加氢装置高压管道配管设计分析

李翔 卢毅（浙江工程设计有限公司，浙江 杭州310002）

0 引言

加氢装置高压管道配管应用在高温环境中，长期受到高温、高压以及腐蚀介质的影响，很容易产生燃烧、爆炸的风险，致使加氢装置及设备面临着腐蚀风险，合理设计高压管道配管，致力于满足加氢装置的使用，促使高压管道配管设计能够承受加氢工艺的运行压力。

1 高温高压管道配管设计

加氢装置高温高压管道配管连接着高温高压设备，如加热炉、加氢反应器等，高温高压管道配管的管道壁比较后，材料性能高，当加氢工艺中高温高压设备的温度升高以后，设备自身会有膨胀的表现，这时管道会承受着一些应力，这就要求配管设计中考虑应力的影响。从以下5个方面分析加氢装置中高温高压管道的配管设计，如下：

1.1 加热炉入口管道的配管设计

加氢装置工艺中，反应器进料加热炉入口管道位置设计了配管，石油的原油在反应进料泵的加压作用下加入氢气，利用高压换热器换热处理以后，输出高温高压状态的混轻油，再在两路下输送到加热炉内，管道中流动的介质是汽液两相状态，容易产生振动问题，这就要求在加热炉的入口位置设计一段直管段的配管，促使汽相和液相的介质可以混合起来，避免产生振动影响，为了实现加热炉内介质的均匀性就要均匀设计直管段配管。比如某石油工厂的加氢装置中，加热炉入口管道配管设计中使用了DN300管道，该管道材质为321SS，温度是352℃，压力是12.7MPa，在工艺入口位置根据水平直管段和立管直管段专门设计了一段配管，配管连接着加热炉入口的两个对称的管道，待介质充分混合之后再输送到加热炉内。

1.2 入反应器出加热炉的配管设计

加氢装置高温高压管道配管设计中，从加热炉出来再进入到反应器的过程中需设计一段配管，加氢反应器中进入的是混氢油气，出口对称设置了出口支管，加氢反应器的基础结构固定到地面上，同时设计了框架保护，支架固定到框架上，介质在反应器中的温度很高，反应器会在高温的作用下产生非常大的热膨胀，反应器和管道连接，热膨胀也会影响管道的设计和使用。加热炉出来的管道再接入反应器时，整个管道中的温度约380℃左右，压力15.2MPa，可以把配管设计成弯曲状态，弯曲的配管可以补偿管道受热后产生的热应力。配管设计中管道支架是较为重要的设计内容，建议采用弹簧支架、导向支架或者普通承重支架。支架位置要合理设计，这样才能排除支架自身对配管的设计影响。

1.3 急冷氢管道中的配管设计

急冷氢管道用于向催化剂床层注入急冷氢，以便控制反应器中催化剂床层的实际温度，急冷氢的温度是70℃左右，反应器的温度基本都在400℃左右，如果加氢工艺中反应器出现热膨胀现象，急冷氢管道就会有明显的上移现象，因此设计急冷氢管道中的配管时要做到柔性设计，配管和急冷氢装置上层梁平台中需要留出可用的空间，避免有回阀的情况。单向阀要靠近反应器安装，调节阀需布置在落地位置，这样方便应急操作，避免出现支架脱空的情况。急冷氢管道配管设计中还需增加弯管设计，弯管上要设计弹簧支架。急冷氢管道配管设计时选择材质为321SS 的DN100 管道，温度150℃/73℃，操作压力13MPa，弹簧支架设计时参考配管设计中的应力计算结果。

1.4 反应器到高压换热器管道的配管设计

加氢装置高温高压管道配管设计中，反应器到高压换热器管道之间的配管需以实际情况为主，一般情况下反应器和高压换热器的距离比较近，反应器出口管道的温度约400℃，配管设计时也要考虑热膨胀的影响，使用DN400 管道，操作温度为300℃，操作压力是11.4MPa，配管的长度要参考应力计算数值，计算出配管的长度之后再安排使用。

