乙烯裂解炉及其管道设计.pdf
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1、第 4 3卷第 2期 2 0 1 4年 2 月 当 代 化 工 C o n t e mp o r a r y C h e mi c a l I n d u s t r y V o 4 3N O 2 F e b r u a r y, 2 0 1 4 乙烯裂解炉及其管道设计 高 巍 ( 惠生工程 ( 中国 ) 有限公司 , 北京 1 0 0 1 0 2) 摘 要:乙烯是最基本的化工原料之一 ,对我国经济发展起到重要的支撑作用。结合以往 程设计的实践 经验,简要介绍了几种乙烯裂解炉的型式与特点,并就乙烯装置裂解炉的管道设计谈了自己的思路与方法 ,对 裂解炉区重要管系的设计进行了分析和说明。 关键词
2、:裂解炉 ;裂解气管道 ;管道设计 中图分类号 :T Q 2 2 1 文献标识码 : A 文章编号 : 1 6 7 1 0 4 6 0( 2 0 1 4) 0 2 0 2 5 8 0 3 Et hy l e ne Cr a c k i ng Fur na c e a nd I t s Pi pi ng De s i g n 0 We i ( Wi s o n E n g i n e e r i n g C o , L t d , B e ij i n g 1 0 0 1 0 2 ,C h i n a ) Ab s t r a c t :Et hy l e ne i s a ki nd of b
3、a s i c c h e mi c a l r a w ma t e r i al ,ha s pl a y e d a n i mpo r t a n t s upp or t i n g r ol e f or e c o nomi c de ve l op me nt I n t hi s pa p e r ,ba s e d on pr e v i o us e ng i n e e r i n g e x pe r i e nc e ,t ype s a nd c ha r a c t e r i s t i c s of e t hy l e ne c r a c ki ng f
4、 u m a c e s we r e s u mma r i z e d , a n d i d e a s a n d me t h o d s o f p i p i n g d e s i g n for t h e e t h y l e n e c r a c k i n g f u m a c e s we r e d i s c u s s e d , t h e d e s i g n o f i mp o rta n t p i p i n g s y s t e ms we r e a n a l y z e d a n d e x p l a i n e d Ke y
5、wo r d s : Cr a c k i n g f u r n a c e ; Cr a c k e d g a s t r a n s f e r l i n e ; P i p i n g d e s i g n 乙烯是最基本的化工原料之一 ,对我国经济发 展起到重要的支撑作用 。 自 1 9 8 8年至 1 9 9 3年问 , 世界乙烯年产量 由54 5 0万 t 增加到 7 1 0 0万 t , 2 0 0 1 年乙烯生产能力为 1 0 0 5 9 9万 t ,2 0 0 8年乙烯生产 能已达到 1 2 6 7 0万 t 。截止 2 0 1 0年 ,我 国的乙烯生 产企业已有 2
6、4 家 , 生产装置 2 7 套 , 合计产能为 1 4 9 6 万 t 。预计到 2 0 1 5年 ,我 国的乙烯产能将达到 2 7 0 0万 t a 。 目前 , 世界上乙烯装置的经济规模为 9 0 1 0 0万 t a , 最大规模为约 1 3 0万 t a ,乙烯装置正向 着大型化、规模化的方向发展。笔者结合以往工程 设计 的实践经验 ,简要介绍了几种 乙烯裂解炉的型 式与特点,并就乙烯装置裂解炉区管道及其管架设 计谈 了自己的思路方法 ,对裂解炉区重要管系的设 计进行 了分析和说明。 1 乙烯裂解炉的型式与特点 国际上著名 的乙烯专利技术公司包括 : L u m mu s 公司 、S
