CN101140131A - 基于不平衡度分析的加氢裂化反应流出物系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于不平衡度分析的加氢裂化反应流出物空冷器系统。包括进口管道部分、空冷器管束部分和出口管道部分。加氢裂化反应流出物空冷器系统的进、出口管道部分配管严格按平衡配管，避免了管道在同一平面内分支造成由于流体惯性引起的偏流问题。空冷器管束部分的进料口水平流入管箱，且管箱内增设分配孔板，可使流体介质的三相之间分配均匀。管箱中管束的排布由常用的双排布置改进为单排布置，可有效减少介质的三相偏流现象。管箱结构采用可拆合式结构，可使管箱与翅片及衬管的制作与安装更为方便可靠，同时便于检修和更换。通过该系统可切实提高加氢裂化REAC系统的运行可靠性，减少非计划停工事故的发生，提高企业的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用于石油化工行业的加氢裂化反应流出物系统结构，具体的说是涉及一种基于不平衡度分析的加氢裂化反应流出物空冷器系统。
背景技术
石化工业是能源的重要基础，石化行业是我国的支柱产业。在石油化工行业中，加氢裂化是炼油厂中重要的二次加工手段，而加氢裂化空冷器是加氢裂化装置中的重要设备之一，它位于反应流出物换热流程的末端，反应流出物从16MPa、160℃经空冷器系统冷却到49℃，再由高压分离器、低压分离器分离出循环氢、含硫污水、低分干气及低分油等。
由于加氢裂化的工艺是典型的多过程关联系统，包含精制裂化、反应分馏、传热传质、结晶沉积、垢下腐蚀和冲蚀等诸多关联过程，因此自从1959年Chevron公司发明的加氢裂化技术首次投用以来，反应流出物空冷器(简称REAC)及管道系统的失效一直是国际上关注的难题，是制约加氢裂化装置长周期安全运行的突出问题。
在空冷器的使用当中，被冷却的介质往往具有一定的腐蚀性，且长期处于高压临氢工况，极易造成局部腐蚀穿孔，发生泄漏爆管等恶性事故。最近十年间，国际上发生了多起REAC腐蚀穿孔导致加氢装置失控的恶性事故，损失相当惨重。在国内，随着重质、含硫原油加工比例的不断增加，特别是对环境友好的喷气燃料、柴油和润滑油等清洁油品需求的日益增多，许多装置相继进行了高硫扩能改造，随之发生的多起REAC管束泄漏爆管事故，不仅造成了巨大的经济损失，造成了环境污染，而且还严重威胁了装置和人身的安全。
为了有效解决REAC系统的频繁失效问题，三十多年来，NACE T-8委员会、UOP公司、API协会先后进行了大量的调研，分析了REAC系统的失效影响因素，提出将流速、腐蚀因子Kp＝(H2S)mol％×(NH3)mol％和含硫污水的NH4HS浓度作为控制REAC腐蚀的主要参数，为REAC系统的设计、制造、运行、检验提供了指导意见。由于上述研究成果及控制REAC腐蚀的控制参数主要来源于腐蚀现象的统计分析，缺少设备结构及流动状况等因素对REAC系统失效影响的深入研究，故REAC系统的失效及恶性事故至今没能从根本上得到控制，因REAC系统管束的泄漏爆管等造成的非计划停工事故依然出现较多。
2004年前后，在API932-B的影响下，国内外许多石化企业将REAC管束材料升级为Incoloy825，以提高材料的运行周期，虽然通过材料升级能提高REAC系统的耐蚀性，对提高REAC系统运行的安全性能起到一定的作用，但Incoloy825价格昂贵(价格为碳钢材料的10倍以上)，易导致REAC系统的造价大大提高，部分企业难以承受。此外尽管采用Incoloy825能相对提高空冷管束的耐腐蚀性，但对整个空冷系统的运行而言，效果并不明显，且一些企业将REAC系统的管束材料升级为Incoloy825后泄漏爆管事故仍有发生。
现有研究表明，REAC系统的失效与其进、出口管道部分、管箱的结构特性及形成的多相流流场分布的不平衡有很大关系，因此，完全平衡的REAC进、出口管道部分和管箱优化是至关重要的，如何通过REAC系统流场不平衡度分析REAC设备结构及流动状况等因素对REAC系统的失效影响，实现REAC系统进、出口管道部分的平衡配管、管箱的结构优化已成为解决REAC系统频繁失效问题的关键。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于不平衡度分析的加氢裂化反应流出物空冷器系统，可有效解决现有技术中存在的包括进口管道部分、空冷器管束部分、出口管道部分存在的结构不平衡造成流体偏流导致加氢裂化空冷器系统腐蚀失效的问题。
