刘卫峰

（连云港沃利工程技术有限公司上海分公司，江苏连云港 222000）

化学工业作为国家的支柱产业之一，在国民经济中具有举足轻重的地位，对人民生活和生产具有重要意义。化学反应过程是化工生产流程中的中心环节，反应器是化工生产过程中一系列设备中的核心设备。因此反应器及其关联设备的布置和管道设计的合理与否，将直接影响建设成本，生产成本以及产品质量等。

1 烃化反应器及关联设备的流程和设备布置

本文所述反应器为某苯酚丙酮项目中异丙苯装置的烃化反应器，两台并联，ID 3 300mm × 4 800mm，设计压力4.6/FV MPaG，设计温度250/120℃，操作压力2.2MPaG，操作温度155℃，属于塔式反应器，采用同径裙座支撑，物料顶进底出。

1.1 烃化反应器及关联设备的流程简述

原料丙烯和苯从设备顶部进入烃化反应器，以氧化铝作为催化剂，反应生成异丙苯。副反应有丙烯在高温下发生聚合反应；异丙苯和丙烯结合生成二异丙苯，为减少以上副反应的发生，通过使原料苯过量，对丙烯进行稀释。反应生成的混合物从设备底部流出，一部分去下游分离塔进行分离；一部分由烃化反应器循环泵打入烃化循环冷却器（釜式）冷却，之后返回到烃化反应器再次反应；两台反应器并联，三台循环泵两开一备。物料流程图见图1。

1.2 烃化反应器及关联设备的布置

烃化反应器是异丙苯装置的重要设备，布置时需要考虑方便装卸填料、吊装等，与相关烃化循环冷却器、循环泵等设备集中布置。为了节省占地面积及配管方便，在异丙苯装置主框架的北边，增设了三层小框架，将三楼和主装置楼层通过楼梯连接起来，两台反应器布置在小框架的东边，反应器的东边是催化剂装卸区域，两台反应器南北向中心对齐布置。规范要求若反应器卸料口在下方时，为了方便运输车辆通行，净空不宜小于3m[1]，本反应器虽然下方不通车，但侧方留有车辆停放的区域，为了使催化剂卸放时能自流进运输车辆，结合泵的NPSH要求，将两台烃化反应器裙座高度设计为6m，催化剂卸料口距裙座底板为3.4m，满足了规范要求。将三台烃化反应器循环泵布置在小框架南侧地面，和主框架下其他泵布置在一起，备用泵在中间，电机端统一朝南。将两台烃化循环冷却器布置在小框架的二楼，抽芯区域统一设置在北边。三楼用于布置反应器顶部管线阀组、公用管线阀组、安全阀等，设备布置见图2。

2 烃化反应器的配管设计

与反应器及关联设备相连的管线众多，包括工艺物料管线、低压蒸汽、低压凝液、氮气、安全阀、火炬气等管线；因公用工程管线配管遵从常规并无特殊要求，故不再论述。本文主要针对工艺物料管线进行论述，其工艺参数为设计压力4.6MPaG，设计温度250℃；操作压力2.2MPaG，操作温度155℃；属于高温管线，因此管线设计时需重点考虑管线柔性，尽量采取自然补偿的方式，使管线满足应力要求，保证设备管口受力小于许用值要求。

配管时需首先确定操作侧和配管侧，研究管口方位，合理设置联合操作平台，规划装填催化剂区域等。将反应器东侧作为操作区，用于设置梯子平台以及装卸催化剂，将人孔，填料卸料口等布置在东侧；将西侧作为配管区进行管道布置。烃化反应器的反应温度参数很重要，有三个热电偶都是贯穿整个反应区域且很长，为了保护热电偶，管口采用内伸管型式，其中两个在上封头的热电偶管口内伸管长约6m，侧壁内伸管长约3.4m；在布置其管口方位时需考虑足够的检修抽芯空间，将上封头的两个热电偶管口以设备中心线南北对称布置，在封头顶部设置操作检修平台；侧壁热电偶管口朝东，设置人孔操作平台，兼顾检修侧壁的热电偶。

原料和产物均含有剧毒的苯，为了防止苯泄漏，除了必须使用法兰连接形式外（如与设备法兰连接处，管道盲板处等），其他所有的管道阀门和管件均选择焊接形式；所有管道上的放空和导淋全部采用密闭排放形式且为双阀，中间加检测阀，放空接入火炬系统，导淋接入工艺系统地下管网进行收集。

2.1 原料管线的配管设计

原料管线管径不大，配管相对简单，在上游加热后的原料苯管线（Line 01-6”）在小框架12m平台下接入1#烃化反应器入口循环管线（Line 03-16”）；2#烃化反应器的原料苯管线（Line 06-6”）是从1#烃化反应器出口管线（Line 04-20”）上引出，管线“步步高”同样在12m平台下接入2#烃化反应器入口循环管线（Line 23-16”），将两组操作阀组布置在12m平台上高点，这样即方便阀门操作，管线也不会有积液。