1.5 高压换热器配管设计

高压换热器的配管设计中，要考虑高压换热器管道热膨胀的影响，高压换热器管道热膨胀会有明显的作用力，这部分作用力冲击着高压换热器，主要是因为承载介质的温度偏高，致使管道产生了较大的膨胀量，再加上换热器内的空间偏小，无法调整管道的走向，这时就要设计配管，配管设计中分析管道应力，利用配管吸收换热器运行中的热膨胀影响，以免管道设计中有较高的作用力。高压换热器配管设计上选择DN400 管道，321SS材质，操作温度281℃，操作压力11.2MPa，配管设计中加装了弹簧，利用弹簧承载换热器运行时产生的作用力。

2 常温高压管道配管设计

冷高压分离器设备和循环氢脱硫塔的工作环境中，温度范围在50～60℃之间，加氢装置上配置有框架，框架上安装了梯子平台以及附属管道的支架，冷高压分离器设备以及循环氢脱硫塔设备上配有角式的调节阀，调节阀发挥着降压的作用，当冷高压分离器以及循环氢脱硫塔中的介质被角式调节阀处理后，压力降低后出现了气体闪蒸的现象，促使介质变为两种状态，也就是液态和气态，因此要在调节阀位置设计配管，可以采用直管设计的方法，管径长度不低于10～15 倍，以此来实现平稳管道中的介质，开启调节阀以后，连接调节阀的管道就会出现振动的现象，还需对管道设计卡箍型支架，提高配管设计的稳固性。

3 高压管道的支吊架设计

加氢装置高压管道中支吊架起到固定的作用，支吊架在高压管道中属于较为重要的设计，支吊架直接关系到高压管道的使用状态。加氢装置高压管道中，支吊架的设计中提出了两项原则，分别是：(1)高压管道配管设计中选择支吊架时，必须考虑支吊架的支承点，分析支承点位置承受的荷载，分析荷载的大小、方向，还要分析支承管在配管中发生位移的情况，掌握好所有情况之后才能选出匹配的支吊架，满足高压管道配管设计的需求；(2)配管中支吊架并不是统一的设计方法，要按照实际的情况规划支吊架的设计和使用，加氢装置高压管道配管要承载的介质温度不低于400℃时，一般建议使用不锈钢管、碳钢管道以及合金管道，这些管道除非是特殊情况，否则不能运用焊接类型的吊点及管托，以免造成支吊架事故。

4 高压管道配管的热处理

加氢装置高压管道配管中的热处理技术起到关键的作用，配管热处理前期要检查高压管道配管的设备性能，全面检查管道的状态，确保热处理符合高压管道配管的需求，避免热处理的温度过高而破坏管道配管。加氢装置高压管道配管热处理时较容易出现烧断加热片的问题，或者断片的问题，一定要预防出现这两种情况，优化热处理的过程。

加氢装置高压管道配管中还存在一类配管具备延迟裂纹的特征，这种管道热处理中还要增加一道工序，也就是焊接完配管之后，焊缝位置要实行30min的后热消氢处理，处理的温度设置为300℃～350℃，同时落实保温缓冷措施，待配管稳定后才能组织热处理。

加氢装置高压管道配管热处理设计中，所有参数都要符合国内外的执行标准，必须要确保热处理参数的规范性。高压管道配管热处理操作时，如果环境温度比较低，就要采取延长恒温的方法，提高热处理技术的实施质量，比如：某加氢装置高压管道配管设计案例中，高压管道配管焊缝两边的宽度约为焊缝宽度的3倍，经测量焊缝两边的宽度超过了25mm，热处理时要对该焊缝外围100mm的位置也实行延长恒温，还需封闭配管管道的两个端口，避免管内温度影响热处理的效果。

5 结语

加氢装置高压管道配管设计过程中，要注意区分高温和常温状态下高压管道的配管设计，同时落实支吊架的设计内容，做好配管的热处理工作，确保加氢装置高压管道配管设计能够满足工艺的需求。