为了达到上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，包括进口管道部分、空冷器管束部分和出口管道部分；其中：
1)进口管道部分的总进口管走向为垂直向上，总进口管的末端与第一管道的中点经管件垂直联通；第一管道的两端分别经管件与第二管道、第三管道垂直相联通，且第二管道或第三管道与总进口管和第一管道组成的平面相垂直；第四管道与第二管道经管件垂直相联通，且第四管道垂直于第一管道与第二管道组成的平面；第五管道与第三管道经管件垂直相联通，且第五管道垂直于第一管道与第二管道组成的平面；第四管道与第五管道相互平行且与总进口管的走向相同，垂直向上；第一管道、第二管道、第四管道、第三管道、第五管道组成的管道系统为第1级20个管道系统；同理，构成第2级21个管道系统，依次类推可以构成第n-1级2n-2个管道系统；第n-1级管道系统出口管经管件与第n级管道系统进口管的中心垂直联通，第n级管道系统出口管两端分别经管件与空冷器的第一、第二进料口相联通；
2)空冷器第一、第二出料口分别与出口管道部分的进料口相联通，出口管道部分与进口管道部分的管道联接方式相同；
3)空冷器管束部分包括2n-1片结构相同的空冷器；每片空冷器包括进口管箱、出口管箱、四个结构相同的中间管箱，进口管箱一侧的外侧管箱的空冷器的第一、第二进料口分别接进口管道部分的出口，进口管箱另一侧的内侧管箱的出口经一排48个外部设有翅片的管束分别与第一中间管箱的内侧管箱的进口连接，第一中间管箱的内侧管箱的出口经一排48个外部设有翅片的管束分别与第二中间管箱的内侧管箱的进口连接，第二中间管箱的内侧管箱的出口经一排48个外部设有翅片的管束分别与第三中间管箱的内侧管箱的进口连接，第三中间管箱的内侧管箱的出口经一排48个外部设有翅片的管束分别与第四中间管箱的内侧管箱的进口连接，第四中间管箱的内侧管箱的出口经一排48个外部设有翅片的管束分别与出口管箱的内侧管箱的进口连接，出口管箱的外侧管箱的空冷器的第一、第二出料口分别与出口管道部分的进料口相联通。
所述的进口管箱：由开有进料口的外侧管箱和开有一排48个管孔的内侧管箱用螺栓连接成一体，空冷器进料口的中心与48个管孔位于同一水平平面，外侧管箱和内侧管箱连接处设置开有通孔的分配孔板，内侧管箱与一排48个外部设有翅片的管束连接的出口段的每个管道内镶有150～200mm长的衬管。
所述的四个结构相同的中间管箱：均由外侧管箱和开有二排每排均有48个管孔的内侧管箱用螺栓连接成一体，每个中间管箱的内侧管箱与一排48个外部设有翅片的管束连接的出口段的每个管道内镶有150～200mm长的衬管。
所述的出口管箱：由外侧管箱和内侧管箱用螺栓连接成一体，由开有出料口的外侧管箱和开有一排48个管孔的内侧管箱用螺栓连接成一体，空冷器第一、第二出料口的中心与48个管孔位于同一水平平面。
本发明具有的有益效果是：
加氢裂化REAC系统的进、出口管道部分配管严格按平衡配管，避免了管道在同一平面内分支造成由于流体惯性引起的偏流问题。空冷器管束部分的进料口水平流入管箱，且管箱内增设分配孔板，可使流体介质的三相(油相、水相、气相)之间分配均匀。管箱中管束的排布由常用的双排布置改进为单排布置，可有效减少介质的三相偏流现象。管箱结构采用可拆合式结构，可使管箱与翅片及衬管的制作与安装更为方便可靠，同时便于检修和更换。通过该系统可切实提高加氢裂化REAC系统的运行可靠性，减少非计划停工事故的发生，提高企业的经济效益。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的进口管道部分结构图。
图3是图1空冷器结构示意图。
图4图3中N的放大图。
图5是进、出口管箱外侧管箱侧视图。
图6是本发明的出口管道部分结构图。
图中：1、总进口管，2、第一管道，3、第二管道，4、第四管道，5、第n-1级管道系统出口管，6、第n级管道系统进口管，7、空冷器第一进料口，8、空冷器第二进料口，9、第三管道，10、第五管道，11、外侧管箱，12、进口管箱，13、内侧管箱，14、螺栓，15、分配孔板，16.翅片，17、衬管，18、第一中间管箱，19、第二中间管箱，20、第三中间管箱，21、第四中间管箱，22、出口管箱，23、空冷器第一出料口，24、空冷器第二出料口，25、总出口管，26、空冷器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，是本发明的结构示意图，包括进口管道部分、空冷器管束部分和出口管道部分；
