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催化裂化装置烟机入口管道配管设计 　　摘要：烟气能量回收系统是降低催化裂化装置能耗的有效途径，而烟气管道在能量回收系统设计中至关重要。在总结烟气管道的特点、布局原则的基础上，对比选用316H材质的管道，并讨论了管系的柔性设计方式。最后给出了烟机管道的设计实例，并强调了管系施工时的注意事项。对高温大型管道的设计具有一定的指导意义。 　　关键字：催化裂化；烟气管道；膨胀节；弹簧支吊架；配管 　　中图分类号：TH137.51 文献标识码：A 　　1 概述 　　催化裂化装置主风机能量回收机组是催化裂化装置的重要组成部分。随着装置的大型化及催化裂化原料的重质化，再生器的温度和压力越来越高，主风机耗功也相应增大，为了充分利用再生烟气的压力能和热焓，对于大中型重油催化裂化装置都采用烟气能量回收系统来补充耗功并发电，供装置内使用或并入电网，从而达到降低装置能耗，节约成本目的。 　　在催化裂化装置中，由三级旋风分离器，能量回收机组等组成的系统称为烟气能量回收系统，而由烟机、主风机、电动发电机组成的机组则被称为烟气能量回收机组。管道设计专业对能量回收系统的设计，主要包括机组及设备的布置和烟气管道、主风管道、润滑油管道等的设计，而烟气管道的设计在能量回收系统设计中，起着十分重要的作用。烟气管道的设计是否合理，直接影响着烟气轮机的正常运行和使用寿命，本文主要讨论烟气管道的配管设计。 　　2 烟气管道的设计特点、布置原则及组成 　　烟气管道的管道直径大，一般为DN800-DN3000；介质（烟气含少量催化剂颗粒）温度高，一般为670℃～750℃；且与之相接的烟机嘴子受力要求又十分严格。此类管道设计条件苛刻，技术含量高，需要考虑的因素多，从而使烟气管道的设计具有一定的难度。因此烟气管道的布置原则为，在保证安全运行的前提下，减少烟气在管道中的温降和压降，以提高能量的回收率，同时尽可能地节省投资。 　　烟气管道主要包括连接再生器、三级旋风分离器、烟机、水封罐和余热锅炉的管道。其中主要设备的布置如图1所示。 　　考虑到烟机操作温度高，转速高，嘴子受力条件要求苛刻，??计难度大，以下仅对烟机的进口管道（三级旋风分离器至烟机管道）设计的具体方法进行一些探讨。 　　3三级旋风分离器至烟机入口的管道设计 　　烟机入口管道的管内介质为高温烟气（其中含CO、CO2、SO3、H2S等腐蚀介质），其温度高达670℃～750℃，压力为0.3Mpa，管径通常为DN800-DN1600。由于其所处的特殊位置，该管道的设计优劣，直接影响装置的能耗及装置的长、满、优、稳生产，其设计应考虑以下几点： 　　（1）管道材料必须满足耐高温及防腐蚀的要求； 　　（2）管系应有足够的柔性，使烟机入口嘴子受力满足要求； 　　（3）尽量减少材料的数量，节省投资。 　　为了满足以上要求，设计中需采取相应的措施。 　　3.1管道材质的选择 　　为了防止衬里脱落，带进烟机而损坏其动、静叶片，该管道采用热壁管道设计，且对管材的选择具有较高的要求，通常采用耐热不锈钢。下表为常用的三种不锈钢的高温性能数据。 　　在以往的设计中，管材一般使用1Cr18Ni9Ti，该材质具有较好的抗氧化性及防腐蚀性，材料中由于Ti的存在，具有抗晶间腐蚀的能力（主要指在停工时的露点腐蚀工况下），但Ti又是易被氧化的元素，它的存在将导致材料在高温下机械性能下降，当温度达700℃时，该材质的许用应力仅为13MPa，为此，在满足同样温度要求的情况下，管道壁厚较厚。 　　0Cr19Ni9具有较好的机械性能和抗高温氧化、抗腐蚀的性能。当温度达700℃时，该材质的许用应力为27MPa，但焊缝处抗晶间腐蚀的能力较差，在停工状态，易产生露点腐蚀和应力腐蚀开裂。 　　随着催化裂化装置掺炼重油、减渣比例的提高，原料中硫含量的增加，耐硫腐蚀应引起足够的重视。此外，氯离子腐蚀、露点腐蚀等，都严重影响着烟气管道的使用寿命。为了解决这些问题，设计选用了316H作为该管道的材质。这种材料具有较好的冷热加工性能，焊接性能和抗腐蚀性能，且热敏性低，当温度为700℃时，许用应力为30MPa。 　　3.2管道柔性设计 　　为使烟气管道具有一定柔性，在进行平面布置和管道规划时，应尽量使管系的走向与所有热位移方向位于同一平面，即形成平面管系，但受环境限制，也可设计成立体管系，并将其分解成两个平面管系进行补偿，各设一组三铰链（也可以用一组复式万向型膨胀节进行补偿）。在平面L型管系中，采用一组三个单式铰链型膨胀节，对三维立体Z型布置采用两种方式来吸收热胀：（一）用固定支架在垂直管道上合适的位置将Z型管系分解成两个二维平面L型，并在每个L型管系中各设一组三个单式铰链型膨胀节；（二）在三维立体Z型管道上设一组单式万向型膨胀节，垂直管道上设两个单式万向型膨胀节，水平管道上设一个单式