双氧水装置设备布置及配管设计要点探究

时间：2018-11-09 16:55:29 所属分类：石油 浏览量:

下面文章主要以某双氧水装置项目设计实践为研究对象，论述了双氧水装置设备布置、管道布置、平台梯子设置及管道材料设计等方面的设计要点和优化方案。 关键词：双氧水装置,设备布置,配管设计 双氧水是过氧化氢水溶液的俗称，是一种重要的无机化工原料，它广

　　下面文章主要以某双氧水装置项目设计实践为研究对象，论述了双氧水装置设备布置、管道布置、平台梯子设置及管道材料设计等方面的设计要点和优化方案。

　　关键词：双氧水装置,设备布置,配管设计

　　双氧水是过氧化氢水溶液的俗称，是一种重要的无机化工原料，它广泛应用于造纸、纺织、化学品合成、军工、电子、食品加工、医药、化妆品、环境保护、冶金等诸多领域。本装置采用国内应用较广的钯触媒固定床蒽醌法生产工艺技术。以蒽醌衍生物作为工作载体，在催化剂的作用下，用氢气将溶解在有机溶剂中的蒽醌衍生物氢化，生成相应的氢蒽醌。

　　然后，氢蒽醌氧化生成过氧化氢和蒽醌衍生物。最后，用水萃取有机溶剂中的过氧化氢得到一定浓度的过氧化氢水溶液作为产品，含有蒽醌衍生物和有机溶剂的工作液则被循环使用。下面就某项目双氧水装置设备布置及配管设计进行讨论，供同行们借鉴参考。

　　1设备布置

　　1.1设备布置原则

　　该双氧水装置包含氢化、氧化、萃取、净化及后处理等工序。其设备布置在满足现行国家和部颁防火、防爆、环境和安全卫生等法规的前提下，大体按工艺流程顺序布置。装置采取敞开式结构，可有效防止有毒、可燃气体积聚。氢化塔、氧化塔、萃取塔、净化塔、气液分离器、氢化液受槽、氧化液受槽、工作液受槽及白土床等大型立式设备分别成排布置在框架的南面和北面;其余换热器、分离器、过滤器、机泵等设备，根据流程要求，利用位差，依次布置在框架各楼层。

　　1.2设备布置要点

　　由于该装置中涉及真空、重力流管道，与之相关的设备所在楼层需经过严格的阻力降计算后方可确定，若布置不合理，将影响到操作的稳定性和生产的连续性。自氢化液气液分离器底部出来的工作液依靠其自身的压力经过白土床、过滤器后进入氢化液受槽。由于氢化液气液分离器操作压力较低(0.25～0.4MPa.G)，而后续设备阻力降较大，需将氢化白土床和氢化液过滤器尽量设置在较低的楼层，并需控制管路上调节阀阻力降。

　　本装置氢化液过滤器布置在二楼，氢化白土床、氢化液过滤器阻力降均按30kPa考虑，调节阀阻力降取20kPa，管道阻力降计算结果约为90kPa，则全程总阻力降约为170kPa，正常操作时可以满足要求。自萃余液分离器出来的工作液依靠重力依次经过换热器、预热器、干燥塔、后处理系统后进入工作液受槽。该管路系统涉及到的设备和管道较多，流程长，阻力损失大。

　　设备布置设计最为关键的是确定干燥塔所在楼面及干燥塔进料管口的高度。本装置干燥塔至工作液受槽的阻力降约40kPa，干燥塔内操作压力约20kPa.A，工作液受槽操作压力为常压，则干燥塔需高于工作液受槽13米。干燥塔进料管口高度与进料管及相关设备的阻力降有关，进料管阻力降约30kPa，调节阀阻力降约20kPa，换热器和预热器阻力降均为20kPa，考虑分离器与干燥塔间压差，总压降Δp约为-10kPa，折合高差为-1米，分离器内最低液位应高于干燥塔进料管口至少1米，才能保证物料顺利进入后续设备。

　　2配管设计

　　2.1管道布置

　　在石油化工工程建设中，工艺管道布置设计是实现工艺过程，确保安全、平稳生产操作的关键之一。管道布置应统筹规划，做到安全可靠、经济合理、整齐美观，满足施工、操作和检修等方面的要求。

　　2.1.1管廊上管道布置

　　框架内部管廊敷设的管道有工艺管道、公用工程管道和电气仪表的电缆桥架等。为方便配管设计并尽量降低楼层高度，装置内管廊设置为单层，标高为4米，跨度为6米，共两跨。电气仪表的电缆桥架布置在框架柱两侧;大直径管道靠近柱子布置，小直径、气体管道和公用物料管道布置在管廊的中间;火炬排放总管设置0.003的坡度。为满足管道柔性，蒸汽及凝水管道在管廊上设置π型补偿。按规范要求，管廊上管道净距不应小于50mm，法兰外缘与相邻管道的净距不得小于25mm，在满足此要求的同时，对于有热位移的管道还应考虑热位移值，适当加大管道间距。另外，管廊宜有10%～20%的裕量，并考虑其荷载。

