EO反应器的配管设计

摘要：反应器是化工生产的核心部分，本文主要介绍反应器的分类、布置和配管，并以环氧乙烷反应器为例对反应器的特殊配管做以简单说明。

关键词：反应器；布置；配管

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

1 反应器的概念及分类

在化工生产中，反应器用于实现液相单相反应过程和液液、气液、液固、气液固等多相反应过程。反应器内常设有搅拌（机械搅拌、气流搅拌等）装置，在高径比较大时，可用多层搅拌桨叶。在反应过程中物料需加热或冷却时，可在反应器壁处设置夹套，或在器内设置换热面，也可通过外循环进行换热。

反应器按操作方式可分为：

1.1间歇釜式反应器（间歇釜）

操作灵活，易于适应不同操作条件和产品品种，适用于小批量、多品种、反应时间较长的产品生产。间歇釜的缺点是：需有装料和卸料等辅助操作，产品质量也不易稳定。但有些反应过程，如一些发酵反应和聚合反应，实现连续生产尚有困难，至今还采用间歇釜。

1.2连续釜式反应器（连续釜）

可避免间歇釜的缺点，但搅拌作用会造成釜内流体的返混。在搅拌剧烈、液体粘度较低或平均停留时间较长的场合，釜内物料流型可视作全混流，反应釜相应地称作全混釜。在要求转化率高或有串联副反应的场合，釜式反应器中的返混现象是不利因素，此时可采用多釜串联反应器,以减小返混的不利影响，并可分釜控制反应条件。

1.3半连续釜式反应器

指一种原料一次加入，另一种原料连续加入的反应器，其特性介于间歇釜和连续釜之间。

上述反应器如图1所示：

(a)间歇釜 （b）反应管 (c)全混釜

图1 反应器示意图

2 反应器的布置

2.1 反应器与其相关联设备的布置要求

反应器与提供反应热的加热炉的净距应尽量缩短，但不应小于4.5m，这是因为在反应器与加热炉之间只留出通道和管道布置及检修需要的空间即可。根据生产过程需要，反应器的构架可设顶棚，也可布置在厂房内，但应设置吊车并在楼板上设置吊装孔，吊装孔应靠近厂房大门和运输通道。除采用移动吊车外，构架顶部应设置装催化剂和检修用的平台和吊装机具，对于内部装有搅拌或输送机械的反应器，应在顶部或侧面留出搅拌或输送机械的轴和电机的拆卸、起吊等检修所需的空间和场地。构架顶部设有装催化剂和检修用的平台和吊装机具，构架下部应有卸催化剂的空间。构架的一侧应有堆放和运输催化剂所需的场地和通道。

2.2 反应器的位置及周围环境要求

高压和超高压的压力设备，宜布置在装置的一端或一侧；有爆炸危险的超高压反应设备，宜布置在防爆构筑物内，操作压力超过3.5MPa的反应器宜采用集中布置在装置的一端或一侧。成组的反应器应中心线对齐成排布置在同一构架内。

在流化催化裂化装置中，反应器与再生器的布置是由催化剂循环线的尺寸要求确定的。按照流化输送管道的最佳流动条件确定其高度和位置，这样反应器和再生器的相对位置及安装高度也就确定下来，一般反应器与再生器中心线对齐，对于内部装有搅拌或输送机械的反应器，应在顶部或侧面留出搅拌或输送机械的轴和电机的拆卸，起吊等检修所需的空间和场地。

2.3 反应器的安装

反应器一侧应有运输催化剂所需的场地和通道，卸料口在反应器正下方时，其安装高度应能使催化剂的运输车辆进入反应器下方，以便卸出废催化剂，其净空不易小于3m；卸料口伸出反应器底座外并允许催化剂就地卸出时，卸料口的高度不易低于1.2m； 如废催化剂结块需要处理，应有废催化剂的粉碎、过筛操作所需空间。

