趙林濤

德希尼布(天津)化學(xué)工程有限公司上海分公司 上海 200235

苯乙烯是石油化工的主要基礎(chǔ)產(chǎn)品和重要的有機(jī)化工原料，主要用于生產(chǎn)丁苯橡膠、聚苯乙烯、ABS樹脂等有機(jī)材料，此外在汽車、建筑和電子等領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用。苯乙烯的生產(chǎn)工藝主要有乙苯脫氫法、裂解汽油抽提蒸餾回收法、環(huán)氧丙烷-苯乙烯聯(lián)產(chǎn)法以及丁二烯合成法等，其中乙苯脫氫法是目前國內(nèi)外生產(chǎn)苯乙烯的主要方法。

乙苯脫氫法生產(chǎn)苯乙烯裝置的核心區(qū)域是脫氫反應(yīng)區(qū)，該區(qū)域經(jīng)蒸汽過熱爐加熱后的過熱蒸汽溫度可達(dá)800℃以上，所以該部分管道需采用進(jìn)口的高溫合金鋼材料，因其價格昂貴，采購周期較長，該區(qū)域設(shè)備布置的合理性對于提升整個裝置的經(jīng)濟(jì)性尤為重要。

1 脫氫反應(yīng)區(qū)的設(shè)備布置

苯乙烯裝置脫氫反應(yīng)區(qū)的核心設(shè)備包括2臺脫氫反應(yīng)器(第一脫氫反應(yīng)器和第二脫氫反應(yīng)器)、三合一換熱器以及一臺蒸汽過熱爐；其中2臺反應(yīng)器和一臺三合一換熱器均為大型立式設(shè)備，蒸汽過熱爐為裝置提供過熱蒸汽，為明火設(shè)備；設(shè)備布置時一般將三臺立式設(shè)備一起做聯(lián)合框架，蒸汽過熱爐根據(jù)石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范要求放置在靠近聯(lián)合框架的地方。

1.1 脫氫反應(yīng)器與三合一換熱器的布置原則

(1)兩臺脫氫反應(yīng)器為串聯(lián)操作，為節(jié)省空間及管材，兩臺反應(yīng)器宜就近布置，同時蒸汽過熱爐有兩條過熱蒸汽管線分別給兩臺反應(yīng)器提供過熱蒸汽，這兩條管線材質(zhì)均為價格昂貴的高溫合金鋼，所以應(yīng)盡量縮短這兩根管道的長度；鑒于此，加熱爐宜與兩臺反應(yīng)器平行布置，最好與兩臺反應(yīng)器的中心對齊，并在滿足防火規(guī)范要求的前提下盡量靠近反應(yīng)器布置。

(2)經(jīng)過三合一換熱器預(yù)熱過的乙苯先后經(jīng)過第一和第二脫氫反應(yīng)器，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)三合一換熱器冷卻后再輸送到主冷凝區(qū)冷卻，反應(yīng)物余熱可以通過三合一換熱器預(yù)熱原料乙苯。為節(jié)省材料及空間，三合一換熱器一般靠近第二脫氫反應(yīng)器布置。

1.2 三臺設(shè)備的布置方案

根據(jù)工藝特點，這三臺立式設(shè)備有以下兩種常用布置方案。

第一種方案：三合一換熱器與第二脫氫反應(yīng)器中心對齊，且盡量靠近第一脫氫反應(yīng)器，即三臺設(shè)備中心成直角關(guān)系。關(guān)鍵設(shè)備平面布置圖見圖1。

圖1 方案一所述平面布置圖

第二種方案：第一、第二脫氫反應(yīng)器和三合一換熱器按順序依次排列，即三臺設(shè)備中心在一條直線上。關(guān)鍵設(shè)備平面布置圖見圖2。

圖2 方案二所述平面布置圖

以上兩種布置方案都比較成熟，可根據(jù)實際情況來選擇。

2 脫氫反應(yīng)區(qū)框架設(shè)計及結(jié)構(gòu)平臺布置

確定好脫氫反應(yīng)區(qū)關(guān)鍵設(shè)備的布置方案后，在確定第一、第二脫氫反應(yīng)器和三合一換熱器之間的結(jié)構(gòu)層高和其平臺布置時，需要把設(shè)備的外形尺寸、兩個反應(yīng)器和三合一換熱器之間的相對高度關(guān)系以及它們附屬的大口徑高溫管道布置綜合起來一起考慮。下面就上述第二種布置方案展開討論。

2.1 設(shè)備安裝高度的確定

在滿足工藝要求的前提下，為方便支撐，將第一脫氫反應(yīng)器及三合一換熱器均支撐在地面上；反應(yīng)氣經(jīng)第一脫氫反應(yīng)器后，需經(jīng)過預(yù)熱器進(jìn)入第二脫氫反應(yīng)器，為節(jié)省管材及空間，預(yù)熱器與第二脫氫反應(yīng)器直接連接，位于反應(yīng)器的下方，所以第二脫氫反應(yīng)器不宜支撐在地面上，應(yīng)根據(jù)與預(yù)熱器的關(guān)系安裝在合適的高度上，即采用混凝土框架支撐。此外，在確定反應(yīng)器支撐形式時，應(yīng)考慮反應(yīng)器下端方便催化劑的卸料。三者的相互關(guān)系見圖3。

