浅析加氢装置进料泵管道设计.pdf
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1、第 51 卷第 9 期2023 年 5 月广 州 化 工Guangzhou Chemical IndustryVol.51 No.9May.2023浅析加氢装置进料泵管道设计吕晓亮(中石化广州工程有限公司,广东 广州 510620)摘 要:泵作为常用的流体增压机械设备,在现代石油化工装置中具有极其广泛的应用。在工厂安全生产过程中,加氢进料泵保持连续稳定安全地运行对于维持整个装置的产能具有非常重要的意义。本文就某大型加氢装置中进料泵的管道设计规划,结合国内外相关规范标准,从设备平面布置、进出口管道合理规划和应力计算三方面进行讨论分析,为优化加氢进料泵管道设计提供实例,以达到进一步完善此类管道安全
2、、经济、美观的目的。关键词:加氢进料泵;平面布置;进出口管道规划;应力分析中图分类号:TE966 文献标志码:A文章编号:1001-9677(2023)09-0147-04Analysis of Piping Design of Feed Pump in Hydrogenation UnitLV Xiao-liang(SINOPEC Guangzhou Engineering Co.,Ltd.,Guangdong Guangzhou 510620,China)Abstract:As a kind of commonly used fluid pressurization machine,pum
3、ps have extremely wide applications inmodern petrochemical plants.The hydrogenation feed pumps maintain continuous,stable and safe operation in the processof plant,which is of great meaning for the production capacity of the entire factory.The piping design of the feed pumpsin one hydrogen unit util
4、izing the relevant standard was analyzed.The discussion was divided into three aspects that wasthe equipment layout,the inlet and discharge piping arrangement and stress analysis,in order to optimize the safety,economic and aesthetics of such pipelines.Key words:hydrogenation feed pump;layout;inlet
5、and discharge piping arrangement;stress analysis进入 21 世纪以来,全球能源行业持续飞速发展,炼化一体化可以实现工厂流程和总体布局的整体化和最优化,已成为全球炼油企业提高经济效益和市场竞争力的重要手段。由于工厂规模和单元装置大型化能够显著地节约投资、提高劳动生产率、降低生产费用以及提高资源综合利用,因此,大口径高温高压管道的使用也越来越普遍;但随之而来的一系列技术问题也成为所有管道设计人员无法避免的问题,其中以转动机械设备的管道柔性设计问题表现尤为突出:在完全符合工艺要求和流程的前提下,既要满足应力计算和管口受力的安全要求,也要满足所有阀门仪表
6、操作和各种检维修的空间要求,还要考虑经济成本的问题,同时也要尽量做到简洁统一美观。如何因地制宜,得出最优的设计方案是所有设计人员都应仔细思考的问题。本文将通过对某大型加氢装置中进料泵的管道设计进行分析,供大家讨论交流,共同进步。1 加氢进料泵布置的一般要求1.1 加氢进料泵的平面布置加氢进料泵一般采用露天环境安装布置:其优点为通风良好且节约占地;为便于检维修操作,应考虑安装时起吊空间和吊梁吊车的设置需要;由于加氢进料泵原动机长轴较长且整体体积较大,为了更好地整体规划管线和充分利用空间,在已了解泵管嘴开口方向和大致外形的情况下,可采用泵出口管嘴中心线取齐,泵和原动机中心线与管廊垂直,多台泵与管廊
