碱洗塔的管口方位设计

王京斯

(中国石化工程建设有限公司，北京 100101)

随着我国对各种化工产品的需要量越来越大，烯烃分离装置是化工生产中重要设备，它主要用于对各种化学成分的分离工作[1-2]。在烯烃分离装置中都要用到碱洗塔设备，它是乙烯装置中的重要设备，碱洗的目的是脱除裂解气中携带的CO2，H2S气体[3]。

碱洗塔通常有强、中、弱三段碱洗，一段水洗的常规流程。此碱洗塔塔身分为上部、中部、下部三个部分。塔上部从上到下依次进行上部水洗，强碱、中碱、弱碱清洗的流程。上部清洗水由P-3015A/S提供，强碱液由P-3014提供，中碱液由P-3013提供。塔中部和下部进行下部水洗，弱碱清洗的流程。下部清洗水由P-3020提供，弱碱液由P-3012A/S提供。

裂解气自下而上流入与从上而下的碱液逆流接触，碱浓度自上而下递减，碱洗后的裂解气再经水洗除去携带的碱沫后往后续分离单元。在碱洗过程中，各段碱液循环使用，新鲜碱补充至强碱段以维持各碱段的浓度梯度，强碱段反应完的碱液溢流到中碱段继续反应，中碱段反应完后再溢流到弱碱段，碱洗后的裂解气经加压、干燥、分离后得到乙烯产品[4-6]。碱洗工艺流程如图1所示。

图1 碱洗工艺流程示意图

1 碱洗塔详情

碱洗塔总高约62.88 m，直径为2.20 m。按用途，设备管口分为工艺管口和仪表管口，按部位，设备管口分为塔上部管口(如图2所示)，塔中部管口(如图3所示)，塔下部管口(如图4所示)，管口表见表1，图5为碱洗塔设备平面布置图，图5中建北朝上。

续表1

表1 管口表

图2 碱洗塔上部设备图

图3 碱洗塔中部设备图

图4 碱洗塔下部设备图

图5 碱洗塔设备平面布置图

2 管口方位布置的基本思路

嘴口方位的布置与管道布置密切相关，管道布置应从塔顶部到塔底部自上而下规划，首先考虑塔顶和大直径管道的布置和有特殊要求的管道布置，所以管口方位也应从上到下规划，优先考虑大直径管口方位。

管道布置分为操作侧和检修侧，与管廊直接相接的管道应尽量布置在操作侧，塔的人孔应放在检修侧。

设备管口的确定与管道建模要同步进行，根据实际管道在走向和设备与设备间的相对关系进行进一步的调整，规划出管口的最佳方位。

3 管口方位设计

3.1 上部管口方位设计

3.1.1 N2(顶部出口去E-3032 DN450)

从塔顶管口N2出来的管道要进右边的换热器E-3032，E-3032在碱洗塔右边的框架EL7500平台上，可以确定N2的管口方位为正东。

3.1.2 N27(放空口DN150)

布置在罐顶。

3.1.3 N3(上部清洗水入口DN80)

工艺管口N3根据工艺专业要求(如图6所示)，初步设计出N3布置方式，如图7所示。

图6 工艺专业对N3、N15、N19的要求

图7 N3的方位设计示意图

3.1.4 N12(上部清洗水出口DN80)

N12的方位根据工艺专业的要求(如图8所示)分配角度(在图7的基础上)有两种C和D，如图9所示。

图8 工艺专业对N12、N16的方位要求

图9 N12的方位设计示意图

根据管口方案C和D，规划管道走向，布置出图10～图11两种方案。

图10 N12方位设计方案A

图11 N12方位设计方案B

如图10所示，方案A中N3(上部清洗水入口)是从P-3015S(P-3015在框架北右侧的地面上)过来后上框架，有一组调节阀计划布置在C-3011东侧EL7500上，调节阀组南北方向布置。N12的管道也是从P-3015S过来。

这两种布置方案，N12的管道相差不大，主要的区别在N3上，如果从N3管口出来的调节阀组按照方案B布置，北侧是管廊，这一侧还会有管道下来与管廊对接，那么这个区域将会比较拥挤，调节阀组将会阻挡整个通道，这样设计不合理，如果把调节阀组如图10布置，紧贴柱子布置，不占通道，所以方案A更合理。

3.1.5 N4(强碱进口DN100)

根据工艺专业要求如图12所示，N4的布置如图13所示。

图12 工艺专业对N4、N6、N8的方位要求

图13 N4的布置示意图

3.1.6 N5(强碱出口DN100)

根据工艺专业要求(如图14所示)，布置方式有两种，如图15所示。

图14 工艺专业对N5的方位要求

图15 N5的2种方位布置方案示意图

与N5相接的管道是直接接管廊的，所以N5应设置在管廊侧，对应的管道走向有2种，如图16～图17所示。

图16 N5方位设计方案A

图17 N5方位设计方案B

如图16～图17所示，虽然两种方案中方案B更节省管道，但是在实际建模时中遇到了困难，一是方案B中N5的管道附塔下来后要直接对准P-3012S，管道附塔下来后的位置相对固定，而泵的位置待定，它们之间的可调整范围很小，再考虑后续泵位置调整的不确定因素，给管道设计增加了难度，为了避免修改管口方位选择方案A。

