DMTO烯烃分离单元低温管道的设计

DOI:10.15910/j.cnki.1007-6247.2014.02.010

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CHEMICAL ENGINEEＲINGDESIGN 24(2) 化工设计2014，

DMTO 烯烃分离单元低温管道的设计

黎新理*

摘要关键词

中石化洛阳工程有限公司

洛阳471003

介绍甲醇制取低碳烯烃（DMTO ）装置烯烃分离单元低温管道的设计，包括材料选用、设计要点、烯烃分离

低温管道

设计

表1

材料碳钢及

低合金钢碳钢及低合金钢碳钢及低合金钢奥氏体高合金钢

管道保冷和管道支架设计等。

甲醇制取低碳烯烃（DMTO ）由反应技术和烯烃分离技术组成

［1］

钢材在夏比试验下冲击功的合格指标

试样数

三个试样的平均值其中最小值三个试样的平均值其中最小值三个试样的平均值其中最小值三个试样的平均值其中最小值

冲击功值A KV

（J ）

≥1812. 6≥2014≥2718. 9≥3121. 7

。反应技术以催化剂的研制和

反应系统开发设计为核心，以甲醇为原料生产烯烃混合物；烯烃分离技术则是以反应产物为原料，经杂质脱除、压缩、分离等过程生产聚合级乙烯和丙烯，其核心是杂质脱除和分离流程的开发及设计。DMTO 装置烯烃分离单元采用中冷分离技术，仅有常规丙烯制冷，无乙烯制冷系统。烯烃分离单元管道设计温度可低至－115ħ ，存在大量通常意义上低于或等于－20ħ 的低温管道。本文主要从低温管道的选材、设计原则、管道保冷和管道支架设计等方面浅谈DMTO 装置烯烃分离低温管道的设计。

钢材标准抗拉强度下限值σb

（MPa ）

≤450

＞450 515

＞515 650

2低温管道的设计要点

1低温管道选材

对于低温管道材料的技术要求一般是：在低

碳钢管在不低于－20ħ 时处于延性状态，可正常使用。如果使用温度低于或等于－20ħ ，碳钢管就逐渐变为以脆性为主，使用受到一定条件的限制。低温管道设计主要考虑两个问题：①低温脆性；②保冷结构设计和由保冷需求而产生的一系列设计要求。其主要设计要点如下：

（1）低温管道的布置在满足管道柔性下应使管。道短，弯头数量少，且应减少“液袋”

（2）低温管道要考虑整个管道有足够的柔性，应充分利用管道的自然补偿。当无法自然补偿的时候，应设置补偿器。

（3）低温管道间距应根据保冷后的法兰、阀门、测量元件的厚度以及管道的侧向位移确定。

（4）低温管道上的法兰不宜与弯头或三通直接焊接。低温管道上，靠近弯头或三通处，一般不允许直接焊接法兰，为了拆卸螺栓时不破坏主管上的保冷层，需再延长一段长度后再焊接法兰。主管上的仪表管嘴焊接连接时，同样有此要求。

温下具有足够的强度和充分的韧性，具有良好的工艺性能、加工性能和耐腐蚀性等。其中低温韧性是最重要的因素。所以各国通常都对低温钢限定在最低使用温度下有一定的冲击韧性值，以保证低温钢材在使用中的安全性。根据GB 50316和GB 150标准的规定，钢材在夏比试验温度下冲击功的合格指标，应按钢材标准抗拉强度下限值确定，见表1。

烯烃分离单元低温材料的选用应经济合理，满足设计温度下的低温冲击韧性、防止管系的脆裂和脆断。低温钢应选用镇静钢即完全脱氧钢。一般地，设计温度为－20 －46ħ 时，可选用低温碳钢A333．GＲ.6；

