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    固定床反应器布置与平台设计.pdf

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    固定床反应器布置与平台设计.pdf

    CHENⅡCAL ENGINEER矾G DESIGN 固定床反应器布置与平台设计 吴艳波 中石化宁波工程有限公司 宁波315103 摘要 对立式固定床反应器各部件的不同设计形式进行分析对比,阐述多台反应器集中布置及平台设置 的设计原则。了解和掌握固定床反应器设计的相关知识,提高工程设计质量和设计水平。 关键词 反应器设备布置平台设计 固定床反应器又称填充床反应器,装填有固 体催化剂或固体反应物以实现多相反应过程的一 种反应器。固定床反应器主要用于气固相催化反 应,应用广泛,如合成氨、合成甲醇、煤制氢气、 天然气制氢气等。了解和掌握固定床反应器设计 的相关知识,对提高工程设计质量和设计水平至 关重要。 1 反应器部件形式与平台设计 固定床反应器各部件的设计形式多种多样, 熟悉并掌握各种设计形式的优缺点及适用情况, 在工程设计中可以更合理的布置反应器及其平台 设计。 1.1人孔 固定床反应器顶部通常需要设置人孔,用于 催化剂装填和内件检修,人孔大小一般为DN500 600。人孔设计形式主要有四种,见图1。 \ 、 、 I、\\ I L一 A 0 U 图1 人孔不同设计形式对照图 当工艺气管口比人孔直径小三级或三级以上 时,通常采用A形式设计人孔,将人孔与工艺气 管口合用一个管口。该设计方式通常需要在工艺 气管线上靠近人孔处设置可拆卸短管,同时,与 可拆卸短管相连的管道应考虑设承重支架,在反 应器人孔打开时支撑进口管道。当工艺气管口与 人孔直径相当或比人孔直径大时,需要单独设置 人孔,常见的设计形式有B和C两种。B形式人 孔受力较好、制造较容易,但催化剂装填较困难。 C形式人孔受力不好、制造较困难,但催化剂装填 较容易。D形式人孔设置在反应器侧面,在顶部设 置专门的催化剂装料口,该形式在国内的工程设 计中很少采用。 反应器人孔设计形式不同,平台设置要求也 不同,A、B及C三种形式,只需要在反应器顶部 设置一层平台即可满足催化剂装填等操作要求,D 形式除了要在反应器顶部设置一层平台,在人孔 下方还需要再设置一层平台。 1.2催化剂卸料口 固定床反应器底部通常要设置催化剂卸料口, 在催化剂老化失活时将其卸出。反应器支撑形式 不同,催化剂卸料口设计形式也不同。常见的设 计形式主要有三种,见图2。A形式卸料口管径一 般为DN200~250,卸料过程中,只需要将法兰盖 打开,将塞子拔出,催化剂依靠重力从反应器中 自流出来,操作简单方便。B形式卸料口管径一般 为DN450500,卸料过程需要人工辅助卸料。A 和B两种形式主要用于反应器采用裙座作为支撑 结构。当反应器采用支耳支撑时,多采用C形式 设计催化剂卸料口。 『 I l 艺气 几 支 气U A B C 图2催化剂卸料口不同设计形式对照图 吴艳波高级工程师。2002年毕业于郑州大学化学工程与工艺专业。从事化工管道设计工作。联系电话057487974676 Emailwuyb.8necsinopee.eom。 U 吴艳波 固定床反应器布置与平台设计 41 无论反应器催化剂卸料口采用何种设计形式, 反应器布置时都要求将卸料口布置在靠近催化剂 装卸区一侧,卸料口高度应满足相关规范要求。 1.3催化剂装填的吊装设施 工程设计阶段,必须要考虑反应器催化剂装 填时的吊装方式。反应器催化剂装填一般有三种 方式一是直接使用吊车起吊;二是使用电动葫 芦;三是在反应器上设置吊柱,吊车与吊柱相结 合。必要时应与业主进行协商,以确定催化剂的 装填方式。采用方式二装填催化剂时,需要将反 应器布置在框架内,在框架上铺设轨道梁,因此, 装置投资相对较高。 1.4温度计设置 固定床反应器热电偶温度计常见的安装方式 有两种径向安装和轴向安装。径向安装是在反 应器侧壁开口,热电偶从侧面插入反应器。轴向 安装是在反应器顶部开口,热电偶从顶部插人反 应器。反应器温度计采用径向安装时,通常需要 设置多组温度计才能满足反应器温度检测要求, 相应的需要在反应器侧面设置多层平台才能满足 温度计的安装和日常检维修要求。