MTO装置反应气体管道设计

４）按照要求制定合适的焊接工艺规程并按 照相应规范进行工艺评定，焊接工艺评定应证实
在焊缝金属区、焊缝热影响区（ＨＡＺ区）和基体金
属上的硬度不超过２００
ＨＢ。
（尤其是接触介质的表面），此外应根据相关规范 避免或限制焊接缺陷，特别是根部区的未焊透、未 熔合、气孑Ｌ、夹杂、裂纹和咬边等。这些焊接缺陷 易引起硫化氢应力腐蚀的缺陷，要足够重视。
长度，．可有效减少管道压降。２）做好管道热补偿。 因管道管径大，介质温度高，为保证装置安全长周 期运行，管道热补偿研究尤为重要。３．）节约投资。 因管道管径大，．投资高。通过优化管道布置和合 理进行管道选材，有效节约投资。
２０．１０年８月，在某煤制烯烃示范项目中，采用 申国科学研究院大连化学物理研究所、陕西新兴 煤化工有限公司和ＬＰＥＣ联合开发的ＭＴＯ技术， 由中石化洛阳工程有限公司承担工程设计，世界 首套１８０万ｔ（折纯甲醇）进料规模的大型ＭＴＯ工
业化装置一次开车成功，并实现平稳运行。本文
图１
ＭＴＯ装置反应气体管道布置型式
１一急冷塔；２一甲醇反应气换热器；
主要结合该装置设计过程，探讨ＭＴＯ装置反应气 体管道设计要点。
３一反应气三级旋风分离器；４一反应器
１反应气体管道设计原则 ＭＴＯ装置反应气体管道，是指从反应器出口 经过反应气三级旋风分离器、甲醇一反应气换热
器至急冷塔的管段部分。此部分管段为该装置核 心管道，管道布置形式见图１。ＭＴＯ反应为低压
２设计参数和管暴主要元件确定 １）设计参数。考虑到节约投资及有利于管
道热补偿，基于特定的工艺参数，决定该管道采用
冷壁（即管道内衬隔热耐磨衬里）形式，冷壁管的
设计温度根据大量工程经验确定。反应气体管道 设计参数：压力０．２９－ＭＰａ；管壁温度３００℃。
甲醇制烯烃（Ｍｅｔｈａｎｏｌ—Ｔｏ，Ｏｌｅｆｉｎｓ）装置简称 ＭＴＯ装置，是以甲醇为原料通过催化反应生产出 轻烯烃混合气（主要是乙烯和丙烯）的过程。因该 装置可不以石油和天然气为原料，就能满足当前 油价高企环境下的巨大烯烃产品需求；ＭＴＯ：技术 对于优化产业结构，维护国家能源安全有着重要
的战略意义。
经计算并结合大直径薄壁管道刚度应满足一 定要求的工程经验，最终确定反应气体管道的壁
厚为１４一ｔ８ ｌｎｎｌ。管道中弯头、三通等管件壁厚
等工况，橱应管道应力分枥时会出：现不同结果。 在不同正况条件下，．与反应气体管遘相涟接盼设
备嘴子处端点位移也不同ｊ。
需保证其最薄处与相应管道壁厚一致。 ②管道衬里厚度。根据Ｃ，Ｂ ５０４７＊一２００８隔． 热耐磨衬里技术规范…规定，确定龟甲１网隔热耐 磨双层衬里的耐磨层厚度为髑ｍｍｉ
５）使用具有资质的焊工及宜选用专用的抗 硫化氢腐蚀焊材进行焊接作业。焊后对焊缝及其 热影响区提出严格的探伤检查和消除内应力的热
处理要求，且要求焊缝区域的硬度值。＜２００
ＨＢ。
５结语
参考文献：
［１］卢绮敏．石油工业中的腐蚀与防护［Ｍ］．北京：化学工业出 版，２００１：８８—１３１．
１）湿硫化氢环境中设备和管道的材料选择， 设计者应优选现行美标、国标和行标材料规范中
２１。
２）输人数据。嘲胁装置反应气体管道的应 力分析按常规的萋本参数、管道单元结梅参数和
边界条件三种数据输入时，应当注意的是：，管道衬 里应折算戚当量管遴壁厚，．管道材料密度应折算