－46 －115ħ 时，可选用奥

氏体高合金钢06Cr19Ni10。

*

黎新理：工程师。2007年毕业于华南理工大学化学工程专业。从事石油化工装置的管道设计工作。联系电话：（0379）64885614，

E －mail ：lixl. lpec@sinopec. com. cn 。

对接法兰中只需要保证法兰一端留有拆卸螺栓的间距即可。为了说明一组控制阀顺利卸下其中任何一个阀门而不影响管道保冷结构，而需恰当布置阀门位置，见图1

。

料有硬质聚氨酯泡沫塑料和泡沫玻璃，其主要性能见表2。

表2

性能密度，Kg /m3导热系数，W /（m ·ħ ）抗水汽渗透性能可施工性适用温度

ħ 范围，

两种保冷材料的性能比较

泡沫玻璃150 180≤0. 064

材料本体可以防潮差，损耗高，异形

件内仍需内部聚氨酯发泡－196 400

硬质聚氨酯泡沫塑料30 60≤0. 027

差，主要依赖防潮层普通，可现场发泡，但发泡均匀性差－65 80

图1调节阀组布置示意图

对比各项指标，当设计温度大于或等于－65ħ 时，保冷层材料可选用硬质聚氨酯塑料泡沫；当设计温度低于－65ħ 时，在保证保冷层厚度基础上，宜采用复合保冷技术，即保冷层为泡沫玻璃和聚氨脂复合材料，内保为一层或多层泡沫玻璃瓦块，外保为聚氨酯瓦块。

当隔热层厚度≥80mm 时，应分层。当内外层采用同种材料时，内外层厚度应相同；当内外层采用不同材料时，内外层厚度的比例应保证内外层界面处温度绝对值不超过外层材料安全使用温度的0. 9倍（摄氏温度）。

与奥氏体不锈钢表面接触的隔热材料应符合《工业设备及管道绝热工程施工及验收规范》GB J126要求，且其氯离子浓度不应超过25ppm 。

（5）低温管道上的阀门宜安装在水平管道上，阀杆方向宜垂直向上。低温阀门一般是指设计温度低于－46ħ 工作的阀门，其特点是主阀体与操作手轮之间装有气柱和加长阀盖结构。这种结构的作用使阀门从极低温度到工作点有一个温度梯度，等于或大于工作点时，气柱将处于某一能使液化气体不再是液态而回复为气态的温度，并且阀盖加长的长度应能使阀杆填料的材料保持在允许操作的公称温度范围内。为了避免液态气质充满气柱，低温阀门要求安装在水平管道上，阀杆方向一般要求垂直向上。根据管网状况，低温球阀安装方向也有正装、反装的区别。

（6）乙烯干燥器等设备由于存在再生工况，与之相连的管道隔热既要考虑保冷，又要考虑保温，因此保温厚度非常大。管道设计时应考虑管道的移动、管道与相邻的管道、设备及结构梁之间应留有足够大的间隙，特别是在弯头拐弯处，应充分考虑管道保温厚度，避免管道热胀时保冷层被相邻设备和结构梁破坏。

低温管道容易气化，需要采取温度安全阀等措施保障管网安全。

4低温管道的支架设计

低温保冷管道的支架，必须有防止产生“冷

［2］

桥”的措施。低温管道水平敷设时，一般在管

道底部垫有木块或硬质隔热材料块，以免管道中

冷量损失；低温管道垂直敷设时，支架若生根在低温设备上，在设备和管道上均应垫有木块或硬质隔热材料块。

低温管道的支架设计应与其保冷结构一起整体考虑，支架的设计应在不破坏其保冷层的基础上进行。低温管道水平敷设时，一般采用管箍式结构，将支架管部紧固在保冷结构外，这样不仅降低了施工难度和工程造价，而且对日后管道的维护也提供了很大的方便。金属管夹用螺栓紧固，管夹与保冷层之间加有橡胶垫片，确保当管道发生变形时，管道与保冷层之间没有相对位移，保

(下转第25页)

3低温管道的保冷设计

选择经济保冷材料有最重要的两个技术指标：

①是导热系数，因为导热系数与管道的热损失成正比，当有多种保冷材料可以选择时，材料的导热系数与其单位体积价格的乘积越小则越经济；②是密度，通常材料密度越小，其导热系数越小。目前国内的石化装置低温管道通常选用的保冷材

扫特别有效。

对于VCM 球罐、VCM 高低沸塔、回收塔及废水汽提塔顶部工艺气放空管道均为竖直管，管道上无管件，且管道出口朝下，可以不用吹扫。

气相管道吹扫检验合格后，还需通入压缩空气敞开吹半天至一天，以保证管道内的水汽彻底除净以免管道积水生锈。

执行有专门的人员分工协调操作，即现场及控制操作的操作人员在得到指挥人员的明确示意后方可开关阀门进行吹扫，特别注意在吹扫气体排出口附近四周严禁有人员的分布。特别对于爆破法吹扫，管道内的杂物会随爆破气体迅速吹出，动能很大。因此，要求现场爆破口前方10米内不得有人、不得堆放物品，以确保安全。做好吹扫人员人身防护工作，操作人员应佩戴护目镜，防噪音耳塞等安全装备。

