浅谈30万吨/年聚丙烯项目装置设计

分类：建筑设计论文发表 时间：2012-06-24 10:31 关注：(1)

　　摘要：对管道的特点，介绍了管道的各种设计，包括装置布置设计、配管设计、管道应力设计、设备和管道的隔热设计、设备和管道的涂漆设计等，结合案例对管道设计更进一步研究，对管道的设计具有指导意义。

　　关键词：管道设计 装置 应力 配管

　　1 工程概况

　　本套30万吨/年聚丙烯项目装置布置占地面积约51007m2。共有设备约318台套，聚合区占地面积约为105m×71m，设备为露天布置。挤压造粒单元布置在封闭厂房内，占地面积约为47m×44m。本装置为引进意大利Lyondell-BASELL公司的SPHERIZONE新工艺技术，TECNIMONT公司负责工艺包设计的年产三十万吨均聚物、无规共聚物的聚丙烯装置。

　　2 装置布置设计说明

　　2.1聚合区设备布置

　　按照工艺流程的顺序，聚合区内管廊以西，从北到南依次为、丙烯乙烯精制、丙烯供料罐、催化剂制备、反应框架、脱气干燥框架、共聚丙烯循环压缩。聚合区内管廊以东，从南到北为丙烯循环气压缩、氢气循环气压缩、聚丙烯干燥循环、丙烯排放、氢气精制、冷冻单元及凝结水回收、夹套水冷却。聚合区四周设明沟，盖有篦子板，把汇集的雨水、消防水和地面冲洗水排放至聚合区东南侧的污水池。

　　3装置设计

　　3.1 装置布置的原则

　　本装置的总平面布置原则是根据工艺生产特点、管廊以及各公用工程的现有接口条件，在有利生产、方便管理、满足安全的前提下，按工艺流程顺序确定工艺单元的相对位置，根据《石油化工企业设计防火规范》的要求确定间距，对于防火、防爆、防腐要求相近的适当集中布置，并考虑与全厂总面的衔接的原则上，还应满足下列要求：

　　(1)装置布置设计应满足工艺流程的要求按物流顺序布置设备，对处理腐蚀性有毒粘稠物料的设备按物料性质紧凑布置，考虑事故因素，并按其分组，与其它区分开布置。建筑物如控制室、实验室应布置在非危险区。道路应布置成消防车易通行并避免死端。

　　(2)根据方便操作，便于安装和维修，经济合理和整齐美观的要求安排设备间距、净空高度，考虑操作通道及梯子平台的设置。

　　(3)根据风向条件确定设备、设施与建筑物的相对位置。

　　(4)根据气温、降水量、风沙等气候条件和生产过程或某些设备的特殊要求，确定设备露天布置、半露天布置和室内布置。

　　(5)根据装置竖向布置，确定装置地面零点标高与绝对标高的关系。

　　(6)根据地质条件，合理布置重荷载和有振动的设备。

　　(7)在满足生产要求和安全防火、防爆的条件下，应做到节省用地、降低能耗、节约投资、有利于环境保护;

　　(8)设备、建筑物、构筑物宜布置在同一地平面上。当受地形限制时，应将控制室、变配电室等布置在较高的地平面上。

　　(9)内装有毒物质或某些腐蚀性的化学物质的设备应布置在一起，并考虑防腐措施。

　　3.2 标高的确定：

　　(1)装置的标高首先必修确定基准标高。如本项目的相对标高按100.000m(对应基准点±0)为基准，与这个标高相对应的绝对标高为146.60m，除控制室和主变外，其它建筑室内标高高于基准点150mm。

　　(2)再确定装置内各设备的基础标高。有原则上按工艺流程走向来定位标高。其中必须符合规范所要求的保证防火、防爆、安全生产

　　设备基础标高参考下表。以下数据可以根据装置的特性作适当调整。

　　设备名称距地面或平台的高度mm

　　离心泵的底板底面大泵100(最小)

　　中、小泵200

　　梯子、平台、管架等基础顶面100

　　卧式容器和换热器 注底面600(最小)

　　立式容器和特殊设备环形底座或支腿底面200

　　鼓风机、往复泵、卧式和立式的压缩机等按需要

　　注：卧式设备的基础标高应考虑设备底部排液管、出入口配管以及泵净正吸入压头(NPSH)的具体情况而定。保冷设备在基础与鞍座之间加150mm的保冷木块。

　　4配管设计

　　4.1管道布置设计技术规定

　　(1)厂区内的全厂性管道的敷设应与厂区整体协调，管廊上大直径管道应靠近管廊柱子布置，小直径、气体管道、公用工程管道宜布置在管廊中间，工艺管道宜布置在与管廊相连接的设备一侧，需设置“Π”型补偿器的高温管道，应布置在靠近柱子处，且“Π”型补偿器宜集中设置，低温管道和液化石油气管道，不应靠热管道布置。对于双层管廊，气体管道、热管道、公用工程管道、泄压总管、火炬干管、仪表和电气电缆桥架等宜布置在上层;一般工艺管道、腐蚀性介质管道、低温管道等宜布置在下层。

　　(2)塔的布置每一条管道应尽量沿塔体布置，塔上接管应靠近管廊一侧，人孔布置在检修一侧，人孔中心距平台高度一般为750mm至1250mm，最适宜高度为900mm，人孔盖的开启方向不应妨碍检修和人员通行。