衬里总厚度可采用文献［１］的公式进行计算：
８＝（ｔｉ—ｔ。）Ａ２／（ｔ＇ｉ一屯）％一Ａ２Ｉ禺／Ａｌ＋南（４）
成当量管道材群密度。根据确定舡况条件，正确
理工大学。２００６．
万方数据
高，工件的热处理保温时间至少ｌ小时。在焊后 热处理后，应避免再进行产生高残余应力的加工 如矫直，否则应再次热处理。 ６）焊接过程中不应在设备和管道表面引弧
３）图纸中标明有硫化物腐蚀破坏倾向的设 备和管道，制造方要做好材料的购买和复检工作。 要求供货方提供材料的质量证明文件，并对材料 进行理化复检，检查硫、磷含量及非金属夹杂物等 是否超标，各项力学性能是否符合规定要求。
的作甩所产生的ｉ＝：次应力。 ①一次应力校核。一次应力没有酶限性，当 一次应力超出规范要求时，可通过重新谩定支架 位置、对管道薄弱处补强等方法来降低一次应力。 ②二次应力校核。二次应力有睡隈性，．当二 次应力超出规范要求时，．可采取以下揣施降低二 次应力水平：调整管道布置或增加热林偿元件；合 理选甩支架形式（承重、导向、止推支架等刚性支 架或弹簧支架）。 ４）管道热补偿元件确定。结合管道布置实 际情况及反应气体俞质特性，、根据应力分析结果， 确定选择一种由；中石化洛阳工程有限公司与炜船 重工洛阳双瑞特锶科；技有限公司合作开发的具有 特殊结梅的金属波纹管膨胀节作巍管道热补偿元 件。此种膨胀节筒节槠质兔锄髋＋村里，波盼材 质为ｉｎｃｏｎｅＩ ６２５．。反应气体管道上膨胀节及支吊 架安装位置觅图Ｚ。 （下转第强页）
３管遘应办分枥及管遘热林偿，元雠鲍确定 国际上公认的管道应力分柝程序ＣＡＥＳ魁ＥⅡ
①管道壁厚。反应气体管道Ｚ《Ｄｊ雁，。其计
算公式为： 疋＝ＰＤｏ／２（［矿］‘Ｅｆ＋Ｐｙ）‘ ％＝ｔ＋Ｃ Ｃ＝Ｇ１＋Ｇ （１） （２） （３）
是由美国∞粼舷公鼹开发的专业管遭应力份柝
软件。目前，在国内它被广泛应用于石洫、化工、 石化、电力等行业。结合反应气体管道工艺参数， 该管道使用ＣＡＥＳＡＩ鬻珏进行详细应力分析。 １）。确定工况。根据多种工艺操作需求，两台 甲醇一反应气换热器存在一开一备、两台同时开
装空间的同时，要考虑弹簧的检修及弹簧定位销 拆除所需平台。
参考文献：
图２反应气体管道膨胀节及支吊架安装位置
１一急冷塔；２一甲醇反应气换热器； ３一反应气三级旋风分离器；４一反应器 ［１］ ＧＢ５０４７４—２００８隔热耐磨衬里技术规范［ｓ］．
［２］齐国祯．甲醇制烯烃（ＭＴＯ）反应过程研究［Ｄ］．上海：华东
”阕门选雁。由予管道上阀门，直径较大
（ＤＮ ２０００ｊ）且介质为易燃介质，．岁暨保证安全、方便
操作，阀门采用对焊连接带气动执衙机梅的耐高 温蝶阀疋阀｝俺采用：Ｑ８４；ｓＲ）。。
考虑到反应气体管道元件材质为Ｑ淌Ｒ加龟
甲网隔热耐磨双层衬里结梅，耐高温蝶阕阕体端 部采用龟甲网双层内衬里结构。 阀板、阀座均采用不锈钢整体铸造，阀轴采用
愉低硫元素的钢材，一旦设计中明确设备和管心１淼霖蠹篡裟￡黻戬舭陀醵
道内存在硫化物腐蚀破坏倾向，应在设计、ＪＪⅡ３：、
安装和操作过程中引起足够的重视。
［３］杨强，郑梅，余应唐，等．抗氢致裂纹和硫化物应力腐蚀裂纹 焊丝的研制［Ｊ］焊管，２０１２，（１２）：３７—４１．
（上接第道应力分