3.1.7 N6(中碱进口DN100)

T#21-35单数层塔盘有2种布置方案，根据工艺专业的要求，如图12所示，N6的方位有2种，如图18所示。

图18 N6的2种方位布置方案示意图

需要注意的是上部的嘴子N5和N6标高相差600 mm，不能放在同一个方位，N5的方位为W45N，所以N6的方位为方案E(E45S)。

3.1.8 N25(工艺气体自E-3016来DN450)、N13(工艺气体去E-3015ABCD DN450)

换热器E-3016在碱洗塔的北侧偏西的位置，根据#35层塔盘的布置图，#35塔盘下方有个挡板SP-3，N25只要不开在降液管里即可。如此大的管径，管廊在北侧，管道肯定是放在塔的北侧，优先要考虑正角度的布置。比如正北，正西。N25下面的管口N13(工艺气体去E-3015ABCD DN450)布置的管道也在碱洗塔的北侧偏西的位置，并且比N25的管道还要往西。

可根据与管廊的相对关系布置管道走向方位，N25正北，N13正西。

3.1.9 N23(废碱出口管径 DN40)

工艺没有方位要求，管口直径比较小，方位待定。

3.1.10 N14(公用工程口)

无设计要求，方位N40W。

3.1.11 N7(中碱出口DN100)、N13(工艺气体去E-3015 DN450)。

N7和N13位于塔上部和塔中部的连接部分。N13前文已规划方位为正西。N7和N13都是从设备外壁上伸出弯头后加短管后伸出塔壁，在塔内直管段的间距是很小的，那就要求在分布方位时要考虑到这个因素，内部的管子不能交叉。

N7(中碱出口DN100)管道从N7管口出来后进入塔前方的泵，所以N7要放置在北侧，因北边东边的管道较多，所有放在北偏西25度的位置N7(N 25 W)。

3.2 中部管口方位设计

3.2.1 N15(下部清洗水进口DN80)

根据工艺专业要求，如图6所示，塔盘和N15的布置有如下2种，如图19所示。

图19 N15的2种布置示意图

需要注意的是，N15的管口和上面的N3有相同之处，同是附塔管道下来，同是接一组调节阀后进泵，所以布局时可以统一考虑，布置在E45S合适。

3.2.2 N16(下部清洗水出口 DN80)

根据工艺要求，如图8所示，N16有2种布置方案，如图20所示。

图20 N16的2种布置方案

因与N16相连的管道要直接与管廊相连，方案A更节省管道，选择方案A，N16(W 45 N)。

3.2.3 N8(弱碱进口DN100)

根据工艺专业的要求，如图12所示，管口方案有2种，如图21所示。

图21 N8的2种布置方案

管道是从塔前方的泵(P-3012A)出来经过一组调节阀后进到N8，首先考虑把调节阀组布置在塔西侧的EL7500平台上，阀组南北走向，两种方案的调节阀组都可以这样布置，没有本质的区别，只是在实际的建模中，B方案的管道与其他管道碰撞，这一侧有其他几根45度的管道，不好排管，所以选择方案A，N8(E 45 S)。

3.2.4 N22(工艺气体到中部区域DN450)、N20(工艺气体出口DN450)、N1(进料口DN450)

N22、N20、N1是下部的管口，工艺无设计要求，因与N22，N20相关联，所以一起布置。

工艺流程是从管廊过来的管道经两个闸阀后进入下面的N1，分支经闸阀后进入上面的N22，再和中间的N20相连，3个闸阀要放在框架EL118400平台上，所以把N22，N20，N1都放在正北方向。

3.2.5 N21(废碱出口DN40)、N23(废碱出口)、N24(废碱出口)

N21和上部的N23、下部的N24是一样的，都是废碱出口，它们要连接在一起后进入到碱洗塔右边的D-3011，大致的设计方向是塔的东南方向，可一起规划角度，N21(E 35 S)，N23(S 35 E)，N24(E 45 S)，管口间相差10°方便配管布置。

3.2.6 N17(废碱出口DN40)

管道从N17出来后接到右侧EL 7500平台上的调节阀管道上，按配管接线设计为东偏西30°合适，N17(E 30 S)。

3.2.7 N18(弱碱出口DN100)、N19(弱碱进口DN100)

N18与下面的N19(弱碱进口DN100)相连接之后和下面正北方向的管道相接，所以N18和N19要布置在相同的角度。根据工艺专业要求，如图6所示，N19管口布置有如下2种方案，如图22所示，管道需要布置在管廊侧，方案B更节省管道，可确定N18 N19方位都为W45N。

图22 N18、N19的管口方位2种设计方案

3.3 下部管口方位设计

3.3.1 N9(弱碱出口DN100)

从N9出来的管道进入碱洗塔前方的泵P-3012A，方向布置为正北。

3.3.2 N10(废碱出口去D-3011 DN50)

N10出来的管道在EL4000平台上布置一组调节阀后进入右下方的D-3011，可以看出调节阀组放在这个位置不阻挡通道，方便操作，方位为正西。

3.3.3 人孔

碱洗塔共有9个人孔，全部布置在检修侧正南方。

3.4 仪表管口方位的设计

所有工艺管道画好后，再规划仪表管口，注意液位变送器和液位计口不要布置在降液管里。碱洗塔的仪表分为4种。

(1)液位变送器口K9A/B(W45S)K12A/B (E20N)K14A/B (W)；

(2)液位计口K4A/B(S20W)K8A/B(W15S)K11A/B(E20S)K13A/B(W20S)；

(3)温度计口K10(E15S)；

(4)压力变送器口K1 K2(S)K3(S40W)K5(S25W)K6(S30W)K7(S30W)；

至此，碱洗塔所有管口方位设计完毕。

4 结 论

碱洗塔管口方位的设计思路是：首先熟悉塔的工艺流程和结构分布，设备平面图，各设备间的相对位置关系，然后从上至下依次设计管口方位，优先设计工艺管口，满足工艺专业要求后再考虑配管的管道布置，同时兼顾大管径，有应力要求管道的配管布置，其次注意阀组的整体规划，小管道和仪表的布置，最后注意细节上的要求即可。