如图2所示，进口管道部分的总进口管1走向为垂直向上，总进口管1的末端与第一管道2的中点经管件垂直联通；第一管道2的两端分别经管件与第二管道3、第三管道9垂直相联通，且第二管道3或第三管道9与总进口管和第一管道2组成的平面相垂直；第四管道4与第二管道3经管件垂直相联通，且第四管道4垂直于第一管道2与第二管道3组成的平面；第五管道10与第三管道9经管件垂直相联通，且第五管道10垂直于第一管道2与第二管道3组成的平面；第四管道4与第五管道10相互平行且与总进口管的走向相同，垂直向上；第一管道2、第二管道3、第四管道4、第三管道9、第五管道10组成的管道系统为第1级20个管道系统；同理，构成第2级21个管道系统，依次类推可以构成第n-1级2n-2个管道系统；第n-1级管道系统出口管5经管件与第n级管道系统进口管(6)的中心垂直联通，第n级管道系统的出口管两端分别经管件与空冷器的第一、第二进料口7、8相联通；
如图6所示，空冷器第一、第二出料口23、24分别与出口管道部分的进料口相联通，出口管道部分与进口管道部分的管道联接方式相同。
如图3、图4、图5所示，空冷器管束部分包括2n-1片结构相同的空冷器，在本实施例中，取n＝4，n代表进、出口管道部分的级数，即图2、图6中进、出口管道部分共分为四级，第1级20个管道系统；同理，构成第2级21个管道系统，依次类推可以构成第n-1级2n-2个管道系统，即第3级包括4个与第1级相同的管道系统；第4级管道系统包括23个相同的管道部分，分别与23片空冷器相联；即空冷器管束部分包括23片空冷器，即A、B、C、D、E、F、G、H共8片结构完全相同的空冷器，其中空冷器A的进口对应于空冷器A’的出口，空冷器B的进口对应于空冷器B’的出口，空冷器C的进口对应于空冷器C’的出口，空冷器D的进口对应于空冷器D’的出口，空冷器E的进口对应于空冷器E’的出口，空冷器F的进口对应于空冷器F’的出口，空冷器G的进口对应于空冷器G’的出口，空冷器H的进口对应于空冷器H’的出口；其中，A与A’，B与B’，C与C’，D与D’，E与E’，F与F’，G与G’，H与H’分别代表同一空冷器。
每片空冷器包括进口管箱12、出口管箱22、四个结构相同的中间管箱18、19、20、21，进口管箱12一侧的外侧管箱11的空冷器的第一、第二进料口7、8分别接进口管道部分的出口，进口管箱12另一侧的内侧管箱13的出口经一排48个外部设有翅片16的管束分别与第一中间管箱18的内侧管箱的进口连接，第一中间管箱18的内侧管箱13的出口经一排48个外部设有翅片16的管束分别与第二中间管箱19的内侧管箱13的进口连接，第二中间管箱19的内侧管箱13的出口经一排48个外部设有翅片16的管束分别与第三中间管箱20的内侧管箱13的进口连接，第三中间管箱20的内侧管箱13的出口经一排48个外部设有翅片16的管束分别与第四中间管箱21的内侧管箱13的进口连接，第四中间管箱21的内侧管箱13的出口经一排48个外部设有翅片16的管束分别与出口管箱22的内侧管箱13的进口连接，出口管箱22的外侧管箱11的空冷器的第一、第二出料口23、24分别与出口管道部分的进料口相联通。
所述的进口管箱12：由开有进料口7、8的外侧管箱11和开有一排48个管孔的内侧管箱13用螺栓14连接成一体，空冷器进料口7、8的中心与48个管孔位于同一水平平面，外侧管箱11和内侧管箱13连接处设置开有通孔的分配孔板15，内侧管箱13与一排48个外部设有翅片16的管束连接的出口段的每个管道内镶有150～200mm长的衬管17。
所述的四个结构相同的中间管箱18、19、20、21：均由外侧管箱11和开有二排每排均有48个管孔的内侧管箱13用螺栓14连接成一体，每个中间管箱的内侧管箱13与一排48个外部设有翅片16的管束连接的出口段的每个管道内镶有150～200mm长的衬管17。
所述的出口管箱22：由外侧管箱11和内侧管箱13用螺栓14连接成一体，由开有出料口23、24的外侧管箱11和开有一排48个管孔的内侧管箱13用螺栓14连接成一体，空冷器第一、第二出料口23、24的中心与48个管孔位于同一水平平面。
如图1所示，首先流体介质从进口管道部分的总进口管1进入到反应流出物的进口管道部分，进口管道部分的出料口分别与空冷器26的进料口相联，即与空冷器A、B、C、D、E、F、G、H的进料口相联，流体介质通过空冷器A、B、C、D、E、F、G、H冷却后，进入到反应流出物出口管道部分，最后经总出口管25完成一个完成的反应流出物系统过程。在整个反应流出物过程中，流体介质从总进口管1到总出口管25，流体介质温度从150℃冷却到了40℃左右，最后流入到高压分离器。