圖3 苯乙烯裝置反應(yīng)區(qū)三臺核心設(shè)備的典型布置

2.2 框架層高的確定及平臺布置

確定反應(yīng)器和換熱器的安裝高度之后，就可以根據(jù)設(shè)備上的人孔和大口徑管口的配管情況，來布置框架的層高和平臺。由于反應(yīng)器和過熱器可視為一個系統(tǒng)，所以這三個設(shè)備宜統(tǒng)一布置結(jié)構(gòu)平臺，平臺的層高最好保持一致，做到整齊美觀，并方便操作人員通行。

在布置結(jié)構(gòu)層高時應(yīng)注意兩點：

(1)該區(qū)域內(nèi)有大量高溫管線，尤其是過熱蒸汽管線操作溫度高達(dá)800℃以上，所以在布置層高時應(yīng)注意在滿足凈空要求的前提下結(jié)構(gòu)梁底與該類管線能有足夠的間距。

(2)因三臺設(shè)備的操作溫度均比較高，在裝置運(yùn)行狀態(tài)下，設(shè)備會有一定的膨脹量，所以在布置結(jié)構(gòu)層高時應(yīng)考慮到設(shè)備管口因設(shè)備膨脹產(chǎn)生的垂直方向的位移，留有足夠的余量。

3 脫氫反應(yīng)區(qū)結(jié)構(gòu)平臺布置的注意要點

基于脫氫反應(yīng)區(qū)的自身特點，三臺核心設(shè)備采用聯(lián)合框架，在布置結(jié)構(gòu)平臺時應(yīng)注意以下幾點：

(1)第二脫氫反應(yīng)器頂部平臺上高溫安全閥組的布置。在苯乙烯裝置中，第二脫氫反應(yīng)器的頂部物料出口管線上的安全閥組及其周圍主次梁之間的關(guān)系，是其中的一個難點。為了方便支撐，在安全閥進(jìn)出口管道附近均有支撐梁，因部分安全閥組進(jìn)口管道的正常操作溫度在600℃左右，所以安全閥進(jìn)出口管道周圍的支撐梁需進(jìn)行耐熱處理。

(2)反應(yīng)器框架頂部平臺的催化劑進(jìn)料口活動蓋板布置。反應(yīng)器結(jié)構(gòu)頂部平臺需考慮催化劑裝料，在反應(yīng)器的催化劑進(jìn)料口上方平臺開方孔以方便催化劑加料，因為添加催化劑的間隔時間比較長，所以這個催化劑開孔在相當(dāng)長的時間內(nèi)不會使用，為防止操作人員誤踩催化劑開孔，在此開孔上加塊活動蓋板，使這個開孔平時不使用時封閉，使用時再開啟。反應(yīng)器中催化劑的填裝是通過頂部吊裝的方式，把催化劑吊至頂部平臺，然后打開平臺上的活動蓋板，把催化劑倒入事先已和平臺下催化劑填入人孔連接好的布袋來進(jìn)行填料，所以對于活動蓋板的布置，需要做到以下幾點：①以反應(yīng)器結(jié)構(gòu)中心對稱布置，并和下層平臺開孔對齊，使其整齊美觀，并且不影響平臺上的人行通道和操作維修空間；②在催化劑吊裝區(qū)域空間內(nèi)，不應(yīng)布置管道，使管道避開吊裝區(qū)域，以免影響催化劑的填充；③頂部平臺宜使用花紋鋼板，能有效避免催化劑粉塵四處分散在反應(yīng)器結(jié)構(gòu)四周而影響操作人員的通行。

(3)關(guān)于高溫膨脹節(jié)的支撐及操作平臺設(shè)置。因為反應(yīng)區(qū)有大量大口徑高溫管道，需采用大量高溫膨脹節(jié)來吸收熱應(yīng)力；膨脹節(jié)質(zhì)量較重，因此在布置結(jié)構(gòu)時應(yīng)充分考慮膨脹節(jié)的支撐問題。同時，膨脹節(jié)上面會安裝就地壓力表，因此需要在所有膨脹節(jié)處設(shè)置平臺，以方便現(xiàn)場操作人員觀看壓力指示。

在設(shè)置操作平臺時，應(yīng)注意GB50160關(guān)于平臺安全疏散通道設(shè)置的要求，對于甲類氣體及甲、乙A類液體設(shè)備的平臺，當(dāng)平臺寬度超過8m時，應(yīng)設(shè)置不少于2個通往地面的梯子。

4 結(jié)語

脫氫反應(yīng)區(qū)是苯乙烯裝置的核心區(qū)域，脫氫反應(yīng)器是該區(qū)域的核心設(shè)備，其他設(shè)備都應(yīng)圍繞反應(yīng)器進(jìn)行布置。本文探討了脫氫反應(yīng)區(qū)中兩臺反應(yīng)器、蒸汽過熱爐以及三合一換熱器的一般布置原則，并簡單歸納了該區(qū)域框架設(shè)計以及結(jié)構(gòu)平臺布置的基本原則以及一些注意要點。