劉永洲(南京金凌石化工程設(shè)計(jì)有限公司廣州分公司，廣東 廣州 510700)

關(guān)于石油化工裝置改造的設(shè)計(jì)探討

劉永洲(南京金凌石化工程設(shè)計(jì)有限公司廣州分公司，廣東 廣州 510700)

本文對石油化工裝置的改造設(shè)計(jì)流程、設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)展開討論，并通過列舉實(shí)際改造項(xiàng)目的案例進(jìn)行分析。

石油化工；裝置改造；設(shè)計(jì)

因?yàn)樯a(chǎn)技術(shù)在不斷的革新、化工產(chǎn)品的質(zhì)量要求日漸提高、環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)越發(fā)嚴(yán)格等原因，已建的化工裝置也不得不進(jìn)行升級改造或流程優(yōu)化。在工藝流程優(yōu)化改造過程中，如何進(jìn)行最優(yōu)的設(shè)計(jì)是裝置改造的關(guān)鍵。

1 工藝流程改造設(shè)計(jì)

某石油化工廠的制氫裝置共3萬、3.5萬和6.5萬三套制氫裝置，三套裝置毗鄰建設(shè)。產(chǎn)品氫氣設(shè)計(jì)純度是99.9%，但是6.5萬制氫裝置經(jīng)過多年生產(chǎn)使用后，如今產(chǎn)品氫氣的純度在92～98%之間，由于氫氣的純度會影響下游加氫裝置能耗，所以計(jì)劃將6.5萬制氫裝置的40000Nm3/h產(chǎn)品氫氣送至閑置的3.5萬制氫裝置PSA系統(tǒng)進(jìn)行再提純。由于3.5萬的PSA系統(tǒng)吸附劑配比是根據(jù)原料氣中主要雜質(zhì)是CO2來設(shè)計(jì)，而6.5萬產(chǎn)品氫氣中的主要雜質(zhì)是甲烷和氮?dú)猓栽偬峒兊臍錃庵?，其回收率不高。?jīng)過原設(shè)計(jì)的PSA廠商進(jìn)行核算，再提純的產(chǎn)品氫氣純度可達(dá)99.9%，其回收率約為88%。根據(jù)氫氣的回收率以及原有氫氣的組分，對氫氣送至PSA再提純的工藝流程進(jìn)行物料平衡計(jì)算，其計(jì)算結(jié)果如表1.1所示。

表1.1 3.5萬制氫PSA系統(tǒng)物料平衡表

根據(jù)提純后的產(chǎn)品氫氣量以及下游裝置的氫氣需求量，確定工藝流程優(yōu)化可行。改造后的PSA系統(tǒng)解吸氣要送至3萬制氫裝置的壓縮機(jī)入口進(jìn)行升壓，然后送至燃料氣管網(wǎng)。本次改造的解吸氣與3萬制氫裝置的解吸氣是混合后送入壓縮機(jī)，為了確保壓縮機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，必須確保進(jìn)氣壓力和進(jìn)氣流量的穩(wěn)定。所以在工藝流程設(shè)計(jì)過程中，就要考慮兩股氣體各自的流量、壓力、溫度等參數(shù)，并根據(jù)壓縮機(jī)的工況來調(diào)整新并入的解吸氣參數(shù)，如進(jìn)行流量控制和壓力調(diào)節(jié)。

通過分析上述氫氣再提純的工藝流程改造設(shè)計(jì)，可以總結(jié)出一個(gè)基本的工藝流程改造步驟：提出改造要求→分析工藝參數(shù)→核算工藝流程改造的可行性→設(shè)計(jì)工藝流程。其中，最重要的一個(gè)步驟是“核算工藝流程改造的可行性”。

對于石油化工裝置的改造，工藝流程改造的重要性都是處于第一位，因?yàn)槠渌麅?nèi)容的改造都是圍繞工藝流程而展開。

2 新增設(shè)備的選址

石油化工裝置的改造通常需要新增或更換設(shè)備，新增設(shè)備的布置位置成為改造項(xiàng)目的重點(diǎn)事項(xiàng)。當(dāng)用地確定后，就需要根據(jù)工藝設(shè)備的尺寸、設(shè)備性質(zhì)，結(jié)合周圍的現(xiàn)有建筑及設(shè)施情況，分析其是否滿足規(guī)范要求。若項(xiàng)目改造已經(jīng)確定了用地之后，通常也需要根據(jù)該用地周圍設(shè)施的情況，進(jìn)行設(shè)備的反向選型。即所選用的設(shè)備除了需要滿足工藝流程的需求外，還必須滿足可用地的實(shí)際情況。

例如某石油化工廠的污水處理裝置，需要增設(shè)一套催化氧化的廢氣處理設(shè)施，此廢氣處理設(shè)施需要使用雙氧水作為氧化劑，由于雙氧水不能直接被太陽光照射，必須放置在遮陽通風(fēng)的地方。業(yè)主初定將雙氧水儲罐放置在現(xiàn)有加藥間內(nèi)，而加藥間與配電間只有一墻之隔，對于甲類的雙氧水儲罐不滿足防火間距要求，故需要另外為雙氧水儲罐選址，并為其設(shè)置獨(dú)立的設(shè)備房，配套獨(dú)立的消防水噴淋冷卻裝置，確保安全。

新增設(shè)備的放置問題，必須結(jié)合裝置現(xiàn)有的情況，進(jìn)行雙向的分析確定，確保原有設(shè)施與新增設(shè)施的安全性。

3 管道改造設(shè)計(jì)

對于石油化工裝置的改造設(shè)計(jì)，只要涉及工藝專業(yè)，管道的設(shè)計(jì)就必不可少。

大部分的改造項(xiàng)目，新增管線都是布置在原有管廊或管架上，由于裝置長期以來的改造，原設(shè)計(jì)管廊預(yù)留的空位也比較緊張，所以新增管道的布置要緊湊、優(yōu)化。對于管廊布置密集的情況，可以考慮在原有管道的上方設(shè)置門型支架來支撐新增管道，門型支架的底部與支架下方的原有管道頂部必須預(yù)留足夠的檢修空間。如果新增的管道管徑較大，而且新增管道布置在已經(jīng)密布管道的管廊上，需要對管廊的承重進(jìn)行核算，以免管廊承重超過設(shè)計(jì)荷載。

管道尺寸主要分為Ⅰ系列和Ⅱ系列，Ⅰ系列管道的尺寸標(biāo)準(zhǔn)通常采用SH/T3405，而Ⅱ系列管道的尺寸標(biāo)準(zhǔn)通常采用HG/ T20553。同一個(gè)公稱直徑的管道，兩個(gè)系列的管道大部分外徑都不相同，例如公稱直徑為DN100的Ⅰ系列管道外徑為114.3mm，Ⅱ系列管道外徑為108mm。改造項(xiàng)目中不可避免的是新舊管道的連接，所以改造項(xiàng)目中所選用的管道尺寸系列需要與原裝置的一致，確保同一公稱直徑的管道能夠?qū)?yīng)連接。

4 結(jié)語

石油化工裝置的改造設(shè)計(jì)均涉及到裝置原有的設(shè)施，故在改造設(shè)計(jì)過程中除了滿足改造要求外，還必須是結(jié)合裝置現(xiàn)有的實(shí)際情況，分析改造的可行性。

裝置的改造除了工藝專業(yè)外，必須全面分析新增設(shè)施的情況以及裝置可用資源情況，在有限的資源環(huán)境下將裝置改造設(shè)計(jì)最優(yōu)化。