　　2.1.2塔管道布置

　　双氧水装置中主要塔设备有:氢化塔、氧化塔、萃取塔和净化塔。各塔成排布置在框架北面。在规划配管前首先应大致划分出操作和检修所需的操作侧和配管所需的配管侧，靠框架侧为配管侧，北面靠马路侧为操作侧。管道布置应从塔顶到塔底自上而下进行配管规划，并且应首先考虑塔顶和大直径的管道位置和自流管道的走向，再布置压力管道和一般管道，最后考虑塔底和小直径管道[1]。

　　氢化塔和氧化塔是双氧水装置中最重要的塔器，这两台设备涉及到的管道数量多、直径大，是配管设计的难点和关键点。氢化塔分多段塔节，每一段塔节上均设有氢气进口、再生蒸汽进口、工作液进口、氢化液出口等。各塔节分支管合并为一根总管与框架内管道相连。应注意工作液和氢化液管道不应采取刚性连接，而应采取柔性连接。另外，氢化塔底至气液分离器的管道也应有一定的柔性，应先进行应力计算确定管道走向后方可提出合理的管口方位。

　　2.1.3大泵管道布置

　　双氧水装置中较大型的泵主要是氢化液泵、氧化液泵和工作液泵，泵进口管道直径DN500，泵出口管道直径DN400，介质最高温度达70度。从配管来看，一方面泵进口管道阻力降应尽量小，防止泵气蚀，需要设置较短的管道和较少的管件;另一方面需要考虑管道对泵管嘴热应力的影响，需要多拐弯以增加管道柔性，减小对泵管嘴的作用力。综合以上因素，管道尽量少拐弯以满足泵进口汽蚀余量的要求，同时增设金属软管以满足管道柔性要求。

　　2.1.4真空管道布置

　　干燥塔顶冷凝器为真空设备，底部冷凝液需接至氧化液受槽。在设备布置时应将冷凝器布置于高于氧化液受槽至少10米的楼面，并应考虑管道阻力降，配管需保证至少10米高的“大气腿”，若改变走向应采用不大于45度的弯头。为方便配管，尽量将冷凝器水平位置靠近氧化液受槽。

　　2.2平台梯子设置

　　在装置设计过程中，设计人员往往对平台梯子的设置不够重视，认为其对整个装置建设及生产没有太大的影响，较少花费太多时间优化。事实上，平台梯子设置得不合理，将严重影响操作检修，甚至可能引发安全事故。《石油化工企业设计防火规范》(GB50160)中第5.2.26中要求“可燃气体、液化烃和可燃液体的塔区平台或其他设备的构架平台应设置不少于2个通往地面的梯子，作为安全疏散通道，但长度不大于8m的甲类气体和甲、乙A类液体设备的平台或长度不大于15m的乙B、丙类液体设备的平台，可只设1个梯子。”这是出于安全方面制定的规范，一般来说，只有1个梯子是不安全的。另外，在需要操作和经常检修的场所也应设置平台和梯子。

　　氢化白土床和后处理白土床成排布置，且高度相差不大，将侧面人孔均设在同一方位并用联合平台相连，在平台两端各设置一个斜梯上下。这样既便于内件安装和白土卸料，又减少梯子数量，将可能采取的直梯改用斜梯，更方便且安全。氢化塔、氧化塔、萃取塔和净化塔在人孔高度相近之处尽量采取联合平台，各塔与框架楼面尽量采取平台联通，以方便通行。框架二层楼面有多台并排布置的过滤器，需要经常切换操作。综合考虑后设置联合平台将各过滤器联通，并考虑过滤器进出口阀门支架增设支撑平台。平台高度应考虑通行和过滤器阀门操作。

　　2.3管道材料设计

　　双氧水是一种强氧化剂，性质极不稳定，当遇高温、碱、金属粉末等杂质会发生剧烈分解，并放出大量的热量。因此，与双氧水接触的管道、管件及阀门等材质的选择需引起足够的重视。本装置双氧水产品浓度为27.5%，管道采用304L材质，垫片采用聚四氟乙烯材质，并要求接触双氧水的所有管道、管件等焊接前，内表面必须打磨光滑，不得有焊瘤、焊渣、尖角、毛刺等异物。双氧水管道上球阀球体需在上游侧开孔，防止物料在封闭球体内分解爆炸。

　　3结语

　　双氧水装置涉及到多种易燃易爆介质、工序较多、操作频繁，真空及重力流管道较多，设备布置、配管设计及管道材料选择的合理性影响到装置的安全、稳定生产，从以上几个方面进行设计要点的讨论和方案优化，将对同行的设计工作起到一定的参考作用。

　　参考文献：

　　[1]张德姜，王怀义，刘绍叶.石油化工装置工艺管道安装设计手册(第一篇设计与计算)[M].第四版.北京:中国石化出版社，2009:158.

　　石油方向期刊推荐：《石油化工设计》(季刊)曾用刊名：配管设计，1984年创刊，是面向石油化工设计、生产行业的相关读者群体和个体的公开发行期刊，是反映石油化工设计全系统管理和发展的科学技术类期刊。

　　

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