加氢反应器配管设计的几个要点

摘要：加氢反应器的配管设计是整个加氢装置配管设计的关键部分。本文针对加氢反应器配管设计中容易忽视的几个要点进行了阐述，旨在提醒配管工程师在设计中提高重视，并尽可能进行设计优化，以满足装置设计的多方面要求。

关键词：加氢装置；反应器；配管

前言：加氢反应器是加氢装置的核心设备。加氢反应器的配管设计不但要满足工艺要求，还要达到节省投资，方便操作、检修，满足消防和长周期安全运行的目的，是整个装置配管设计的重中之重。本文结合柴油加氢精制装置的管道设计进行了一些探讨。本套装置是以直馏柴油、焦化汽油和焦化柴油的混合油为原料，经过催化加氢反应进行脱硫、脱氮、烯烃饱和，用以生产精制石脑油和精制柴油。加氢装置火灾危险性分类属甲类，主要工艺特点是高温、高压、临氢。为了确保设计产品质量，我们应该在以下几个方面加强认识：

一、反应器平面布置

（1）反应器布置应满足建设地区的自然条件和地理位置的要求。反应器和反应进料加热炉是装置中潜伏火灾危险性比较大的设备，一般布置在装置区的边缘并靠近消防通道，且位于可燃气体、液化烃、甲B类液体介质设备的全年最小频率风向的下风侧，同时考虑将反应器布置于地质条件好的地段，确保其基础牢固可靠。（2）反应器的布置应满足工艺设计的要求。为控制反应系统的温降，压降，避免发生副反应，一般将反应器，换热器和反应进料加热炉等靠近布置，同时在反应器管嘴和其相关管道的应力不超过许用应力的前提下，反应器布置应使管道长度尽量短。（3）反应器布置应满足安全的要求。反应器与其进料加热炉之间或取走反应热的换热器，可视为一个系统，没有防火间距的要求[1]，一般联合集中布置在装置的一端或一侧。反应器与其进料加热炉的间距应尽量缩短，考虑到反应器与其进料加热炉之间的安全通道，管道布置及检修需要的空间，其距离不应小于4.5m[3]。反应器与其无关设备和加热炉一般分开布置，其间距应满足防火和防爆规范的要求。（4）反应器布置应满足操作和检修要求。反应器一般按一条直线成组布置在构架内，构架顶部设置吊运机具，装催化剂和检修用的平台，构架下部有卸催化剂的空间，构架一侧有堆放和运输催化剂所需要的场地和道路。（5）反应器布置应满足施工安装要求。为方便可施工，应提供必要的反应器吊装、运输或在现场进行组装所需要的场地和通道[2]。

二、反应器框架及平台的设置

1.应充分考虑反应器的热膨胀

（1）给土建专业提反应器框架结构设计条件时，应充分考虑反应器的热胀量，仔细计算反应器顶部框架平台的高度及开洞大小，要特别注意避免因反应器受热向上膨胀时其封头（包括设备保温层）与框架平台梁相碰，以免土建框架梁限制了反应器的热胀，影响反应器的正常运行。因此提反应器的框架结构设计条件时，应特别注明此设计条件，如图一所示。（2）反应器框架其它各层平台的设置，在满足操作和检修要求的同时，应保证在反应器的热膨胀的时候，反应器各个嘴子（包括进料口，出料口，冷氢注入口，催化剂卸料口，热电偶口）均不会与框架平台梁相碰。尤其是热电偶口，经常容易被忽视，往往容易出问题，因而应提高重视。

2.应满足操作检修的要求

根据反应器结构特点合理确定管口方位，如反应器催化剂卸料口应朝向检修侧或空场地，冷氢管口应考虑其安装检修时需要的插人和抽出空间。反应器顶部需要拆卸顶盖时，考虑设置永久式吊柱、吊梁或吊车，并可在平台上进行操作。阀门应布置在可拆卸区的外侧，并位于不影响检修的地方。

