催化裂化烟气轮机入口管道的设计

《催化裂化烟气轮机入口管道的设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《催化裂化烟气轮机入口管道的设计（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、催 化 裂 化 烟 气 轮 机 入 口 管 道 的 设 计青 杨 祁鲁海 中石化洛阳石化工程公司 洛阳 471003摘要 介绍催化裂化烟气轮机入口管道的材料选用 、 布置方式 、 受力分析和设计要点 。关键词 烟气轮机 入口管道 设计催化裂化技术是炼油工业中最重要的二 次 加工 工艺 , 随着催化裂化技术的不断发展 , 特 别 是 原 料中掺炼重油 、 渣油比例的提高 , 再生烟 气 的 温 度 、 压力越来越高 , 主风机功耗也相应越 来 越 大 。 催化裂化装置的再生烟气含有大量可回 收 的 能量 , 约为 800MJ / t原料 。为 了降低装置能耗 , 节约运行费用 , 近 年 来 对

2、 于大 、 中型催化裂化装置均采用烟气轮机 ( 以下 简称烟机 ) 回收再生烟气的能量 , 用来驱 动 主 风机或发电机 。烟 机 在 高 温 含 催 化 剂 粉 尘 的 烟 气 中 工 作 , 操 作 条 件 苛 刻 , 因 此 对 烟 机 进 出 口 管 嘴 所 受 的 力 和 力 矩 的 要 求 极 为 严 格 。 而 且 再 生 烟 气 管 道 温 度 高 、管 径 大 , 需 考 虑 的 问 题 复 杂 , 烟 机 入 口 管 道 设 计 的 合 理 与 否 , 不 仅 直 接 关 系 到 烟 机 的 正 常 操 作 和 使 用 寿 命 , 也 会 影 响 整 个 催 化 裂 化 装

3、 置 正 常 运 行 。为了保证管道材料在高温下的机械强 度 , 以上材料必须严格控制其含碳量不得小于 0104 % 。112 保温为了减少管系的自重 , 降低摩擦力 , 管 道 外 保温材料选用耐高温轻型材料 , 保温材料密 度 应 小于 200 kg/ m3 。 根 据 介 质 的 设 计 条 件 、 各 种 隔 热材料的性能及其使用范围 , 烟机入口管道 外 保 温 材料可选 用 复 合 硅 酸 铝 镁 或 硅 酸 铝 纤 维 制 品 。 优 先选用憎水型隔 热 材 料 。 同 时 , 为 了 防 止 Cl - 对 不 锈 钢 管 道 的 腐 蚀 , 隔 热 材 料 按 ( GB/ T1

4、7393) 覆 盖 奥 氏 体 不 锈 钢 用 绝 热 材 料 规 范 的要求选用 。113 法兰 、 螺柱及螺母根 据 介 质 的 设 计 条 件 , 烟 机 入 口 嘴 子 法 兰 与 管 道 同 材 质 , 法 兰 为 标 准 法 兰 , 其 技 术 要 求 按 相 应 的 标 准 执 行 , 其 设 计 温 度 按 管 道 的 工 作 温 度 进 行 计 算 。 其 紧 固 件 应 选 用 双 头 螺 柱 及 螺 母 , 双 头 螺 柱 及 螺 母 材 料 分 别 为 : GH132 ( 0Cr15Ni25 Ti22MoAlVB) 和 0Cr19Ni9 。114 波纹管膨胀节波纹管用材

5、料按工作介质 、 外部环境和 设 计 温 度等 工 作 条 件 适 当 选 用 。 一 般 选 用 高 铬 镍 合 金 , 除了满足烟气的高温外 , 还能抗饱和温 度 下 Cl - 腐蚀和高温 下 连 多 硫 酸 的 腐 蚀 。 根 据 设 计 和 使用经验 , 烟机入口膨胀节的波纹管材质 宜 选 用 Inco nel600 、 Inco nel625 或 FN2 , 并 且 应 作 固 溶 处理态 。波纹管膨胀节的其它附件的材料以及各 自 的 计 算按 ( GB/ T12777) 金 属 波 纹 管 膨 胀 节 通 用 技术条件 的要求进行 。材 质1111 管道操 作介质 为 烟 气 (

