聚烯烃装置淤浆管道的设计.pdf
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1、张敏聚烯烃装置淤浆管道的设计张敏(中石化上海工程有限公司,上海 200120)摘要:以淤浆法高密度聚乙烯装置的淤浆管道设计为例,从工艺流程、设备布置、管道设计、材料选择、应力计算及支吊架设置等多方面对淤浆管道的设计进行阐述,旨在为聚烯烃装置中淤浆管道的设计优化提供参考。关键词:聚烯烃;淤浆管道;设计中图分类号:TQ 221.21文献标志码:A文章编号:2095-817X(2023)04-0029-006淤浆管道是指将含有颗粒物质的液体或气体从上一个工序输送到下一个工序的管道。与输送一般液体和气体的管道不同,由于管道内的物料淤浆具有颗粒物大、易沉积、黏度高等特殊性质,在生产运行中极易导致管道堵塞
2、,影响生产效率,因此,对淤浆管道的合理设计,能够有效地提高装置生产效率和设备稳定性。本文以淤浆法高密度聚乙烯装置的淤浆管道设计为例,从工艺流程、设备布置、管道设计、材料选择、应力计算及支吊架设置等多方面对淤浆管道的设计进行阐述,旨在为聚烯烃装置中淤浆管道的合理设计提供参考。1 淤浆管道的相关工艺流程简介淤浆法高密度聚乙烯技术的生产流程主要包括:催化剂配制、聚合、分离干燥、脱气、造粒及掺混、溶剂回收、公用工程及辅助生产设施等七个生产工段。其中聚合反应是整个生产过程的关键环节,淤浆管道是聚合反应工段中的关键管道,它是整个装置生成最终产品的第一道反应产物。淤浆管道的工艺流程主要包含以下两个部分:(1
3、)淤浆外循环过程:从聚合反应器抽出部分淤浆,由淤浆循环泵送至淤浆外循环冷却器冷却到一定温度后,返回聚合反应器。主要设备包含反应器、淤浆外循环冷却器、淤浆外循环泵。(2)溢流淤浆的处理:聚合反应器内物料经溢流管口出料进入稀释罐分离为液相和气相,稀释罐内的聚合物淤浆减压后进入闪蒸罐,闪蒸后的聚合物淤浆 收稿日期:2023-06-21作者简介:张敏(1975),女,本科,主要从事配管工程设计工作。通过淤浆输送泵送至离心干燥工段。主要设备包含稀释罐、闪蒸罐、淤浆输送泵。淤浆管道的工艺流程示意图如图 1 所示,图 1中红色管线为淤浆外循环管道,绿色管线为溢流淤浆管道,图中红色加粗淤浆外循环泵入口管道为下
4、文主要分析管道。2 设备及管道布置与淤浆管道相关联的设备包括:聚合反应器、淤浆循环泵、淤浆外循环冷却器、稀释罐、闪蒸罐及淤浆输送泵。由于淤浆管道具有易堵塞、易沉积的特点,为保证设备及管道的稳定运行,结合聚烯烃装置在设备布置及管道设计方面的特殊性,设备布置时,成组的反应器应中心线应对齐成排布置在同一构架内 1,同时应按工艺流程顺序和同类设备适当集中相结合的原则进行布置,详见图 2。2.1 设备布置应考虑以下几个因素:(1)聚合反应器和闪蒸罐都带有搅拌装置,由于振动的存在,在设计结构框架时,一般会选择混凝土框架,以增加结构的刚度,利于减振,设备布置立面图中所有带搅拌器的设备均支撑在混泥土结构层,详
5、见图 3。(2)为了防止颗粒沉积,淤浆管道需要采用大半径弯头,与淤浆管相连的设备空间布置与管道直径及弯管半径有密切关系。淤浆外循环泵入口管道大弯管立面部分决定了反应器的安装高度,大弯管水平距离决定了反应器和淤浆循环泵的水平相对位置。(3)反应器及稀释罐等相关设备之间的立面布置。反应器溢流口与稀释罐进口要求无弯头直接连通,反应器溢流口斜向下 45 度,稀释罐进口斜向上29化 工 与 医 药 工 程第44卷第4期2023年8月出版Chemical and Pharmaceutical Engineering 2023,44(4)化工工艺与工程45 度斜向直连,因此稀释罐的安装高度主要取决于反应器溢
