费托合成反应器管口方位设计探析
时间：2023-06-27 10:15:03 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
赵辽华 华陆工程科技有限责任公司 西安 710065
费托合成（Fischer-Tropsch Process），又称F-T合成，是以合成气（一氧化碳和氢气的混合气体）为原料在催化剂和适当条件下合成以液态的烃或碳氢化合物（HydroCarbon）的工艺过程。高温费托反应基本流程见图1。
图1 高温费托反应基本流程
在煤间接液化（煤制油）过程中，一定H/C比例的合成气与循环气混合后，经压缩机加压及进料预热器加热到一定温度后，进入费托合成反应器，在催化剂的作用下部分转化为烃类物质。
合成反应为强放热反应，反应热通过反应器内移热装置以产生蒸汽的方式移走，反应器的温度通过控制汽包的压力来进行调节。
反应器出口气体，在激冷塔内进行冷却，生成的冷凝液体作为高温冷凝物产品闪蒸后送至产品储槽。
激冷塔的塔顶气体，经冷却后进入高压分离器进行油相、水相和气相的分离。油相为低温冷凝物，送入低温冷凝物储槽；
水相为反应水，送至反应水精馏塔进一步处理，反应水中含有的醇、醛等含氧化合物从塔顶采出，高压分离器顶部排出的气体一部分为循环气返回反应器，另一部分为弛放气送出装置界区。
合成反应器基本流程图见图2。
图2 合成反应器基本流程
合成反应器采用固定流化床形式，主体材料为14Cr1MoR。合成气通过反应器底部进入，经过气体分布器，在催化剂的作用下，转化为烃类物质。
合成反应为强烈放热反应，剧烈的放热会导致设备内部温度过高，因此，需要通过移热装置来将大量的热量移除。通过在反应器内布置八组冷管来达到冷却的目的，冷却介质为锅炉水，经过换热后锅炉水变为中压蒸汽。
在反应器上部设置四组旋风分离器，将合成气催化剂粉尘过滤掉，尽量使粉尘不被带出设备。
旋风分离器上吹扫口较多，将设备布置在框架中心，有两个好处：第一，减少塔上的平台及贴板数量；
第二，方便配管及后期施工。
反应器总高约35000mm，管口共156 个，其中温度计口50 个，压力表口7 个，差压计口14 个，锅炉水进口8 个，蒸汽出口8 个，物位计20 个，仪表吹扫口12 个。
分三部分来考虑管口方位：第一部分为气固分离段；
第二部分为冷管段；
第三部分为反应器进料段。
3.1 气固分离段
3.1.1 旋风分离器的方位
对于内部有较多部件的设备，首先需要确定其内件的方位，即根据其相关的管口的配管来确定。
由于旋风分离器上吹扫口较多，且每个吹扫口均有阀组，因此，需要根据其配管的情况来确定旋风分离器的方位。将旋风分离器的方位分为居中均布和跨中均布，见图3。
图3 旋风分离器及吹扫阀组布置
图3 左侧方案配管区域会占据框架大部分位置，人孔M4 的方位检修也不方便。右侧方案的管道配管可以使吹扫口配管只占框架的南北两侧，这样人孔也方便检修，因此，旋风分离器选用跨中均布，相应的吹扫口位置也就确定了。
3.1.2 人孔的方位
一般情况下在进行方案确定时，应该将设备周围分为配管区和操作区，其中配管区指工艺管道及公用工程管道的布置区域，操作区即人孔区域，此区域在设置时需要考虑方便检修。
在布置人孔时，应当尽量将其放置于一条直线上。一般靠近厂区主干道一侧，或位于靠近于无障碍的一侧，这样布置的好处有两点：①方便吊车、运输车辆等工具在设备检修、更换内件时有足够的作业空间。检修时从设备内部拆卸的塔盘或其他内件可以从人孔中抽出，内件或催化剂在此处方便装车；
②道路的相对一侧一般为框架或管廊，这一侧为配管侧，使配管可以达到简洁，美观，视觉统一的效果。
当人孔较高而不方便靠近时，一般需要设置操作平台，平台高度距离人孔中心600～1000mm 之间，最宜高度为750mm，平台宽度一般为1200mm。设置时需要注意以下问题：①当设备直径小于2000mm 时，而上面又有操作平台时，需要考虑吊柱是否可以伸出至平台外，一般情况下，设备专业设置的吊柱长度为设备直径的0.7 倍；
②人孔开启的方向一定是跟逃生方向相反，否则事故时且人孔开启，会阻碍人员的撤离。
对于填料塔的人孔布置，一般并无特别要求，有的人孔会位于填料段上方的分配管的上面，用于检修分配管，此时需要注意进料管的形式和方位，如果进料是T 型分配管，则此处人孔需要跟进料管成180°对称布置，如果进料管进入设备内部后直接接分配盘，则其只要跟人孔不碰撞就行。
此反应器气固分离段，共有3 个人孔，主要用于检修旋风分离器。设备内部设置了直爬梯，连接三个人孔，所以，这三个人孔需要在一个方位。其次，人孔需要跟旋风分离器岔开45°布置，来保证人在内部操作的空间。人孔及旋风分离器管口方位见图4。
图4 人孔及旋风分离器管口方位
3.1.3 顶部管口及仪表口
反应器顶部管口（N2）见图5。
图5 反应器顶部管口
弯头N2 口上有拆卸法兰。对于此框架来说，其出料口管道需要在框架南侧，因此，N2 位置就是180°。
