催化裝置中催化劑管線的配管設計

孫冬梅(新疆化工設計研究院有限責任公司,新疆 烏魯木齊 830000)

催化裝置中催化劑管線的配管設計

孫冬梅(新疆化工設計研究院有限責任公司,新疆 烏魯木齊 830000)

本文結合某催化裝置如何防止催化劑磨損，從平面布置、管道走向、設計選材、施工要求等方面進行催化劑管線的配管設計。

催化裝置；催化劑；管道配管設計；參數選擇

催化裝置的核心中的核心是反再系統中催化劑的連續再生。在催化劑循環再生系統中控制催化劑磨損尤其重要。當前由于催化劑輸送管道及其支架還存在設計不合理、管道元件和切斷閥選型不合適、磨損程度嚴重等現象,部分催化劑輸送還經常出現阻力大、管道振動問題,對裝置的長時間高效安全運行產生了不利影響。所以催化劑管線的配管設計也要堅持防止磨損為目的，設計時需要綜合考慮平面布置、管道走向、設計選材、施工要求等催化劑的磨損有直接影響的因素，根據催化裝置的工藝原理，科學、合理布置相關設備，通過最大程度的縮短催化劑管線，來實現減少催化劑磨損的效果。

1 反應再生系統的工作原理

催化裝置中反再系統的主要設備包括再生器、反應器、再生器和反應器的上部料斗和下部料斗、閉鎖料斗和還原室。當催化劑通過反再系統各個關鍵設備后，將反碎粒和粉塵被淘析氮氣收集到粉塵收集器，經過催應——再生——再反應的連續重整流程?；瘎┰谧灾刈饔孟陆涢]鎖料斗流入再生器，在再生器內部，催化劑經過燒焦、氯化/氧化和干燥從催化劑在自重的作用下，將催化劑碎粒及粉塵與整粒催化劑分開。

2 管道元件材質選擇

選擇管道元件材質時要根據管道的設計溫度要求來確定，熱催化劑輸送管道元件材質一般包括不銹鋼和合金鋼兩種，不銹鋼耐高溫,能滿足從再生器中卸出溫度高達700℃度催化劑的要求，其余熱催化劑輸送管道元件一般選用合金鋼；冷催化劑輸送管道元件一般選擇碳鋼材質。裝置催化劑輸送管線要滿足內壓管道壁厚承載力要求。同時，為了使裝置能夠長時間運行，催化劑輸送管道壁厚確定是要充分考慮磨蝕的附加量。催化劑輸送無縫鋼管設計時，壁厚等級根據管徑的不同一般設計為Sch60～Sch80。管道中的彎頭、三通等管件壁厚也要滿足管道等強度，盡量使管件最薄處的壁厚、管件材質與相應管道壁厚和材質相一致。

3 閥門選用

因為催化劑固體顆粒磨損、閥門處催化劑易堵塞、主管道內介質雙向流等原因，管道中閥門的材質選擇時要與管道的材質匹配,通常選用 MPa金屬硬密封閘閥較多,但是因為閘閥閥槽容易被催化劑填塞,閥門密封面由于受催化劑直接沖刷而造成磨損，所以近年來逐漸被金屬硬密封偏心半球閥取代應用。密封偏心半球閥具有開關迅速、流通面積大、阻力小、密封面的直接磨損少、開關過程中能去除閥座密封面催化劑積垢等優點,但其設計和制造精度要求很高,一旦技術不過關容易在高溫時出現抱死現象。

4 管道應力分析

根據催化劑輸送管道的實際布置和工藝需要,催化劑輸送管道中的各閥門存在打開或關閉等多種組合狀態，相應管道冷、熱狀態組合形式也分為多種,與催化劑輸送管道相連的催化劑儲罐嘴子處端點因為工況條件的不同位移也不盡相同,進行管道應力分析時要考慮不同狀態的工況組合。

(1)數據輸入 數據輸入包括基本參數、管道單元結構參數和邊界條件三種，基本參數包括管道中各單元的管徑、壁厚、安裝溫度、計算溫度、計算壓力、管道材料、管道材料密度、輸送介質密度等；管道單元結構參數包括各單元的幾何形狀及尺寸、結構特征；邊界條件包括管道中各約束點的約束條件和附加位移、管道中集中荷載和分布荷載、彈簧支架等條件。根據確定的工況條件,將各工況數據正確輸入到Caesar 程序中,可獲得相應的管道應力分析結果。(2)應力校核 為防止管壁內應力過大造成管道自身破壞，需要進行應力校核。根據管道應力荷載的不同通常分為一次應力和二次應力，因壓力、重力和其他外力荷載作用所產生的力是一次應力，因熱脹冷縮、端點位移等位移荷載作用所產生的力是二次應力。將數據輸入Caesar 程序根據輸出結果,就可以自行開始應力校核,計算模型需要反復修改直到擁有滿意的結果。需要指出的是，Caesar程序尾巴沒有考慮風荷載、地震荷載，調整后管道中各處一次應力值如果不能滿足要求，需要對管道分支處進行補強、合理設置支架來降低一次應力；調整后管道中各處二次應力值不能滿足要求時,可以采取增加管道柔性、改變支架型式、降低應力集中處一次應力水平等措施,來降低二次應力水平。

5 設計原則

催化劑輸送管道設計時要盡量遵循簡化管系、縮短管道長度的原則。催化劑輸送管道的目標任務是為了實現催化劑輸送，要在滿足技術要求的前提下,在催化劑輸送管系中科學合理設計布置幾組三角形管線，盡量通過簡化配管來減輕管道流通阻力。同時管道變向盡量減少，確實需要變向時,要在相鄰兩彎頭之間預留足夠長度的直管。在管道中要合理設置工業風輸送和松動點,輸送風管道與催化劑輸送管道順介質流向連接,盡量滿足催化劑雙向輸送需要，并要設置閘閥和截止閥來進行切斷開關和調節風量。同時，管道支架設計也要按照管道應力分析結果,考慮分析不同工況校核支架的適用性，為防止管道振動或堵塞,管道中要盡量設置足夠剛度的剛性支架,少用彈簧支架，支架材質一般選用碳鋼。

6 結語

催化劑管線的配管設計較為復雜，必須先規劃好催化劑管線的走向，按照催化劑管道設計要求嚴格施工，確保管道施工質量，為其順利高效運行提供保障。

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