6、含 固 体 催 化 剂 颗 粒 ) , 温度 为 600 700 ( 最 高 800 ) , 压 力 为 012 013M Pa , 该管 道 材 质 需 要 选 用 耐 高 温 奥 氏 体 不 锈钢 。根 据近几年设计和用户操作的实际经 验 , 并 结 合材料加工工艺性能 、 焊接性能和经济性 等 综 合 考虑 , 当烟 气 设 计 温 度 680 时 , 材 质 选 用0Cr18Ni9 ( 304 ) , 当 烟 气 设 计 温 度 680 时 ,材 质 选 用 0Cr18Ni12Mo2 Ti ( 316 H ) 。据 测 定0Cr18Ni9 这种 材 料 在 高 温 下 具 有 较 高

7、的 强 度 及 抗 晶间腐蚀的性能 。 近几年新设计的烟机入 口 管 道材质大多数选用 0Cr18Ni9 。 杨 青 : 工 程 师 。 1992 年 毕 业 于 抚 顺 石 油 学 院 。 一 直 从 事 管 道 设 计 工 作 。 联 系 电 话 : ( 0379) 4887481 。2004 ,14 (3) 杨 青等 催化裂化烟气轮机入口管道的设计 29212 立面三铰链立 面 三 铰 链 即 三 维 立 体 “Z”型 的 布 置 形 式 , 又可分为两种 : 其一是用固定支架在 垂 直 管 道 上合适的位 置 将 “Z”型 管 系 分 解 成 两 个 二 维 平 面 “L ”型 , 每

8、 个 “L ”型 管 系 各 设 计 一 组 三 个单式铰链型膨胀节 ; 其二是在垂直管道上 设 两 个单式万向型膨胀节 , 水平管道上设一个单 式 铰 链型膨胀节 。 对于垂直和水平管道较长 , 热 胀 量 大 的 “Z”型 管 系 , 建 议 采 用 第 一 种 补 偿 方 式 ; 对于热胀量较小的管系 , 最好采用第二种补 偿 方 式 。立面三铰链的布置形式 , 烟机入口管道 不 在 同一平面内 , 根据以上介绍该种布置有两种 补 偿管 道 的 布 置在设备平面布置时 , 根据三旋的型式 、 烟 机 进 出口管道管径的大小 、 厂房的形式 , 充分 考 虑 三旋与烟机 之 间 的 距 离

9、 , 并 根 据 应 力 分 析 结 果 , 合 理调整 二 者 间 距 。 在 满 足 工 艺 、 施 工 、 运 行 、2维 护 、 检修要求的前提下 , 尽可能紧凑布 置 ,缩 短烟气管道长度 , 减小烟气的温降和压 降 ,低能耗 , 提高能量回收效率 , 减少投资 。以降由 于烟气 温 度 高 , 且 不 允 许 有 异 物 进 入 烟机 , 因 此 烟 机 入 口 管 道 不 能 按 冷 壁 ( 即 衬 里 管 道 ) 设计 , 应采用耐热不锈钢板卷管 。 耐热 奥 氏 体 不锈钢在高温下热胀量较大 , 为了吸收管 道 的 热 胀量 , 减小热态作用在烟机入口管嘴上的 力 和 力 矩

10、 , 设 计 时 烟 机 入 口 管 道 上 设 置 铰 链 型 补 偿 器 。 一般采用三铰链的布置形式 , 利用波型 补 偿 器的角变形来吸收管道各个方向上的热胀量 。根 据 烟 机 和 三 旋 的 相 对 位 置 , 并 考 虑 到 烟 气 含 催 化 剂 颗 粒 和 水 蒸 汽 的 特 点 , 目 前 烟 机 入 口 管 道 的 布 置 型 式 主 要 有 平 面 三 铰 链 和 立 面 三 铰 链 两 种 。211 平面三铰链平面三铰链 即 二 维 平 面 “L ”型 , 整 个 烟 机 入 口管道采用一组三个单式铰链型膨胀节来 吸 收 管 道和端点附加位移 , 并且将管道布置在同

11、一 平 面内 , 见图 1 。 图中波 1 、 波 2 、 波 3 均为单式铰 链型膨胀节 。形 式 ,2 。下 面 仅 示 意 一 种 常 用 的 补 偿 形 式 , 见 图图 2 立面三铰链的布置形式11 至 双 动 滑 阀 21 弹 簧 支 架 31 高 温 闸 阀 41 高 温 蝶 阀51 烟 机 入 口 法 兰 61 摆 式 支 架立 管上 的 波 2 、 波 3 为 万 向 铰 链 型 膨 胀 节 , 水平管上波 1 为单式铰链型膨胀节 , 此种布 置 形 式可以吸收管道三个方向的热胀量 , 但管系 产 生 的力和力矩较平面三铰链复杂 。如果装置平面布置允许 , 建议首选二维 平