　　(3) 换热器管道布置应方便操作并不妨碍设备检修，管道布置只能出现一个高点和一个低点，避免中途出现“气袋”或“液袋”，并设高点放空，低点放净，在换热设备区域内应尽量避免管道交叉和绕行。如果管道下方是设备的可拆部分，则一般在此管道上也要设可拆卸段，以便于下方设备的拆卸。换热器设备的进出口管道上的测量仪表，应靠近操作通道及易于观察和检修的地方安装，与换热设备相接的易凝介质的管道或含有固体颗粒的管道副线，其切断阀应设在水平管道上，并应防止形成死角积液。

　　(4) 泵的管道布置不得影响起重机的运行，包括吊有重物行走时不受管道的阻碍，配管应留出合适的通道宽度及阀门的高度，泵的配管应满足泵对净正吸入压头的要求，当入口处有变径时，应采用偏心异径管，并在低点增加排液口。泵的入口管道,如果工艺要求安装临时过滤器,需设置一段可拆卸短管，以便安装临时过滤器，当泵出口管道垂直向上时，应根据需要在止回阀出口侧管道(或止回阀盖上钻孔)安装放净阀，亦可在止回阀出口法兰所夹的排液环的接口安装放净阀，泵出口压力表应安装在泵出口与第一个切断阀之间的管道上,且易于观察处，泵出口阀应布置在便于操作的高度或设置小平台操作。泵的配管要符合管道柔性的要求。

　　(5) 压缩机管道布置的设计应按照《化工装置管道布置设计工程规定》HG/T 20549.5.8所述的设计原则进行管道布置设计，对往复式压缩机管道布置，除要考虑柔性分析外，还必须进行震动分析，直到两种分析都合格后，配管设计才认为合格，往复式压缩机管道布置应尽量的低，支架设置在地面上，进出口管道布置应短而直，尽量减少弯头数量，进出口管道应不影响检修吊车行走。

　　4.2其它要求

　　(1)管道跨距

　　管道跨距应能满足管道对强度和刚度条件的要求，一般取二者中的小者作为最大管道跨距。管道布置设计应考虑便于做支吊架的设计，使管道尽量靠近已有建、构筑物，管道应集中成排布置，裸管的管底与管托底面取齐，以便设计支架。管道支吊架应设在不妨碍管道与设备的连接和检修的部位。

　　(2)管道与仪表的接口

　　管道上的仪表接口与其他管道组成件之间的相互位置应与P&ID一致。

　　仪表安装要求、接口连接形式及尺寸应符合自控专业的规定，材料选用应符合管道等级的规定。

　　就地仪表接口宜设在仪表读数清晰可见的位置。

　　(3)伴热及夹套设计

　　为了防止管线冻结或减少介质粘度，根据工艺要求，将采用热水伴热;对于热水压力不能达到的聚合区反应框架顶部采用蒸汽伴热;为有效地进行温度控制，防止管道温度过热，应采用电伴热。蒸汽、热水伴热及夹套伴热的设计应根据相应的工程规定和P&ID的要求执行。

　　(4)静电接地

　　对在爆炸及火灾区域内的氢气、丙烯气、催化剂等易燃易爆的工艺管道，根据工艺要求采取防静电措施，管法兰需做防静电跨接，并通过设备或钢结构接地。管网在进出装置区处、不同爆炸危险环境的边界、管道分岔处的管道应进行接地，对于长距离的无分支管道，应每隔80-100m与接地体可靠连接。

　　5管道材料等级设计

　　管道材料等级设计用于在P&ID 流程图和公用工程流程图上所标注的管道材料。专利或标准设备(或成套装置)配套完成的管道系统则根据设备制造商的标准设计。

　　当管道与设备相连时，此规定适用于以下几项：

　　(1)设备管口处的配对法兰、垫片、螺栓和螺母。

　　(2)仪表管线上的第一个法兰式切断阀①、垫片、螺栓和螺母及承插、螺纹连接的切断阀。

　　(3)安全阀的配对法兰、垫片、螺栓和螺母。

　　(4)设备制造商的设备本身的管子同甲方供货的管子接点处的配对法兰、垫片、螺栓和螺母。

　　注①：第一个切断阀是指在设备接管上最靠近仪表的阀门。

　　6 管道应力设计

　　管道应力分析设计应保证管道在设计和工作条件下，具有足够的强度和合适的刚度，防止管道因热胀冷缩、支承或端点的附加位移及其它荷载(如压力、自重、风、地震、雪等)造成的问题。

　　7 设备和管道的隔热设计

　　设备和管道隔热设计针对本装置中热和冷的介质保温层的设计、安装和材料提出要求。适用范围为P&ID图和公用工程流程图中标注的设备和管道的隔热设计，但不包括由制造厂完成的隔热的设备。

　　8 设备和管道的涂漆设计

　　设备和管道涂漆设计包括了设备和管道的外防腐涂漆工作的总要求，主要针对非定型设备(如塔、容器、换热器等)，转动设备(如机泵，压缩机等)和全部管道材料，在线仪表，定型设备、成套设备、电气设备、仪表设施、钢结构的外防腐也应参照本规定。本规定不包含非定型设备，塔，容器，换热器等的内部涂漆。

　　9 结语

　　管道工程投资大、整体性强，因此在管道设计、材料设备选用、施工及将来的运行管理中应充分考虑管道的安全性能，以确保其运行安全，为国民经济的发展发挥出应有的作用。