3.应满足催化剂装填需要

（1）确定催化剂的吊装方式。反应器的催化剂装填一般有3种方式：使用吊车起吊；使用电动葫芦；吊车与电动葫芦相结合。设计时应在顶层框架上设置放置催化剂料桶的区域。在反应器框架设计前，应与业主进行讨论沟通，以确定催化剂装填方式。（2）若使用电动葫芦的吊装方式，应根据催化剂料桶的满载重量和反应器头盖重量中较重者选择电动葫芦的型号，并根据催化剂料桶尺寸和装料操作方式来确定电动葫芦轨底标高。

4.各反应器基础顶面标高应保持一致

当一个反应框架中有两个或两个以上反应器时，各反应器的基础顶面标高宜保持一致，以方便反应器的安装就位。各反应器操作平台的标高也应尽量统一，以便于检修、操作及管道布置。

三、反应器的管道布置

1.反应器进出口管道

（1）因介质的反应环境高温、高压且临氢，导致管道材料等级较高，且管壁较厚，往往需到国外采购。为节省管道材料和减少管道压力降，应在满足工艺要求的情况下，在管道及设备（加热炉，反应器）允许的受力范围内，管道要尽量短和少拐弯。（2）设计时要充分考虑管道的热位移，避免和框架的梁及斜撑相碰。（3）反应器进出口法兰处均设有“8”字盲板和消防蒸汽盘管，应设置检修平台。消防蒸汽切断阀的设置应满足防火规范的要求。

2.冷氢管道

为了控制反应温度，催化剂床层间需要注入冷氢。（1）冷氢管道的特点是：管道介质温度不高，在反应器嘴子处随反应器的热胀而升高。为避免对管道进行拉扯，设计时应考虑管道的柔性。（2）由于靠近冷氢注入管嘴处温度较高，为了降低阀门材料等级和方便操作，冷氢管道上的温控阀组应远离冷氢注入管嘴布置（距离应满足工艺流程要求），一般置于地面上。（3）如果冷氢嘴子检修和安装时需要抽出和插入，在冷氢管嘴方位设计时应考虑抽出空间。

3.注硫线和注氨线

如果工艺流程要求在靠近反应器入口处注硫和注氨，管道设计时应注意以下几点。（1）注入管嘴应布置在管道顶部，以避免残夜对管道造成腐蚀。（2）注硫、注氨与测压管嘴应各自单独设置，不能混用。（3）由于反应器向上热胀量很大，而注硫线和注氨线本身为常温，基本不膨胀，因此应当注意管道的柔性，并在适当的位置设置弹簧支吊架。

4.测压管道

测压管道应从主管顶部接出，不可从管底接出，以免堵塞和腐蚀。差压变送器应高于测压点，安装于反应器上层平台。

四、管道支架

（1）高压管道及不锈钢管道应尽量采用卡箍型管托、管吊，尽量避免或减少焊接型的管托、管吊。（2）对于热位移较大的管道，支吊架中经常用到较多的弹簧支吊架和导向支架。其中吊架应注意吊杆的长度不宜过短，保证热态吊杆的偏移角度不超过4°。而导向支架不宜选用管卡式，应选用框式，以避免限制管道的轴向位移。

五、结语

本文根据加氢装置反应器配管设计的特点，从设备平面布置、管道布置等方面，针对几个容易忽视的设计细节进行了论述。因反应器配管设计的优劣对整个装置的投资、操作、检修、消防和长周期安全平稳运行至关重要，配管设计工程师应在设计过程中对这些要点给与充分重视，避免造成重大损失。

参考文献：

[1]张德姜，王怀义，刘绍叶.石油化工装置工艺管道安装设计手册 第一篇 设计与计算 （第四版），2011，8

[2]陈让曲，周爱显，张煜.石油化工装置管道设计安全[J].炼油工程与技术，2010，4

[3] 中华人民共和国工业和信息化部， 石油化工工艺装置布置设计规范 SH 3011-2011