反应器温度计 采用轴向安装时,只需要在反应器顶部设置平台 就能满足温度计的安装和检维修要求。 2反应器布置与平台设计 反应器是装置中潜在火灾危险性较大的设备, 一般布置在装置区的边缘并靠近消防通道。反应 器布置应满足操作和检修的要求,一般将反应器 周围的空间分为两个区域操作区和配管区。反 应器的平台设置应与反应器的布置统一考虑,平 台应同时满足反应器的操作、检修和配管需要。 当一个生产单元只有一台反应器时,其布置 及平台设置相对较容易。当一个生产单元有多台 反应器且温度计均采用径向安装方式设计时,反 应器布置方式通常有两种一是将多台反应器集 中布置在同一个框架内,通过设置框架平台满足 各反应器配管、催化剂装填、温度计安装及检修 等需要;二是将多台反应器集中布置在框架外, 通过在设备上设置联合平台满足各反应器的操作 和检修要求。 2.1 同一框架内多台反应器集中布置 某天然气制氢装置,加氢反应器、脱硫反应 器及中变反应器温度计均采用径向安装,集中布 置在同一框架内,反应器布置及平台设置主要设 计原则如下 1将靠近马路的一侧作为催化剂装卸区, 人孔、吊柱和催化剂卸料口等均布置在装卸区一 侧,方便催化剂的运输、堆放及装卸。 2将靠近管廊的一侧作为配管区,反应器 进出口管道及管道上的阀门、温度、压力等仪表 均布置在配管区。 3在确定框架中间几层平台的高度时,每 一层平台都应同时满足多台反应器热电偶温度计 的安装和检修要求,还应保证在反应器热膨胀时, 反应器各管口均不会与平台梁相碰,尤其是温度 计口,设计中容易被忽视。 4在确定框架顶平台高度及开孔大小时, 应同时满足多台反应器装填催化剂的操作要求, 要特别注意避免因反应器受热向上膨胀时,上封 头与框架平台梁相碰。一般要求反应器顶部人孔 法兰端面到平台的间距不超过800mm。通常不同 反应器在装置中的作用不一样,简体高度一般也 不一样且不能随意调整,工程设计中通过调整裙 座高度和框架平台高度来满足各反应器的操作 需要。 5确定反应器裙座高度时,除了要考虑催 化剂的装填,还应考虑催化剂卸料口的净空高度 应能满足卸催化剂的操作要求。当反应器床层温 度在200℃以上时,反应器裙座应有足够的长度, 使裙座与基础接触面的温度不超过钢筋混凝土结 构的允许受热温度。 6当反应器其它方位上的空间不能满足热 电偶温度计安装、检修更换时的抽芯要求时,可 以充分利用相邻两台反应器之间空间大的特点, 将此空间作为热电偶温度计的抽芯区。多台反应 器平面和立面布置图分别见图3和图4。 图3 多台反应器成组布置在框架内平面布置图 42 CHEⅣⅡCAL ENGINEERⅡ G DESIGN / 、 t 。 。。。。一 目 ’ ‘一 ●T1 ●T1 宦 ,C-TF1- EL9700 ●T1 I I I. ●T2 ●T2 ◆T2 ●T3 ;T3 jT3 } 【 ●T4 i ●T1 ●T5 ▲T4 T4 2 口 EL4500 基 三 l I J 三 三 I L 三 EL O 0O 蚕 三 一 r _L_ f l l 一r 中变反应器 脱硫反应器 脱硫反应器 加氢反应器 图4 多台反应器成组布置在框架内立面布置图 3.3框架外多台反应器集中布置 2.2.1示例1 某聚乙烯装置的原料精制单元,虽然所有反 应器温度计均采用径向安装,但为了降低装置投 资,将乙烯脱一氧化碳器、乙烯干燥器、乙烯脱 二氧化碳器、乙烯脱氧器及共聚单体干燥器等反 应器分别集中布置在装置内管廊两侧,将两组反 应器外侧作为操作区,靠近管廊的一侧作为配管 区。通过在反应器上分层设置联合平台,同时满 足多台反应器的各种操作要求。装置平面、立面 布置分别见图5和图6。 将多台反应器集中布置在框架外,虽然操作 的便利性不如集中布置在框架内,但通过设置联 合平台可有效弥补该缺陷,并且装置投资较省。 当一个生产单元有多反应器且温度计均采用 轴向安装方式设计,对每台反应器而言,主要操 作都集中在反应器顶部,只需要在每台反应器顶部 ● 盘 I I I I I l I_ 十 一 J l I I I I _-卜._卜 图5 多台反应器成组布置在框架外平面布置图 .. .. I}H I I’_l Ill_l ll H &.I xcF_/ [ /I 厂 / 千 /、 P , 1 I I l l I I●II ..;. I I I ..;. lI I..I l 出 出 1 I 出 l I.I.I l f l I .I}i I HI ll H 『I I 匿 鱼 H_ I 、 一/ 、、上 一 \L一/ 乙烯脱一氧化碾器厶烯脱一氧化嵌器 乙烯干燥嚣 乙烯F煤器 已烯脱 化礞器 图6多台反应器成组布置在框架外立面布置图 设置独立的平台即能满足各种操作要求。