原料丙烯管线（Line 02-3”）来自异丙苯主装置，靠框架柱子“步步低”布置，在靠近反应器入口循环管线时分为两路，分别从顶部接入两台反应器循环管线。

2.2 烃化反应器出口到烃化循环泵入口管线的配管设计

烃化反应器出口到烃化循环泵的入口管线（Line 04/24-20”）管径大，温度高，配管设计的重点是管道柔性，因此在反应器出口处管线设计了水平π型自然补偿，在循环泵入口处设计了垂直π型自然补偿；为了防止因设备膨胀使反应器出口管口力超过许用值，将出口第一个支架设置为弹簧支架加导向支架，其他采用刚性支架；管道“步步低”进泵以防止泵的气蚀。将两台反应器出口管道上的切断阀装在水平管道上，设置了3.1m共用操作平台，方便操作维修。管道平面布置见图3。

图3 管道平面布置（一）

2.3 烃化循环泵到烃化循环冷却器管线的配管设计

烃化循环泵体积大且高度高，在设计泵出口管线（Line 08/26/28-12”）时，为了方便阀门操作且增加管道柔性，将管线从泵出口接出后降至和入口管线同高度，依序安装阀门后从底部接入管底标高2 300mm的汇合管（备用泵是兼顾两台泵，因此三台泵进出口都是相互连通的）；这样既增加了管道柔性，又不影响人员在下方通行，根据P&ID泵出口管线汇合后还需要安装两个串联的孔板流量计，为了保证测量精度需要满足前15D后5D的直管段长度，考虑到节省空间，将管线设计成U型，将两个流量计分别安装在U型两侧，这样既满足了仪表直管段的要求，又增加了管线的柔性；将管线上的调节阀组安装在5.5m平台上靠近烃化循环冷却器入口处。在管道支架设计时，在靠近管口处设置了止推架，以消除因轴向推力过大而造成对设备管口的破坏。在U型自然补偿段两侧和调节阀组前各设置了导向架，其余各点均设置滑动架。

2.4 烃化循环冷却器到烃化反应器顶部入口管线的配管设计

烃化循环冷却器到烃化反应器顶部入口的管线（Line 03/23-20”）同样管径大，温度高，消除应力，控制管口力则是管道设计的重点，管线设计时在烃化循环冷却器出口设置了π型自然补偿，在靠近管口水平管上增加了一对拆卸法兰，方便设备检修；在烃化反应器入口处同样设置了π型自然补偿，两套反应器的配管尽量做到对称布置，管道上的阀组集中布置在12m平台东侧靠柱的位置。管道支架设计时，考虑到设备热胀有向上的位移，防止采用刚性支架脱空而引起管口受力超出许用值，因此应力计算时在烃化反应器入口的 π型自然补偿上设置了弹簧架以及弹簧架加导向架的组合架，以满足在各种工况下设备管口的受力均在许用值之内。管道平面布置见图4。

图4 管道平面布置（二）

2.5 产品管线的配管设计

反应生成的产物除了进行循环，主要还是作为产品送去下游分离塔进行分离，从而得到目标产品异丙苯；其管线管径小（Line 07/27-4”），配管相对简单，配管时管线走向有一定的柔性即可。分别从反应器出口管线上水平接出，将阀组布置在3.1m平台上靠近主管，之后汇合后送去下游分离塔进行分离。

2.6 安全阀管线的配管设计

烃化反应器相关设备和管线上安全阀设置较多，且均为一开一备两组；配管时将所有安全阀布置在小框架的最上层且高于火炬总管，集中成排布置，两侧留出检修通道，这样既方便集中维护又整齐美观，在平台下设置一根火炬次总管，将所有安全阀出口管线统一从上方顺介质流向45°接入，再将次总管从上方顺介质流向45°接入火炬总管。

3 小结

烃化反应器在设备布置时需要考虑设备吊装，运输催化剂车辆通行的道路和装卸催化剂的空间等，与相关联设备宜集中布置节约用地。

烃化反应器及关联设备配管时需首先确定操作侧和配管侧，研究管口方位，尤其注意热电偶的方位和抽芯空间，合理设置操作平台。对于高温管道尽量采用自然补偿的形式，和应力专业保持密切沟通，找到最优的方案，根据应力计算合理增加弹簧支吊架，符合应力要求的情况下管道尽量短且少拐弯，尽量避免出现袋型，管道离梁柱不能太近，以免管道变形时出现碰撞，阀组宜集中布置在平台上等。