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探讨转化炉流段一般展开式平面布置形式
摘要：文章详细介绍了石化行业天然气制氢装置平面布置中转化炉部分的疑难点及注意事项，主要包括转化炉、蒸汽发生器、中压汽水分离器极其构架的平面布置。
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天然气制氢装置是炼油厂中常见的装置，它为加氢精制装置、加氢裂化装置及重整装置等提供了氢源。天然气制氢装置一般分为6部分：进料部分，脱硫部分，转化炉部分(包括转化加热反应及产汽部分)，变换部分及PSA部分。天然气制氢装置的平面比较复杂，其中以转化炉部分比较有代表性，文章主要介绍制氢装置中转化炉部分的平面布置中遇到的各种问题以及相应的解决办法。
在规模较小，平面长度足够的情况下，转化炉对流段一般采用展开形式进行布置，文章主要探讨此形式的平面布置。转化炉部分的设备主要有转化炉(包含辐射段、转化原料预热段、蒸汽过热段、转化原料预热段、蒸发段及空气预热段)、中压汽水分离器及蒸汽发生器(见下图)。
1、转化炉的平面布置
(1)防火间距的确定：在确定制氢转化炉与周边设备及装置的防火间距时，因整个炉体较长，可以仅将辐射段定义为明火设备，而对流段(转化原料预热段、蒸汽过热段、转化原料预热段、蒸发段、空气预热段)定义为甲类可燃气体设备及与明火设备相关设备。
(2)辐射段冷壁集气总管中心高度的确定：因辐射段冷壁集气总管与蒸汽发生器管程入口直接焊接，辐射段冷壁集气总管中心高度需要与蒸汽发生器基础高度统一考虑。计算过程如下：
(1)计算出蒸发器基础圆整后的最小高度。
(2)计算出蒸汽发生器管程入口高度。
(3)辐射段冷壁集气总管中心高度等于蒸汽发生器管程入口高度。
(3)对流段钢结构高度的确定：蒸汽发生器放置位置在对流段钢结构下方，需要确定蒸汽发生器上部管线在钢结构下部是否可通过。计算过程如下：
(1)根据在上文1.2中计算的蒸汽发生器管程入口高度计算出蒸汽发生器上部管口中壳程出口管嘴高度
(2)根据蒸发器上部管口高度，计算出上部管线管顶高度。
(3)根据上部管线管顶高度结合净距要求，计算出对流钢结构的最低梁顶标高。(需考虑管口向上热涨的高度)
2、蒸汽发生器的平面布置
(1)防火间距的确定：蒸汽发生器的管程的介质H2O、H2、CO2、CO及CH4等，壳程介质为水蒸汽。在确定其与周边设备及装置的防火间距时，此设备定义为甲类可燃气体设备及与明火设备相关设备。
(2)蒸汽发生器的各个开口方位的确定：因蒸发器各个管口方位直接影响炉体对流段的长度及对流段钢结构的高度，在平面布置图时需要提前考虑下面几个管嘴方位：
2.1管程出口的方位
(1)当管程出口方位朝上时，需要按照本文1.3计算步骤考虑对流段钢结构高度是否满足要求，若不满足要求，需要求炉子专业调整对流段钢结构的高度或要求设备专业修改管程出口方位。
(2)当管程出口方位为侧向时，需考虑管子出口是否与对流段钢结构发生碰撞，若发生碰撞，需调整管口位置或提前要求炉子专业修改对流段钢结构布置。
2.2调节阀的开口方位：
(1)调节阀的开口方位一般正对蒸汽发生器中心管，方向为蒸汽发生器轴向方向，此时需要确认调节阀与空气预热器下部热风管道是否有足够的间距。因整个蒸发器处于滑动状态，无固定端，考虑净距时，还应考虑轴方向的热位移。
(2)当轴向方向转化炉空间不够无法修改时，需要将调节阀开口方位修改至侧向，此处需考虑调节阀是否与热风道支架碰撞。
2.3人孔的方位
蒸汽发生器的人孔一般有2个，靠近管程入口的人孔不影响平面布置，不再详述。主要介绍用于检修调节阀的人孔方位的确定：
当调节阀及管程出口的方位都确定在侧向时，人孔方位需
调整至蒸汽发生器轴向方向。
(1)当人孔方位为蒸汽发生器轴向方位时，需确认人孔与空气预热器下部热风管道是否有足够的间距供人孔抽芯。
(2)蒸汽发生器形式的讨论：根据安装要求蒸汽发生器可设计为偏心或同心两种形式，同心形式会要求转化炉冷壁总管的高度比较高，相对应的转化炉对流段钢结构与冷壁管总管高差要求不高；偏心形式与之相反。在平面布置中，可根据同心及偏心的特点来选择形式。形式如下图：
3、中压汽水分离器的布置
(1)防火间距的确定：中压汽水分离器的主要介质为除氧水及中压蒸汽，与周边设备无防火间距要求。
(2)中压汽水分离器一般单独布置在构架上，其中：
(1)构架高度的确定：除需满足管道布置要求外，中压汽水分离器还与转化炉蒸发段中心线有高度要求以满足自循环的推动力要求。
(2)构架与转化炉间的定位：为满足管道热涨的要求，一般要求构架中心线与炉体中心线的距离大于中压汽水分离器与蒸发器高差的一半。
4、结束语
制氢装置转化炉部分的平面布置，不仅需要考虑安全间距，而且还要考虑合理性及经济性，力争整个布置更美观，制造施工成本更低，使得整个装置的布置尽可能做到技术先进，并且经济合理。
参考文献:
[1]王金富.制氢装置管道材料选用[J].石油化工腐蚀与防护,2004,21(13):19-22.
[2]闫广豪.制氢转化炉出口管系应力分析[J].炼油技术与工程,2014,44(9):32-34.
史云霞.制氢装置转化炉部分的平面布置[J].广东化工,2020,47(18):152+142.
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