反应器 布置时通常根据流程先后顺序,将反应器成组集 中布置在框架靠近消防通道一侧,并利用装置内 管廊将各反应器与装置其它设备联系在一起。 2.2.2示例2 某合成氨装置的CO变换单元共有五台变换 炉,分别集中布置在框架两侧,在每台变换炉顶部 龠 土一上 图7 多台反应器成组布置在框架外平面布置图 区 区 下转第49页 ; 一 一 一 一 一 T._.●● ●●.●● 一 一 一 一 一 }It._.●● ●●.●● 一 一 一 一 一 中._.,1 ● 一 一 一 一 ; ●. ; ● 张文氢浅议某特大型企业危险废物的管理 49 理上精力不够的问题。目前企业已修建了3个危险 废物堆存场,由一个部门统一管理,其它部门如 要将危险废物堆放至堆存点,必须和这个部门联 系后,按照要求将危险废物妥善堆放至堆存点。 6.2改进生产工艺 由于目前企业处置的危险废物绝大部分是报 废的含铬槽液和废碱液,因此,工艺部门和使用 单位应考虑使用或推广低毒或无毒的工艺,或与 高校联合开展课题研究,以改变目前槽液频繁报 废的现象。现在企业与南昌某学院联合开展了 废碱液资源化利用的课题研究,对报废的碱液 采取循环使用,即在生产线上使用2套固液分离设 备,增加贮备槽、过滤设备、结晶设备后,过滤 槽液中多余的铝离子,使其满足工艺要求,延长 槽液使用寿命,从原来每1.5个月处理一次槽液提 高至一年以上才处理一次。通过此项课题研究, 全年节省150余万元处置和新配置槽液的费用。 6.3改造危废处置设备 随着生产任务及数控设备的不断增多,报废 乳化液数量也在不断增加,现有的乳化液处理设 备首先是不能满足生产的需要,其次是化学需氧 量处理后的效果不佳,因此,现投人89.8万元, 采用化学气浮过滤的工艺,对乳化液处理设备进行 了改造,设计处理能力从原来2t/h提高至5t/h, 出口浓度控制在300mg/L以下。 6.4政府建立危险废物交换渠道信息咨询网络 危险废物的产生涉及的行业多,一个企业所 产生的危险废物可能成为另一个企业的生产原料, 如果政府建立危险废物交换渠道信息咨询网络, 规范废物交换程序,疏通废物交换渠道,形成系 统的交换体系,就能提高危险废物的资源化水平, 减少其排放量。企业产生的含铬废液可被其它企 业拉回去综合利用,生产铬黄原料。 6.5征收产废单位的处置费 如果企业实行成本核算,征收产废单位的处 置费,必会考虑危险废物减量及综合利用的问题, 积极采用清洁工艺,使用清洁原料,这样势必减 少危险废物的产生量。企业可以用征收的处置费 奖励使用清洁生产工艺的单位,促进循环经济的 实现。 参考文献 1国家环境保护总局危险废物管理培训与技术转让中心编. 危险废物管理与处理处置技术[M].北京化学工业出版 社,2003149152.181183. 2孙英杰,赵由才等编.危险废物处理技术[M].北京化 学出版社,20064243. 收稿日期20130918 上接第42页 设置有独立的操作平台,满足各变换炉的操作需 要。将各变换炉之间的连接管道及变换炉与装置 其它设备之间的连接管道布置在管廊或框架上, 利用框架和管廊的梁柱支撑管道,管道布置十分 方便。装置平面布置见图7。 3 结语 随着装置的规模越来越大型化,反应器直径 及其进出口管道直径也越来越大,且多数反应器都 下 期 要 目 是在高温高压下生产,因此,对反应器的布置及 操作提出了更高的要求。实践证明,反应器布置 及其平台设置的合理性,对反应器的正常操作、 检修以及整个装置的正常运行都至关重要。 参考文献 1 陈英.加氢裂化装置反应器的配管设计[J].石油化工 设计,2005,222. 2丘平.加氢反应器的配管设计[J].石油化工设计, 2008,252. 修改回稿30131108 壳牌煤气化装置管道布置特点分析 某甲硫醇工艺装置臭气污染控制设计思路

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