3吹扫过程中安全注意事项

参与管道吹扫冲洗的人员均应经过系统的安

全、技术、操作知识培训，并在吹扫冲洗过程中对参与人员实行定岗责任制。现场指挥人员主要负责吹扫冲洗工作实施中的现场指挥及协调工作，避免工作中的脱节造成安全事故；仪表专业人员在吹扫前后主要负责现场仪表的拆除及恢复安装等工作；安全人员主要负责吹扫冲洗工作实施中的安全工作，严禁吹扫冲洗工作的实施中非相关人员在警戒区内随意走动；实施人员主要负责吹扫冲洗工作的实施（包括协助钳工进行相关管件、阀门等拆卸和恢复安装工作），一切行动听从主要指挥人员的号令。每次吹扫时，阀门的开关操作

4结语

为保证吹扫工作的顺利高效进行，在吹扫前

应严格控制管道焊接、安装、试压质量，制定合理的吹扫方案、选择合适的吹扫参数、设置合理的管道支架及吹扫口等，才能高效、有针对性对管道进行吹扫及冲洗。

参

1

考文献

GB 50235－2010，工业金属管道工程施工及验收规范［S ］．

（收稿日期2013－12－24）

檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪

(上接第13页)

冷层不会被管道磨损，延长管道的使用寿命。当管道公称直径大于250mm 时，需在每个螺栓处设置加强板。螺栓与管道竖直方向的夹角为50ʎ ，这样可以减少平行敷设的管道之间的管间距，此角度可根据管托长度现场调整。图2为一种滑动支架结构形式

。

间避免重叠，必要时可以与设备等专业协商整体考虑垫板。

5结语

DMTO 装置烯烃分离低温管道在管道设计时应

充分考虑其管道材料的低温脆性，选择低温钢或者奥氏体高合金钢。为尽量减少冷损失，管道应选择恰当的保温材料及保温结构，同时采取合适的支架形式，防止管道破坏，保证管系的安全性与合理性。

参

考

文

献

图2滑动支架结构图

1刘中民，齐越．甲醇制取低碳烯烃（DMTO ）技术的研

当塔器设备直径较小，如脱甲烷塔，且沿塔敷设的管道较多时，设备平台、梯子及管道支架生根件与设备之间均需要垫隔冷块，且设备要求热处理，这些生根件均需要预埋垫板。在设计此部分管道支架时，应特别考虑这些生根件垫板之

．中国科学院院刊，2006，21究开发及工业性试验［J ］（5）：406－408．2

国家质量监督检验检疫总局特种设备安全监察局．全国压M ］．北京：中国力管道设计审批人员培训教材（第二版）［石化出版社，2011．

（收稿日期2013－10－12）

2014，24(2) ABSTＲACTSOF CHEMICAL ENGINEEＲINGDESIGN

1

ABSTＲACTS

Simulation and Optimization of Extraction Distillation Separation

Process for Methyl Acetate -Methanol

Lv Yingjie ，et al

（Sinopec Ningbo Engineering Company Limited Shanghai Branch ，Shanghai 200030）

In this paper ，the simulation software ASPEN PLUS is used for the simulation calculation of methyl acetate -methanol extraction distillation process．Using NＲTLthermodynamic model and ＲADFＲACrigorous method calculates the number of theoretical plates ，the impact of feed location ，solvent ratio ，extraction solvent temperature ，reflux ratio of extraction distillation process so as to find the optimum operating parameters．

Key words process simulation extraction distillation methyl acetate methanol

High Pressure Distillation Process of Vinyl Chloride

Liang Jianping ，et al

（China Chengda Engineering Co．，Ltd．，Chengdu 610041）

This paper through analog computation analyzes the development of high pressure distillation process of vinyl chloride based on acetylene method．The process can improve the operating pressure of distillation column ，and enable the distillation column overhead condenser use circulation water cooling instead of the conventional chilled water cooling ，and thus to achieve energy-saving．

Key words vinyl chloride based on acetylene method high pressure distillation energy-saving Calculation of Safety Valve ＲeliefCapacity for Vessel with

Multi-Component Liquid under External Fire Case

Luo Na

（Jacobs Engineering Shanghai Co．，Ltd．，Shanghai 200122）

This paper describes a method for calculating the safety valve relief capacity for the vessel with multi-component under fire case．