7、平行的布置方式;泵间距需要在确定其操作面和检修面以后确定,其原则为管道必须不影响泵的维修和检查;优点为管道排列比较整齐,泵前也有方便系统的操作面,同时管架也容易规划1-4。该项目中,两台进料泵和一台洗油泵采用两开一备的运行工况。三台泵长宽尺寸约为 7600 mm2600 mm,且均为顶进顶出管口形式,原动机长轴长且占地面积较大,并且中间备泵采用蒸汽透平驱动形式,三台泵均备有油站和高位油箱,因此在进行平面布置时,主要考虑以下几点:(1)在已知泵基本尺寸的情况下,将泵与原动机中心线与管廊垂直布置,三台泵按照泵出口管嘴中心线对齐定位,沿管桥平行方向布置。(2)透平出入口管线阀门多且有孔板和减温减压器
8、安装要求,故中间泵两侧间距相对较大,以提供足够的阀门布置和操作空间。(3)加氢进料泵进出口和蒸汽透平管线均为大口径管线,阀门密集且相关保护线系统众多,气动切断阀膜头较大,为充分利用泵前端空间,且尽可能增大管道柔性考虑,在经过多次多重方案尝试后,决定在泵前端规划整体构架平台,将进出口管线分层布置2。如图 1 所示。148 广 州 化 工2023 年 5 月图 1 某加氢进料泵平面布置示意图Fig.1 Layout of the feed pumps in hydrogenation unit1.2 加氢进料泵的管道布置进料泵属于回转机械,在开工期间处于高速运转状态,转速高,流量大,要求操作平稳,
9、对受力敏感,一旦受到外力作用会发生噪声、震动甚至变形,造成轴承损坏,因此泵进出口管道对于管口的作用力和力矩必须符合制造厂或 API Std 610 的要求。通过合理的管道走向和支架布置,利用管道自身的柔性来吸收热态下的应力应变,可以改善管系及管口的受力力矩,提高管道安全性能。1.2.1 加氢进料泵进口管道设计为避免发生气蚀,泵进口管道的压力降应满足工艺要求且不应存在气袋,管道走向应秉承“步步低”原则,尽量避免上U 或下 U;若不能避免,应在高点加放空,低点加排凝。泵进口管道必须设置切断阀,用于泵的运转切换、维护和检修等,进口管道上的过滤器周围应有滤网抽出的空间,凝液可通过过滤器底部排凝阀处排净
10、。应尽量缩短管道长度和弯头数量;当进料泵形式为离心泵时,在进口管线最后弯头至泵进口管嘴之前,为了保证介质均匀进入泵内,不产生涡流或汽蚀,同时减少介质阻力,提高泵的效率,需要在泵进口处留有一定长度的直管段,如表1 所示3。表 1 进口管道最小直管段要求Table 1 Minimum straight pipe requirement of inlet piping泵类型进口管嘴方位最小直管段要求/D立式耦合泵与泵轴同平面1.5垂直于泵轴向4端部单吸泵不适用4顶进顶出单吸泵泵顶部4与泵轴同平面1.5双吸泵垂直于泵轴向(首选)3其它类型5 10对于本项目,三台进料泵运行工况属于两开一备,中间蒸汽透平
11、泵同时为两台主泵做备泵,备泵进口线在两分支线气动切断阀后二合一进泵。由于进口管线口径大,壁厚等级高,为增加管道柔性,经多次优化尝试发现,将变径大小头置于距管口较远处,同时在入口处管道设置 U 型,可以有效降低管嘴处受力和力矩情况,满足厂家对管嘴受力的要求。进口管线分支和阀门较多,气动阀膜头尺寸大,为充分利用泵前空间,将进口管线布置于构架平台上,整体统一规划,既满足阀门和过滤器操作检修要求,也能够降低配管热应力,同时便于支架设置,达到安全、经济、美观的效果。进口管道如图 2 所示。图 2 进口管道布置方案Fig.2 Layout of the inlet piping1.2.2 加氢进料泵出口管
12、道设计泵出口管压力损失不如入口那样严格,口径一般比进口管径小 1 2 级,以此增大流速,不易产生气阻;为了避免介质回流,在泵出口与切断阀之间应设置止回阀;同时泵出口管应设置放空线,用于开工时排气。当多台泵并排布置且为顶出时,多采用同侧落地布置管道阀门的形式,既可以便于阀门操作,也能够有效利用空间,并提高出口管道柔性。为了方便对泵体进行检维修,同时不影响进出口管线的布置,如果泵出入口与相连截止阀法兰间距过大,通常建议在泵出入口管嘴附近增加一对可拆卸的法兰4。对于靠近泵周围管道的支架设置时,不可生根于泵底座上;同时对于 DN150 mm 的管道支架应设置管墩。1.2.3 透平进出口管道设计备用泵采
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