浅谈苯乙烯装置中脱氢反应区的设备布置

赵林涛

德希尼布(天津)化学工程有限公司上海分公司 上海 200235

苯乙烯是石油化工的主要基础产品和重要的有机化工原料，主要用于生产丁苯橡胶、聚苯乙烯、ABS树脂等有机材料，此外在汽车、建筑和电子等领域也有广泛的应用。苯乙烯的生产工艺主要有乙苯脱氢法、裂解汽油抽提蒸馏回收法、环氧丙烷-苯乙烯联产法以及丁二烯合成法等，其中乙苯脱氢法是目前国内外生产苯乙烯的主要方法。

乙苯脱氢法生产苯乙烯装置的核心区域是脱氢反应区，该区域经蒸汽过热炉加热后的过热蒸汽温度可达800℃以上，所以该部分管道需采用进口的高温合金钢材料，因其价格昂贵，采购周期较长，该区域设备布置的合理性对于提升整个装置的经济性尤为重要。

1 脱氢反应区的设备布置

苯乙烯装置脱氢反应区的核心设备包括2台脱氢反应器(第一脱氢反应器和第二脱氢反应器)、三合一换热器以及一台蒸汽过热炉；其中2台反应器和一台三合一换热器均为大型立式设备，蒸汽过热炉为装置提供过热蒸汽，为明火设备；设备布置时一般将三台立式设备一起做联合框架，蒸汽过热炉根据石油化工企业设计防火规范要求放置在靠近联合框架的地方。

1.1 脱氢反应器与三合一换热器的布置原则

(1)两台脱氢反应器为串联操作，为节省空间及管材，两台反应器宜就近布置，同时蒸汽过热炉有两条过热蒸汽管线分别给两台反应器提供过热蒸汽，这两条管线材质均为价格昂贵的高温合金钢，所以应尽量缩短这两根管道的长度；鉴于此，加热炉宜与两台反应器平行布置，最好与两台反应器的中心对齐，并在满足防火规范要求的前提下尽量靠近反应器布置。

(2)经过三合一换热器预热过的乙苯先后经过第一和第二脱氢反应器，反应产物经三合一换热器冷却后再输送到主冷凝区冷却，反应物余热可以通过三合一换热器预热原料乙苯。为节省材料及空间，三合一换热器一般靠近第二脱氢反应器布置。

1.2 三台设备的布置方案

根据工艺特点，这三台立式设备有以下两种常用布置方案。

第一种方案：三合一换热器与第二脱氢反应器中心对齐，且尽量靠近第一脱氢反应器，即三台设备中心成直角关系。关键设备平面布置图见图1。

图1 方案一所述平面布置图

第二种方案：第一、第二脱氢反应器和三合一换热器按顺序依次排列，即三台设备中心在一条直线上。关键设备平面布置图见图2。

图2 方案二所述平面布置图

以上两种布置方案都比较成熟，可根据实际情况来选择。

2 脱氢反应区框架设计及结构平台布置

确定好脱氢反应区关键设备的布置方案后，在确定第一、第二脱氢反应器和三合一换热器之间的结构层高和其平台布置时，需要把设备的外形尺寸、两个反应器和三合一换热器之间的相对高度关系以及它们附属的大口径高温管道布置综合起来一起考虑。下面就上述第二种布置方案展开讨论。

2.1 设备安装高度的确定

在满足工艺要求的前提下，为方便支撑，将第一脱氢反应器及三合一换热器均支撑在地面上；反应气经第一脱氢反应器后，需经过预热器进入第二脱氢反应器，为节省管材及空间，预热器与第二脱氢反应器直接连接，位于反应器的下方，所以第二脱氢反应器不宜支撑在地面上，应根据与预热器的关系安装在合适的高度上，即采用混凝土框架支撑。此外，在确定反应器支撑形式时，应考虑反应器下端方便催化剂的卸料。三者的相互关系见图3。

图3 苯乙烯装置反应区三台核心设备的典型布置

2.2 框架层高的确定及平台布置

确定反应器和换热器的安装高度之后，就可以根据设备上的人孔和大口径管口的配管情况，来布置框架的层高和平台。由于反应器和过热器可视为一个系统，所以这三个设备宜统一布置结构平台，平台的层高最好保持一致，做到整齐美观，并方便操作人员通行。

在布置结构层高时应注意两点：

(1)该区域内有大量高温管线，尤其是过热蒸汽管线操作温度高达800℃以上，所以在布置层高时应注意在满足净空要求的前提下结构梁底与该类管线能有足够的间距。

(2)因三台设备的操作温度均比较高，在装置运行状态下，设备会有一定的膨胀量，所以在布置结构层高时应考虑到设备管口因设备膨胀产生的垂直方向的位移，留有足够的余量。

3 脱氢反应区结构平台布置的注意要点

基于脱氢反应区的自身特点，三台核心设备采用联合框架，在布置结构平台时应注意以下几点：

(1)第二脱氢反应器顶部平台上高温安全阀组的布置。在苯乙烯装置中，第二脱氢反应器的顶部物料出口管线上的安全阀组及其周围主次梁之间的关系，是其中的一个难点。为了方便支撑，在安全阀进出口管道附近均有支撑梁，因部分安全阀组进口管道的正常操作温度在600℃左右，所以安全阀进出口管道周围的支撑梁需进行耐热处理。

(2)反应器框架顶部平台的催化剂进料口活动盖板布置。反应器结构顶部平台需考虑催化剂装料，在反应器的催化剂进料口上方平台开方孔以方便催化剂加料，因为添加催化剂的间隔时间比较长，所以这个催化剂开孔在相当长的时间内不会使用，为防止操作人员误踩催化剂开孔，在此开孔上加块活动盖板，使这个开孔平时不使用时封闭，使用时再开启。反应器中催化剂的填装是通过顶部吊装的方式，把催化剂吊至顶部平台，然后打开平台上的活动盖板，把催化剂倒入事先已和平台下催化剂填入人孔连接好的布袋来进行填料，所以对于活动盖板的布置，需要做到以下几点：①以反应器结构中心对称布置，并和下层平台开孔对齐，使其整齐美观，并且不影响平台上的人行通道和操作维修空间；②在催化剂吊装区域空间内，不应布置管道，使管道避开吊装区域，以免影响催化剂的填充；③顶部平台宜使用花纹钢板，能有效避免催化剂粉尘四处分散在反应器结构四周而影响操作人员的通行。

(3)关于高温膨胀节的支撑及操作平台设置。因为反应区有大量大口径高温管道，需采用大量高温膨胀节来吸收热应力；膨胀节质量较重，因此在布置结构时应充分考虑膨胀节的支撑问题。同时，膨胀节上面会安装就地压力表，因此需要在所有膨胀节处设置平台，以方便现场操作人员观看压力指示。

在设置操作平台时，应注意GB50160关于平台安全疏散通道设置的要求，对于甲类气体及甲、乙A类液体设备的平台，当平台宽度超过8m时，应设置不少于2个通往地面的梯子。

4 结语

脱氢反应区是苯乙烯装置的核心区域，脱氢反应器是该区域的核心设备，其他设备都应围绕反应器进行布置。本文探讨了脱氢反应区中两台反应器、蒸汽过热炉以及三合一换热器的一般布置原则，并简单归纳了该区域框架设计以及结构平台布置的基本原则以及一些注意要点。