LLDPE装置循环气管道设计要点

LLDPE装置循环气管道设计要点

黄华

中石化宁波工程有限公司， 浙江省宁波市，

315103

摘要 介绍了循环气管道设计、支吊架及特殊管件设计要求；提出了循环气管道在施工时应注意的问题；总结了相关配管工作经验。

关键词 循环气管道；支吊架；膨胀节

聚合反应系统是LLDPE装置的核心工艺单元，主要由反应器、循环气冷却器（一开一备）和循环气压缩机组成。循环气管道用于输送循环气体，是连接聚合反应系统的最主要工艺物料管线。循环气体经压缩后循环通过由催化剂和树脂所形成的流化床反应器，聚合反应放出的热量被循环气带走，循环气与冷却器的冷却水进行热交换。本文结合某45万吨/年LLDPE装置重点探讨循环气管道设计和施工时应注意的问题。

1. 循环气管道设计

在聚合反应系统中，反应器是裙座式圆筒容器，其顶部有膨胀段，用于分离气体中的固体颗粒，气体在膨胀的过程中会使反应器本体产生晃动；循环气冷却器是单管程的列管式换热器，循环气走管程，调温水逆流走壳程；循环气压缩机为离心式，下进上出，采用干气密封。循环气管道输送的介质主要由乙烯、共聚单体、氢气及惰性气体混合物组成。某45万吨/年LLDPE装置循环气管道管径为DN1050mm，设计压力为2.91MPa(G)-3.6 MPa(G)，设计温度均为150℃，压力管道级别为GC1级。

1. 1. 一般设计要求

循环气管道在设计时首先应满足工艺流程和专利商的要求。在基础工程设计时，循环气管道的布置应结合设备布置一同考虑。循环气管道的布置在满足管道柔性及管口作用力和力矩的条件下，应使管道短，弯头数量少。

1. 2. 压缩机进出口管道设计

压缩机进出口管道对管口的作用力和力矩应返给制造厂核算，应符合制造厂的要求。

压缩机进口处应设置短节，以便检查循环气压缩机叶轮，也可用异径管代替短节。短节应方便拆卸，安装位置应设置在压缩机厂房吊车的有效行程内。

压缩机进口的临时过滤器宜设置在水平管道上，并在进口管道上设置一段可拆卸的短管，此短管上不宜设置仪表管口和分支管。

为防止树脂粉末积聚，压缩机进口的控制阀和文丘里流量计应布置在竖直管道上，控制阀和文丘里的距离应该最小，同时应考虑控制阀膜头的支撑和文丘里的检修。

为防止树脂堆积，循环气竖直管道上的分支管线与主管的水平夹角应大于或等于45°,分支管线的切断阀应靠近主管布置，并应便于操作；循环气水平管道上的分支管线应在主管水平段的上部0°至30°接入。

1. 3. 循环气冷却器进出口管道设计

两台循环冷却器应并联安装，进出口分别设置一个旋转弯头用于两台冷却器的切换。循环冷却器本体应向气体出口段倾斜，以便液体可以从管道流出。冷却器进出口管道应对称布置，同时循环气管道的布置不应妨碍冷却器管束的抽出、管箱端的拆卸，并应留出空间，便于操作和检修。

2. 循环气管道支吊架设计

   1. 管道支吊架设计

循环气管道在管道支吊架设计时，应根据应力分析结果，合理选择支吊架型式与位置。支吊架的型式和位置，应符合管道布置情况和管道柔性计算的要求。可选择有效的包括特殊型式的支架，控制管道位移和防止管道振动。

2. 2. 膨胀节安装

在循环气压缩机进出口管道上设置有金属膨胀节，以满足管道柔性及管口受力要求。金属膨胀节的主要型式有单式轴向型、单式铰链型、单式万向型、复式拉杆型、复式铰链型和复式万向铰链型。其中单式轴向型主要用于吸收轴向位移；单式铰链型只能吸收一个平面内角位移；单式万向型能吸收任一平面内的角位移；复式拉杆型可吸任一平面内的横向位移；复式铰链型只能吸收一个平面内的横向位移；复式万向铰链型能吸收任一个平面内的横向位移。除单式轴向型外，其余型式金属膨胀节均可以承受波纹管压力推力。金属膨胀节在施工安装中应注意：

1. 膨胀节的施工和安装应与设计要求相一致；

2. 膨胀节的安装使用应严格按照产品安装说明书进行；

3. 禁止采用使膨胀节变形的方法来调整或弥补管道的安装偏差；

4. 膨胀节的箭头表示介质流向，应与实际介质流向相一致，不能装反；

5. 安装铰链型膨胀节时，应按照施工图进行，铰链板方向不能装错；

6. 在管道系统（包括管道、膨胀节和支架等）安装完毕，系统试压之前应将膨胀节的保护装置拆除或松开。运输保护装置涂有黄色油漆，应注意不能将其他部件随意拆除；

7. 膨胀节与管道一起试压时，管道系统的试验压力不应超过膨胀节的试验压力。

2. 循环气管道特殊管件设计

   1. 管道人孔设计

在靠近反应器入口处，设置了循环气管道人孔，用于清除从反应器分布盘漏下的树脂细粉，人孔安装在水平方向20°至30°范围内，以便维修和安装。人孔的常规设计一般都是直接用法兰盖密封，由于聚乙烯装置产品为粉料。若还按常规设计，则粉料会在管口的颈部堆积,逐渐形成大块，直接堵塞人孔，由于催化剂的存在，一旦反应器内有大块料产生，就会像种子一样越结越大。因此，循环气管道的人孔盖设有带芯的管塞，芯的端部与反应器内壁平齐，且与反应器内壁的弧度一致（如图3.1）。

2. 2. 取样孔设计

为了避免树脂粉末堵塞取样孔，循环气压缩机出口的取样口塞孔应置于循环气管道内部，树脂粉末将被迫走管线的外部，远离塞孔（如图3.2）。为便于取样口的钻孔疏通，取样口应位于便于操作的位置。

图3.1 带芯法兰盖人孔设计 图3.2 取样孔设计

2. 循环气管道施工技术要求

对于循环气管道，要求对接焊缝进行100%X射线检验，NB/T 47013 II级合格；

管道切割应采用机械方式加工。管道内焊缝应进行打磨处理，不能打磨的焊缝应采用GTAW打底焊。循环气管道要求对焊缝和热影响区做－20℃低温冲击试验，冲击值按GB50316-2000规定。

反应器、循环冷却器、循环气管道需进行I级清洗，其目的是清除能催化加氢反应或污染树脂的锈垢和锈霜。清洗后可以给反应器、循环气管道涂上无机富锌漆/涂料做底漆，防止生锈。

5. 结束语

循环气管道是线性低密度聚乙烯（LLDPE）装置重要的工艺物料管道，如何做好循环气管道及支吊架设计，使循环气管道安全可靠运行，对装置的开车和生产尤为重要。

参考文献

[1] 徐宝成.线性低密度聚乙烯合成工艺[M].第1版.北京:石油工业出版社.2010:52-78.

[2] 卢秀荣.浅议金属波纹管膨胀节的力学特性、主要类型与工程应用[A].化工设备与管道.2010,47(2):38-44.

[3] 石油化工金属管道布置设计规范.中国石化出版社.2011.