压力表口尽可能均布，但由于其中一组压力表P6b 需要进入集气室，必须与旋风分离器出口进集气室的管子避开，因此，无法保证压力表完全均布。
对于温度计这类有内伸管的管口，需要注意是否会与内件碰撞。由于旋风反应器上部会有管道进入集气室，要尽量与旋风岔开角度布置。但由于顶部管口较多，无法岔开角度，经过模拟，T50 口的温度计内伸不会跟内件相碰，因此，顶部管口布置见图6。
图6 反应器气固分离段管口方位
3.2 冷管段
3.2.1 冷管的管口方位
在确定一些设备冷却水管口的方位时，需要注意设备内部折流板的位置，例如立式换热器，需要注意折流板个数是奇数还是偶数，当折流板为偶数时，进水口跟出水口需要尽量成180 度布置；
当折流板的为奇数时，进水口跟出水口需要尽量在同一侧布置，见图7。否则对于换热器本体的换热效率有影响。
图7 冷管进出管口
3.2.2 人孔的方位
此部分只有一个人孔，位于冷管段上方，与汽水混合物出口（冷管出口，介质为中压蒸汽）高差仅有500mm，见图8。因此，人孔尽量与冷管出口管夹角45°方位布置。
图8 M3 及冷管出口管口方位
3.3 反应器进料段
3.3.1 进料口的方位
反应器的进料口若为多个管口的时候，一般都需要对称布置，否则会造成流体偏流。对于此反应器而言，进料口后分别接了分布器。因此，进料口必须对称布置。见图9。
图9 进料口内件详图
3.3.2 人孔的方位
M2 口位于固定流化床上方，冷管下方，与温度计口T4～T7 仅有400mm 的高差。温度计口尽可能均布以反映出各个位置的温度，也为了防止设备内部发生偏流导致温度计读数不准确。因此，人孔也需要跟温度计口成45°夹角布置，见图10。
图10 M2 及T2～T5 管口方位图
M1 孔位于塔釜段，用于检修合成气进口分布器，与进气口N1a/N1b 高差600mm，如果可能的话，人孔尽可能跟进料口成90 度夹角布置，见图11。
图11 M1 及进料口管口方位图
3.3.3 外盘管蒸汽及凝液管口方位
外盘管一般将蒸汽口放在一个方位，凝液口放在一个方位，这样蒸汽管可以配在一个角度上。当管口很多的时候可以方便配管，两个管口之间要根据设备要求。有时要求同一高度的蒸汽口和凝液管口需要有一定的角度，有时两个管口之间有一定距离的要求。
当设备为夹套设备，需要注意设备夹套的蒸汽进口跟凝液出口需要保证180°，否则内部蒸汽可能会发生偏流而导致设备受热不均匀。
凝液管口配管，之前考虑过将凝液出口之间岔开角度布置，这样凝液口往下走的时候就可以省一个弯头，但后来发现会有两个问题：①如果凝液口旋转，那么相同高度的蒸汽口也得旋转，否则会导致两个口之间的部分没有伴热，对于伴热段少的设备此部分影响较小，若设备伴热口多，若凝液口旋转而蒸汽口不同时旋转，则会有一定影响；
②如果凝液口旋转，向下的管道会成一个弧形，除非每个管道增加一段长度来将管道伸长至同一个平面，否则设备支架不好做。
此设备共有三组伴热，位于塔釜位置，设备要求同一高度的蒸汽口跟凝液口有240mm 的间距要求。伴热凝液管口侧面见图12，伴热凝液管口间距要求见图13。
图12 伴热凝液管口侧面图
图13 伴热凝液管口间距要求
按本费脱合成项目合成反应器管口工程设计，总结如下：
（1）首先，应当根据工艺原理、物料相态和流程，在满足工艺流程条件下， 初步规划主物料管口、辅助管口、人孔、仪表管口等布置，再根据流程模拟，确定最优布置方案。
（2）其次，应当考虑到人孔的位置、方位。人孔的布置应方便检修，开启方向应该与平台疏散方向相反。
（3）其余管口的布置需要考虑其本身的属性，如是否有内伸管，是否需要频繁拆装、是否需要对称、是否接分布器等。
（4）反应器管口方位的设计，即综合考虑对应的管道布置，否则会导致管口方位本身符合要求，但是反应器周边配管的后续施工、操作、检修方面存在困难或不合理。
猜你喜欢凝液人孔管口蒸汽发生器关孔专用工具设计及应用设备管理与维修(2022年19期)2023-01-03基于ANSYS的压力容器管口载荷施加方式的研究化工设备与管道(2022年2期)2022-08-02费托压缩凝液外送工艺流程及设备管道选材优化山西化工(2022年3期)2022-07-06费托合成释放气压缩机运行问题分析及应对措施山西化工(2021年4期)2021-09-06煤化工变换设备在改扩建项目中利旧的可行性分析化工管理(2021年10期)2021-04-25蒸汽凝液回收技术改造山东化工(2019年15期)2019-09-04凝液稳定装置中的自动控制应用仪器仪表用户(2019年7期)2019-06-26汽轮机高压内缸的制造工艺研究科技资讯(2019年3期)2019-04-25罐式集装箱用人孔的有限元分析化工装备技术(2017年4期)2017-09-01基于HyperWorks的矿井提升机卷筒人孔优化分析现代机械(2016年1期)2016-04-13
