性，同时体现出优良的管道设计方案对于装置平稳运行的重要性。该改造设计的成功，可为其他类似停工检修改造项目提供参考。在改造设计前需多查阅装置原设计图纸及历次改造图纸，了解装置现场情况，仔细核对管口方位、设备基础、平台开洞及构架斜撑等情况，尽可能减少装置管道设计上的不足。

[1] 赵波．浅析催化裂化装置反应油气管线的设计[J]. 广州化工, 2013, 41(12): 52-55.

[2] 王玉璋. 重油催化裂化装置技改中的管道设计[J]. 石油化工安全技术, 2001, 12(5): 22-24.

[3] 范有慧. 催化裂化装置反再系统的配管设计[J]. 石油化工安全技术, 2003, 19(2): 18-20.

ArchitectureandpipereconstructiondesignofRFCCunitreactor-regeneratorsystem

LyuChanghai，XiaDebao

(CPECCEast-ChinaDesignBranch,Qingdao266071,China)

As the core part of refinery unit, the piping design of reactor-regenerator system for Residue Fluid Catalytic Cracking (RFCC) unit has always been the technical difficulty of refinery piping design. By analyzing and summarizing the problems encountered in the design and construction process of 1 400 kt/a RFCC unit reactor-regenerator system reconstruction project of PetroChina Dalian Petrochemical Company, solutions and recommendations about the architecture and pipe reconstruction design of reactor-regenerator system were proposed respectively.

residue fluid catalytic cracking (RFCC), reactor-regenerator system, architecture design, piping design, reconstruction

吕昌海(1984-)，男，2010年7月毕业于青岛科技大学化工机械专业，硕士研究生，工程师，现任职于中国石油工程建设公司华东设计分公司，从事炼油催化裂化、汽柴油加氢精制等方面的管道安装、设计工作。E-maillvchanghai@cnpccei.cn

TE966

B

10.3969/j.issn.1007-3426.2015.03.007

2014-08-25；编辑温冬云