12、面 “L ”型 布 置 , 即 三 旋 中 心 线 与 烟 机 入 口 轴 线 取 齐布置 , 这种设计图形简单 。 在设计条件相 同 的 条件下 , 产生的力和力矩较小 , 相对来说可 以 节 省投资 。图 1 平面三铰链的布置形式11 至 双 动 滑 阀 21 弹 簧 支 架 31 高 温 闸 阀 41 高 温 蝶 阀51 烟 机 入 口 法 兰 61 摆 式 支 架 计 算本文仅对采用一组 3 个单式铰链型膨胀 节 来330 化工设计 2004 , 14( 3)CHEMICAL ENGINEERING D ESIGN吸 收管道热 补 偿 的 方 案 ,系进行计算和探讨 。即 二 维 平

13、面 “L ”型 管 为持续性荷载 , 并且在烟机开停工和正常运 行 的全过程 , 气流冲力及竖直管的偏转力为变化 的 持 续性荷载 。(2) 根据以上膨胀节的变形角度和变形 反 力 计算式可以看出膨胀节铰点间的距离大小直 接 决定 变 形 角 度 和 变 形 反 力 的 大 小 , A 、 C 数 值 越 大 , 变形角度 和 变 形 反 力 越 小 , 而 B 值 应 取 尽 可能小的数值 。(3) 在烟机正常运行中 , 竖直管道产 生 的 偏 转 力是影响 烟 机 入 口 法 兰 受 力 的 一 个 重 要 因 素 。实际计算表明管径越大或该段管子越长 , 所 产 生 的偏转力在整个烟机入

14、口法兰受力中占的比 例 越 大 。(4) 摆式支架的摩擦力虽然在烟机入口 法 兰受力中 , 所占比例较小 , 在工况稳定时摩擦 力 可 以忽略 , 但因国内烟机普遍开工周期较短 , 开 停工较频繁 ; 同时烟气温度也经常波动 , 这些 都 将 导致摩擦力的存在 , 因此降低摩擦力是改善 烟 机入口法兰受力的一个重要手段 。 主要方法 有 : 在满足有关条件的前提下 , 尽可能缩短水平 管 道的长度 , 以减小摆式支架的正压力 ; 在水 平 管道上设置合理的弹簧吊架 , 使其承担一部分 管 道 重量 , 从而减小对摆式支架的正压力 ; 减 小 摆 轴半径和加长摆板长度 ; 设法降低摆式支 架 的

15、 滚动摩擦系数 。311 膨胀节变形角度及入口法兰受力(1) 各膨胀节变形角度计算式变形 50 %考虑 ) : 2a1 = arcsin 2A(按膨 胀 节 预 21 + B Aa2 = arcsin 2Ca3 = a1 + a2(2) 各膨胀节一个波峰的当量位移 :Dm aEi = 2ni (i = 1 , 2 , 3)i180(3) 各膨胀节由于变形产生的弯距 :KDmmai = Ei (i = 1 , 2 , 3)4(4) 各膨胀节变形反力 :Ma2 + Ma3Fa1 = (水平方向 )CMa1 + Ma3 (竖直方向 )Fa2 = A(5) 摆式支架摩擦力 :F1 = G r/ h(6) 烟机前水平管道弯头处由于气流 方 向 改 变的冲力 :F2 = 2 S V2 sin45 (水平力与竖直力相同 )(7) 竖 直 管 道 由 于 波 1 变 形 而 产 生 的 偏 转管 道 的 预 变 形预拉伸是指在冷态安装时 , 使管系产生 一 个 初始位移和初应力的一种方法 , 其目的是改 善 和 平衡冷热态管道的受力状况 , 降低管道对设 备 和 支架的推力 。 烟机入口管道采用较大的预变 形 可 使热态时膨胀节的变形减小 , 从而使其变形 反 力 相应减小 。 一般在安装状态下对管道进行水 平 和 垂直方向的预拉 , 预拉量一般为