7、 & W 公 司、T P L K T I 公司 、L i n d公司 、K B R 公司等,其生产技术都是成熟可靠的, 但在技术细 节上是有差别的 。 1 1 S R T型裂解炉 S R T型炉由鲁姆斯公司开发 ,该公司的烯烃装 置设计经验已有 5 0多年的历史M 。如今 S R T型炉已 发展到 S R T V I 型。炉管构型由 S R T I、S R T 一1 I、 S R T m、S R T I V型的多程管发展为 S R T V、 S R T 一 的二程炉管。S R T型裂解炉通常为一个对流段配 置一个辐射段 。对流段布置在辐射段上部的一侧 , 对流段顶部设置引风机和烟囱。辐射段顶部
8、设置急 冷锅炉。通常采用一级急冷。 若裂解轻质原料 ,采用一次注汽 ,稀释蒸汽不 经过过热 ;若裂解重质原料 ,采用二次注汽 ,第二 次注汽所用稀释蒸汽需经过过热。 1 2 US C型裂解炉 U S C型炉由斯特一 韦伯斯特公 司开发 。炉管构 型有 M型 、 w 型和 U型。通常液体进料采用 u型 , 气体进料采用 M型。 对于年产量为 3 06 0 k t 的 U S C型裂解炉 ,通 常 由一个辐射段和一个对流段构成。对流段布置在 辐射段上部 的一侧 。对于年产量为 6 01 0 0 k t 的 U S C型裂解炉 ,通常采用两个辐射段共用一个对流 段的布置方案。辐射段顶部设置 U S
9、X型急冷锅炉, 裂解气汇总后进人一台二级急冷锅炉。近期 ,已采 用双程套管式急冷锅炉 ( S L E) , 将两级急冷锅炉合 并为一级 U型 S L E急冷锅炉或线性 S L E急冷锅炉。 若裂解轻质原料 ,则采用一次注汽 ,稀释蒸汽需经 过过热 ;若裂解重质原料 ,采用二次注汽 ,且两次 器 器 2高 0 巍1 3 -( 98。1l_ ), 男 北 京 人 , 中 级 职 称 , 20 0 3 年 毕 业 于 北 京 联 合 大 学 化 21-学 院 化 学 S - 程 与 T_ 艺 专 业 , 研 究 方 向 : 从 事 石 油 化 T_设 计 作 者 简 介 : 高 巍 ( 1 一 ),
10、 男 , 北 京 人 , 中 级 职 称 , 年 毕 业 于 北 京 联 合 大 学 化学 院 化 学程 与 艺 专 业 , 研 究 方 向 : 从 事 石 油 化设 计 工 作 E -m a i l :g a o w e i w i s o n c o m 。 第 4 3卷第2期 高 巍:乙烯裂解炉及其管道设计 2 5 9 注汽所用稀释蒸汽都需经过过热 。 1 3 P y r o c r a c k型裂解炉 此型炉由林德公司开发 ,炉管构型有 p y r o c r a c k 4 2 、 p y r o c r a c k 2 2及 p y r o c r a c k l 一 1 。 通常
11、 , P y r o c r a c k 型炉由一个对流段和两个辐射段组成,根据不同的 炉管构型采用一级或二级急冷方式。 若为气体进料 ,常采用 p y r o c r a c k 4 - 2型或 p y r o c r a c k 2 - 2型炉管 。若为液体进料 ,常采用 p y r o c r a c k 1 - 1 型炉管,并采用一级急冷或二级急冷 方式 ;若裂解重质原料且采用二次注汽 ,则两次注 汽所用 的稀释蒸汽都需经过过热。 1 4 S C型裂解炉 s c型炉由凯洛格 、 埃克森 、 布朗路特公司共 同 开发。 S C型裂解炉通常 由一个辐射段和一个对流段 组成。炉管构型有 S
12、C l 、S C 一 2 、S C _ 4型 。S C 一 1 炉 管为单程小口径直管,原料由裂解炉底部进入辐射 段炉管。 对于 S C 一 2 型和 s c 一 4 型炉管, 原料由裂解 炉顶部进入辐射段炉管 。 若为气体进料,采用三级急冷方式。第三级急 冷锅炉用于预热裂解原料 ;若为轻质液体进料 ,则 采用二级急冷方式;若裂解重质原料,常采用一级 急冷方式。近期对裂解各种原料,均采用线性急冷 锅炉。 1 5 CB L炉 C B L炉由中国石化工程建设公 司、北京化工研 究院和兰州化工机械研究院共同开发。通常由一个 辐射段和一个对流段组成。炉型由C B L I 已发展 到 C B L V型