2.4 反应器的支撑方式

群座支撑分为同径群座和喇叭形群座两种，一般多为同径群座，大直径或球形底盖的反应器用喇叭形群座。反应温度200℃以上的反应器，为了便于散热，反应器群座应有足够的长度，使群座与基础接触处的温度不超过钢筋混凝土结构的受热允许温度。直径较小的反应器采用支腿或支耳支撑，支腿的使用范围参照立式容器。

2.5 反应器的平面布置

图2：反应器的平面布置图

3 反应器的配管

3.1 立式气体反应器

①多台反应器的管道布置时应使流体分配均匀，各台的压力降应符合要求,还应满足催化剂还原的要求。如反应器顶部有可拆的大盖，并且大盖上有管道相接时，该管道应有可拆的管段。阀门应布置在可拆卸区的外侧，并位于不影响检修的地方。拆卸部件重量较大时，应设置永久式吊柱或吊梁或起重机，并可在平台或楼面上操作。与可拆段相连的管道，应有永久的管道支架，使拆卸段拆除后不必增设临时支架。

②管口方位应根据设备结构的特点，留出装拆温度计的空间，使之装拆时不至于与其它设备、梯子或管道等相碰；装卸催化剂一侧，可设置人孔，但不应设置管道接口。设备上直接安装安全阀时，应便于检修，并应考虑反力的影响。对易燃易爆介质的放空除按PID要求外，还应符合国家现行标准《石油化工企业设计防火规范》（GB50160）的规定。

③对流化床的反应器，管道布置应避免催化剂堆积，如采用倾斜布置的管道，避免滞留的死角，选用合适的阀门、管件和大半径弯管等措施。总管内如可能存有催化剂粉尘时，设计时应采取加设清扫口、法兰盖等措施。

3.2 卧式气体反应器

管道布置应考虑设备轴向热位移的影响，并以最主要的管道计算来决定设备的固定端支座及滑动端支座,反应器顶接管有阀门时，应设置平台，以便操作。

3.3 管式反应器

管式反应器长度很大时，应注意热膨胀后管道接口产生加大的附加位移。管道应有足够的柔性，并合理选用管道支架的形式;布置在管廊上时，应校核土建钢结构梁所受水平力的条件;管接口与梁的净空应保证热位移后不至于相碰。

3.4 立式釜式反应器

①管道布置应不影响搅拌器的安装与维修,设备顶部有可拆卸大盖时，阀门应布置在设备轮廓的外侧，位于不影响检修的地方,管道布置时楼面或平台上应留出设备大盖放置的位置并可承受维修荷载。

②设备有夹套时，冷却水、蒸汽、冷凝水或其他换热介质管道可按常规进行布置,对下部拆卸口如有堵塞可能性时，应采用放堵塞的卸料阀。

4 应用举例

对于环氧乙烷反应器的配管有特殊的要求，应根据具体情况按照流程说明做适当的调整。

反应器上部是高压蒸汽管道，而下部是锅炉进水管道，具有较高的温度，配管时必须对称布置并满足应力的要求，上部、下部的具体配管方法如下：

R-110:环氧乙烷反应器D-110：反应器蒸汽包

图3 反应器上部(高压蒸汽管)示意图

R-110:环氧乙烷反应器冷却器D-112：反应气体冷却器汽包

图4 反应器下部(锅炉进水管)示意图

由以上例证可知：反应器的设备布置与配管不是一成不变的，需根据具体的环境、天气、地形、特殊要求等外部因素的影响做适当的调整，以满足化工生产的可行性和安全性。

参考文献

[1]张德姜编，石油化工装置工艺管道安装设计手册。第一篇，设计与计算。北京：中国石化出版社，2007年，85页。

[2]全国化工工程建设标准编辑中心编，化工装置管道布置设计规定。北京：国家石油化学工业局，1999年，227页。

[3]侯文顺编，化工设计概论。第二版。北京：化学工业出版社，2005年，50页。