关于空冷器的个数一般取2n-1个，n通常是由具体石化企业的加工能力确定的，一般n大于或等于4。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种基于不平衡度分析的加氢裂化反应流出物空冷器系统，其特征在于：包括进口管道部分、空冷器管束部分和出口管道部分；其中：
1)进口管道部分的总进口管(1)走向为垂直向上，总进口管(1)的末端与第一管道(2)的中点经管件垂直联通；第一管道(2)的两端分别经管件与第二管道(3)、第三管道(9)垂直相联通，且第二管道(3)或第三管道(9)与总进口管和第一管道(2)组成的平面相垂直；第四管道(4)与第二管道(3)经管件垂直相联通，且第四管道(4)垂直于第一管道(2)与第二管道(3)组成的平面；第五管道(10)与第三管道(9)经管件垂直相联通，且第五管道(10)垂直于第一管道(2)与第二管道(3)组成的平面；第四管道(4)与第五管道(10)相互平行且与总进口管的走向相同，垂直向上；第一管道(2)、第二管道(3)、第四管道(4)、第三管道(9)、第五管道(10)组成的管道系统为第1级20个管道系统；同理，构成第2级21个管道系统，依次类推可以构成第n-1级2n-2个管道系统；第n-1级管道系统出口管(5)经管件与第n级管道系统进口管(6)的中心垂直联通，第n级管道系统的出口管两端分别经管件与空冷器的第一、第二进料口(7、8)相联通；
2)空冷器第一、第二出料口(23、24)分别与出口管道部分的进料口相联通，出口管道部分与进口管道部分的管道联接方式相同；
3)空冷器管束部分包括2n-1片结构相同的空冷器；每片空冷器包括进口管箱(12)、出口管箱(22)、四个结构相同的中间管箱(18、19、20、21)，进口管箱(12)一侧的外侧管箱(11)的空冷器的第一、第二进料口(7、8)分别接进口管道部分的出口，进口管箱(12)另一侧的内侧管箱(13)的出口经一排48个外部设有翅片(16)的管束分别与第一中间管箱(18)的内侧管箱的进口连接，第一中间管箱(18)的内侧管箱(13)的出口经一排48个外部设有翅片(16)的管束分别与第二中间管箱(19)的内侧管箱(13)的进口连接，第二中间管箱(19)的内侧管箱(13)的出口经一排48个外部设有翅片(16)的管束分别与第三中间管箱(20)的内侧管箱(13)的进口连接，第三中间管箱(20)的内侧管箱(13)的出口经一排48个外部设有翅片(16)的管束分别与第四中间管箱(21)的内侧管箱(13)的进口连接，第四中间管箱(21)的内侧管箱(13)的出口经一排48个外部设有翅片(16)的管束分别与出口管箱(22)的内侧管箱(13)的进口连接，出口管箱(22)的外侧管箱(11)的空冷器的第一、第二出料口(23、24)分别与出口管道部分的进料口相联通。
2.根据权利要求1所述的一种基于不平衡度分析的加氢裂化反应流出物空冷器系统，其特征在于所述的进口管箱(12)：由开有进料口(7、8)的外侧管箱(11)和开有一排48个管孔的内侧管箱(13)用螺栓(14)连接成一体，空冷器进料口(7、8)的中心与48个管孔位于同一水平平面，外侧管箱(11)和内侧管箱(13)连接处设置开有通孔的分配孔板(15)，内侧管箱(13)与一排48个外部设有翅片(16)的管束连接的出口段的每个管道内镶有150～200mm长的衬管(17)。
3.根据权利要求1所述的一种基于不平衡度分析的加氢裂化反应流出物空冷器系统，其特征在于所述的四个结构相同的中间管箱(18、19、20、21)：均由外侧管箱(11)和开有二排每排均有48个管孔的内侧管箱(13)用螺栓(14)连接成一体，每个中间管箱的内侧管箱(13)与一排48个外部设有翅片(16)的管束连接的出口段的每个管道内镶有150～200mm长的衬管(17)。
4.根据权利要求1所述的一种基于不平衡度分析的加氢裂化反应流出物空冷器系统，其特征在于所述的出口管箱(22)：由外侧管箱(11)和内侧管箱(13)用螺栓(14)连接成一体，由开有出料口(23、24)的外侧管箱(11)和开有一排48个管孔的内侧管箱(13)用螺栓(14)连接成一体，空冷器第一、第二出料口(23、24)的中心与48个管孔位于同一水平平面。
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