13、,原料可适用于乙烷 、石脑油 、轻质 柴油以及加氢尾油等 。其早期采用二级急冷 、二 级注汽技术 。 急冷锅炉通常布置在辐射段 的顶部 ,也可布置在辐 射段上方侧面。根据裂解原料轻重的程度,选用一 级急冷或二级急冷的方式 ,注汽采用一次注汽或二 次注汽的方式。 2 乙烯裂解炉的外形 乙烯裂解炉从结构上可分为单辐射室、双辐射 室结构 ,其外形如图 1 、2所示。 3 乙烯裂解炉的管道设计 3 1 管道布置的原则 ( 1 ) 乙烯裂解炉的管道布置应符合 S H 3 0 1 2 等 相关规定 。 ( 2) 对进出物料的管道应统筹规划 ,做到安 全可靠、整齐美观。 I l 且I l 、 、 m f 瓣
14、 =妙 r t I I 8 l I 4 量 1 l _ I I l 。 。 f j ! 竹 f 图 1 单辐射室结构 F i g 1 S i n g l e r a d i a t s e c t i o n h 舀 且 丌 n I l n 。 =a l l l 辛 = = U L J 哲 一 一 一 r 日 面E 玑习 日 酮 明 日 日 U 图 2 双 辐射 室结构 Fi g 2 Dou bl e r adi at s ec t i on ( 3)对于贵金属管道 ,在保证管道柔性及管 道对乙烯裂解炉管 口、急冷锅炉管 口的作用力和力 矩不超出许用值的情况下,应尽量减少管道长度。 ( 4 )
15、 管道布置不应妨碍急冷锅炉的安装和检 修。全可靠、整齐美观。 ( 5 ) 对乙烯裂解炉框架上的管道布置,应考 虑管道 的支承和柔性 ,宜利用管道的自然形状达到 自行补偿。 3 2 管道设计的特点 裂解炉区的管道以高温、高压管道为主,这部 分管道是裂解炉区乃至整个乙烯装置的重要管系。 在工程设计中,该管系的设计不仅关系到裂解炉区 相关设备及其他管道布置的优化,更直接影响着乙 烯装置安全、稳定 、长期地运行。 裂解炉区重要的高温高压管系包括横跨管、上 化 工 2 0 1 4年 2月 升及下降管 、裂解气管道及烧焦气管道 、超高压蒸 汽管道等。裂解炉的横跨管是指裂解炉 中连接对流 段炉管与辐射段炉管
16、之间的高温管线 ,通常设计温 度约 7 0 0 。 。上升管是指急冷锅炉与汽包之间输 送汽水混合物的管道 ,下降管是指汽包与急冷锅炉 之间输送锅炉给水的管道 ,其设计温度约 3 5 0 , 设计压力约 1 3 MP a 。 超高压蒸汽管道的设计温度约 5 4 0 ,设计压力约 1 3 MP a 。因此 ,裂解炉是乙烯 装置中高温及高压管道比较集 中的单元 ,管道设计 的特点就是温度高 、压力高 ,从而对应力分析及其 管架设计也有着较高的要求。 3 3 裂解气管道的设计 3 3 1 裂解气管道概述及其布置 裂解气是原料在裂解炉辐射段炉管内高温条件 下 ,大量吸热 , 发生碳链断裂或脱氢反应生成的
17、, 是 富含乙烯 、 丙烯等烃类的裂解产物 。裂解气管道是 指裂解炉急冷锅炉出口至汽油分馏塔之间的管系, 其 设计温度因所裂解 的原料类型和设备运行周期 的不 同而有所差异。一般情况下 , 裂解炉成排布置在主通 道旁, 炉前区管廊与裂解炉平行布置。 裂解气总管通 常分为两支对称布置在炉前区管廊平台上 , 而每台裂 解炉支管顺流向方向斜插入集合管 内。 这样布置 , 既 减小了裂解气集合管端头的压降, 也便于每台炉支管 的布置及裂解气大阀的安装操作。 由于裂解气管道 内 的介质带有粘性物质及焦粒 ,为了保证物料流动稳 定, 防止裂解气发生逆流和焦粒沉积在管道上, 裂解 气管道从急冷器出口至汽油分
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- 乙烯 裂解炉 及其 管道 设计
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