高硬度显微组织的形成，避免大部件上的小焊道
力集中，避免采用异种钢材焊接，在不得已采用异 种钢焊接的场合下，设计上要进行以妥善处理。
加工中要强化各工序的质检，避免或减少与设备
和管道接触时硫化氢介质面的划痕或出现凹坑缺
陷，不允许存在加工裂纹。
焊缝热影响区的高硬度。 ５）低碳钢消除焊接残余应力热处理的温度， 应大于或等于６２０ ｏＣ。但降低焊缝硬度的焊后热 处理温度通常要比消除残余应力热处理的温度
力、强放热反应…，反应气体管道介质压力低、温 度高。该装置反应气体管道管径大（１
８００～２ ８００
收稿日期：２０１２—１ｌ—０７。 作者简介：张志刚，男，２００６年毕业于大连理工大学化
ｍｍ），温度高（４９５—５５０℃），而且管道中介质有 毒、易燃、易爆且含有少量催化剂。管道设计时需
注意：Ｉ）减少管道压降。通过简化管道布置，在满
卜树里总厚度，ｍ；・
ｒＫ），；＿
系数，ｗ／（ｍ２・Ｋ）；
岛——耐磨或高耐磨混凝土厚度，ｍ；
Ａ。——耐磨或高耐磨混凝土导热系数，Ｗ／（越
Ａ，——隔热混凝土导热系数，．Ｗ／（ｍ．－Ｋ）。 计算确定衬里总厚度为ｉ００’ｌｒｌｍｂ隔热层厚 度先衬里总厚度藏去耐磨层厚度２５一ｍｍ＇即；隰热 层厚度为７４
ｌｎｎｌ、。
工机械专业，硬士，工程师’，现主要从事炼油及ＭＴＯ
装置管道设计工作。联系电话：０３７９’６４８８５４掣ｔ；Ｅ—
ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｚｇ．１ｐｅｃ＠ｓｉｎｏｐｅｃ．｜ｃｏｒｎ
足管道柔性和设备管口受力的要求下，缩短管道
万方数据
２０１３年第３期（第３０卷）
张志刚等．ＭＴＯ装置反应气体管道设计
・甜’・
２）管系主要元件确定。反应气体管道元件 材质为：Ｑ２４５Ｒ加龟甲网隔热耐磨双层衬里。
穗营渡恭
石油化工设计
Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｄｅｓｉｇｎ
２０１３，３０（３１１
３０～３１
ＭＴＯ装置反应气体管遘设计
张志刚．，张案峰
（中石化洛阳工程有限公司，河南洛阳４７１００３）
摘要：以世界首套１８０万ｔ／ａ（折纯甲醇）大型ＭＴＯ ｍ，＿１ｔ：４ｅ，装置（已成功安全平稳运行）的管道设计 为基础，详细分析了ＭＴＯ装置反应气体管道的设计原则和设计参数，确定采用衬里管道型式并提出了该 管道系统的布置方案。该项技术打通了甲醇到低碳烯烃的产业链条，开创了全新的制聚低碳烯烃工艺。 阐述了管道布置、管系主要元件确定、管道应力分析、管道支架设计等内容的设计要点。 关键词’：ＭＴＯ装置反应气体衬里管道设计
不锈钢锻糌。阀轴俩端设吹扫孔及相应吹扫ｉ阀．以
防ｊ止介质中催化剂进入轴腔影嗬阕ｅ１哪关。
万方数据
２０１３年第３期（第３０卷）
曹国俊．抗硫化氢腐蚀碳钢的焊接
・３５・
３）碳钢焊接材料采用含锰焊丝的ＳＡＷ不宜
２）结构设计时，应尽可能避免出现较大的应
采用活性焊剂；不允许使用含Ｎｉ超过１％的焊条、 溶剂和填充金属。 ４）在焊接过程中，应采用预热、控制焊接线 能量，降低焊缝的冷却速度等方式，防止热影响区
Ｈ衬 口膨 ，ｒ单 ｌ弹 ，带
析结果，综合分析，逐一工况校核支架在多种工况
组合中的适用性。并且应格外关注：１）支架垫板。