Key words multi-component relief capacity external fire safety Design of Cryogenic Piping in DMTO Olefin Separation Unit

Li Xinli

（Luoyang Petrochemical Engineering Corporation /Sinopec，Luoyang 471003）

This paper describes the design of cryogenic piping of olefin separation unit in methanol to light olefins （DMTO ）plant ，including material selection ，key points in design ，cold insulation for piping and pipe support design etc．．

Key words olefin separation cryogenic piping design Large Steam Turbine Inlet Piping Stress Analysis

Xing Yidong ，et al

（Changzheng Engineering Co．，Limited ，Beijing 101111）

Based on the pipe stress analysis software CAESAＲII of finite element ，this paper analyzes the large steam turbine steam inlet pipe stress under various operating conditions．Through the optimization of supports ，hangers and spring types as well as the flexible design for piping layout ，the optimized design scheme for steam inlet piping is worked out．

Key words steam turbine stress analysis CAESAＲII piping layout various operating conditions

Ｒenovationof Complex Pneumatic Control Valve

Liu Yangsheng ，et al

（Zhong Yuan DA Hua Company of Henan Energy and Chemical Industry Group Co．，Ltd．，Puyang ）

In this paper ，the problems of the complex pneumatic control valve are analyzed ，and the part of pneumatic control system is modified．

Key words pneumatic control system pneumatic control valve renovation

ＲestrictionOrifice Diameter Calculation and Analysis of Gas Line

Tang Fengjin ，et al

（China Wuhuan Engineering Co．，Ltd．，Wuhan 430223）

This paper describes the restriction orifice theory and applications ，and then analyzes and compares the two calculation methods of restriction orifice diameters of gas pipeline．This paper also describes in detail the calculation methods of adiabatic index of gas mixture ，the critical restriction flow pressure ratio and flow coefficient ，especially provides a new method of calculating the adiabatic index of the gas mixture ，combined with calculation examples to demonstrate the restriction orifice diameter calculation process．

Key words restriction orifice adiabatic index critical restriction flow pressure ratio flow coefficient

Pipeline Purging and Flushing in HuaSu VCM Plant

Zhao Wenting

（China Chengda Engineering Co．，Ltd．，Chengdu 610041）

Taking the example of pipeline purging and flushing of VCM plant of Anhui HuaSu 1000kt /aPVC project ，this paper describes the industrial pipe purging and flushing programs ，procedures ，selection of important parameters and key considerations ，and discusses the purging and flushing problems encountered in the process and the solutions．Key words industrial piping purging flushing Stress Analysis and Structural Optimization for Big Fillet Weld of Very Large Crude Oil Storage Tank

Zhang Xueming

（Zhejiang TITAN Design ＆Engineering Co．，Ltd．，Hangzhou 310012）

With the development of China＇sstrategic crude oil reserve plan ，the use of very large crude oil storage tanks becomes an inevitable trend．Due to the stress value at the big fillet weld of the very large crude oil storage tank is very high and dramatically changes ，which becomes one of the dangerous part of the storage tank．This paper uses the general-purpose

finite element program ANSYS to analyze the impact of the fillet type and structure parameters of storage tank on the peak stress intensity at the big fillet weld ，and proposes the principles for selecting the relevant structural parameters in order to play a guiding role for the construction of very large crude oil storage tanks．

Key words large storage tank big fillet weld stress analysis structure optimization．

The Causes and Treatment for High Frequency Vibration of Piping Caused by Centrifugal Compressor Vaned Diffuser

Liu Wenming

（SBW Turbo Machinery Corporation ，Shenyang 110869）

This paper analyzes the high frequency vibration of piping caused by the pressure fluctuation of centrifugal compressor vaned diffuser ，and proposes effective solutions．

Key words Keywords ：centrifugal compressors vaned diffuser high-frequency vibration Discussion on Air Separation Unit of MTP Ｒevamping

and Expansion Project

Liu Na ，et al

（China Huanqiu Constructing ＆Engineering Corporation ，Beijing 100012）

In view of the design of air separation unit of MTP revamping and expansion project ，this paper proposes two options of which one is the newly-built air separation unit and the other is the utilization of waste nitrogen gas．In this paper ，the process flows ，equipment selections and utilities consumptions etc．of the two options are analyzed ，and the comparison result shows that the waste nitrogen purification option is superior to the scheme of a newly-built air separation unit．

Key words revamping and expansion waste nitrogen gas utilization air separation unit