6、流口高度,由于设备布置和设备操作温度不同,两台设备管口在竖直方向的位移量不一样,如果采用直连方式,会造成设备管口应力过大,因此在稀释罐的支耳处增加弹簧支架,保证此段直连管道与之连接的设备安全运行。反应器溢流口与稀释罐直连详见图 3 设备立面布置图。聚合反应器、稀释罐、闪蒸罐上部均带有搅拌器,对于内部装有搅拌器或输送机械的反应器,应在顶部或侧面留出搅拌或输送机械的轴和电机的拆卸、起吊等检修所需的空间和场地 1,详见图 2、图 3。2.2 淤浆管道布置(1)浆液管道布置时,宜使管道短而直,弯管数量少,并不应出现死区。考虑到本装置实际运行过程中淤浆输送管道维护和清洗的便利性,同时考虑到施工过程中方便
7、管道焊缝处管道内壁抛光处理,在淤浆管道大弯管前后增加可拆卸法兰。当管道改变走向时,管道的弯曲部分应采用较大曲率半径的弯管。参考已投产运行成熟的相同装置大弯管曲率半径,本套装置淤浆管道弯管的曲率半径选用原则如下:直径小于 300 mm 选用 5DN 大弯管。直径大于等于 300 mm 选用 3DN 大弯管。(2)泵进出口淤浆管道的配置。在一般介质管道中,由于介质的流动较为平稳,管道中流速变化较小,对于水平吸入的离心泵,当进口管道有变径,当管道从上向下进泵时,宜采用顶平安装,但输送图 1 淤浆外循环及溢流反应流程示意图Fig.1 Process diagram of slurry external
8、 circuliation and ouerflow reaction process聚合反应釜 1聚合反应釜 2淤浆循环冷却器 2淤浆循环冷却器 2淤浆循环泵 1淤浆循环泵 2淤浆输送泵 1淤浆输送泵 2闪蒸罐 1闪蒸罐 2冷凝器 1冷凝器 2离心机淤浆稀释罐 1淤浆稀释罐 2图 2 淤浆反应器及相关设备平面图Fig.2 Layout chart of slurry reactor and related equipment含有固体介质或浆液时,应底平安装 2。淤浆管道中,因淤浆中含有固体颗粒,流动较为不稳定,管道中流速变化较大,如果泵进口大小头顶平,会导致固体颗粒在管道内沉积,增加管道阻力
9、,甚至造成泵的堵塞。因此,淤浆管道泵进口大小头应底平,这样可以避免淤浆稀释罐 1淤浆稀释罐 2淤浆输送泵 2淤浆输送泵 1淤浆循环泵 2淤浆循环泵 1淤浆循环冷却器 1淤浆循环冷却器 2聚合反应釜 1聚合反应釜 2闪蒸罐 1闪蒸罐 2装置管廊干燥分离东西向30化 工 与 医 药 工 程第44卷第4期2023年8月出版Chemical and Pharmaceutical Engineering 2023,44(4)颗粒在管道内沉积,保证泵的正常工作。淤浆外循环泵入口管道配管图如图 4 所示。30 60,如果支管角度超出此范围,因浆液管道介质特性极易引起管道堵塞。本装置淤浆管道支管连接采用夹角为
10、 45Y 型三通,三通前后均要求增加可拆卸法兰,方便淤浆管道清理维护。详见图 6。图 4 淤浆外循环泵入口管道配管图 Fig.4 Piping diagram of inlet line of slurry external circulating pump图 3 淤浆反应器及相关设备立面图Fig.3 Elevation plan of slurry reactor and related equipment(3)淤浆管道、固体颗粒管道一般不设高点放空和低点排净。当工艺流程上有要求时,放空和排净管径不应小于 DN25,放空阀或放净阀接管长度应最短,一般采用在管道上装设特殊的凸缘法兰(简称 PA
11、D 法兰)与阀门连接,省去连接短管,尽量减少死端长度防止浆液积存在短管内引起堵塞。本套装置淤浆管道低点排净采用图 5 形式。(4)淤浆管道上的分支管的连接形式。浆液管道的支管应顺介质流向斜接至主管,夹角大小可选图 5 PAD 法兰直连放净Fig.5 PAD flange directly connected and discharged图 6 带可拆卸法兰的 Y 型三通Fig.6 Y-tree with detachable flangeMIN 最短连接45(5)淤浆管道吹扫管线的设置。为防止装置停车时,浆液积聚在管道内壁堵塞管道,在浆液管道靠近设备进口或出口处应设置冲洗、吹扫管线,以便浆液能
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