艾克巴尔·库尔班
中国石油乌鲁木齐石化公司
摘 要：随着炼化装置规模的扩大，其中的主要设备规格也在相应变大，如比较具有代表性的常压塔和减压塔等，均出现规格大型化，操作弹性要求大，产品分离要求高等特点。本文主要从单元设备工艺和结构设计角度分析常见的原油炼化装置里的大型塔器注意问题。
关键词：石油化工；原油；设备工艺；结构设计
石油化工作为化工行业的上游部分，在我国整个化工行业中占有举足轻重的地位，近年来，随着国家产业改革，各种政策调整，部分原油指标下放，使得我国部分地方炼化企业获得发展红利，在淘汰落后产能的基础上，不断扩大生产规模，提高产品质量，涌现出一大批新上大型石化装置，其中最具代表性的为常减压原油炼化装置。本文主要从单元设备工艺和结构设计角度分析常见的原油炼化装置里的大型塔器注意问题。
1 新进原油特征
随着原油指标的下放，部分具有能力的炼化企业开始加工高品质的原油，与以往的原料相比，新进原油具有质量轻、品质好、收率高等特点，而以往粗狂式发展建设起来的装置一般无法消化此类产品，具体表现为换热不均匀，收率不符合要求，浪费严重，甚至部分设备直接无法开工等问题，根据我公司近两年来设计项目发现，大部分装置采用主要炼化设备根据现有原油特性重新设计来解决问题，部分装置具有改造潜力的通过重新工艺核算后利旧塔体进行内件改造以达到要求的收率和产品质量。
2 大型塔器工艺设计要求
作为炼化装置的核心，以常压塔和减压塔为主的大型静设备一般被列为改造或重新设计的主要对象，由于以往的装置原料性质低劣，旧设备具有体积大，收率低，局部设计粗狂等特点，对于新进原油，老旧设备大部分无法加工，如由于老旧装置主要以沉重的渣油为原料，故老旧装置一般以减压塔等重型炼化设备为装置核心，产品也主要为沥青或重油等，对于上游装置的轻组分加工能力就显得力不从心，而最新原油特点又以收率高，油品偏轻为特点，自然造成新原料与老旧设备不匹配的特点，而为了解决该问题，工程实例中常以上游增加闪蒸塔或扩大初馏塔来解决问题，装置核心从原先的常压塔和减压塔为核心变为以初馏塔和常压塔为核心。
如原料入口分布设计，液相抽出口及气相出口设计等，因为考虑到原油密度变轻，会造成塔盘压降降低，塔内气相流速过快，控制不好会造成分离不充分产品质量不合格等。
又如液相泵抽出口，轻质原油液相变少，密度低，液位压差也会相应降低，如果继续保留原抽出口液位高度会造成抽空现象，最终会造成泵体损坏甚至开工不正常等现象，以上问题要求工艺设计人员再提出设计委托时根据原油性质设计出详细结构，以保证设备专业的做出的设备真正满足工艺要求。
3 塔器设备局部结构设计特点及要求
除了单元设备工艺要求外，单纯的设备强度设计也发生了很大的变化，此文仅讨论变化较大的塔器设备，随着原油加工能力的提高，大型塔器设备的表现出直径大壁厚薄的特点，由于塔器使用地点一般不会变化很大，相应的地质条件和风载荷、雪载荷等外部条件一般不会变化，单纯量的提高一般也不会增加塔器高度，仅仅是扩大塔体直径即可，外载荷不变，塔体直径变大，根据NB/T47041-2014《塔式容器》受力模型计算，塔体的迎风面虽然变大，但整体高径比变小，相对而言塔器变得更加敦实，故单从风载荷角度计算设备壁厚几乎不会发生变化，这就容易造成上述直径大壁厚薄的特点，而单纯的根据GB 150.1～105.4-2011《压力容器》最小壁厚要求，一般塔器厚度满足要求，但在实际工程中，这种塔体受力存在各种隐患，最基本的塔体运输变形问题，其次塔体吊装问题，如此薄的壁厚一般无法满足塔体吊装问题，再就是局部应力问题，由于整体加工能力的提升，塔体物料进出口管线也都相应成倍增加，局部削弱补强问题是一方面，此外还有物料进出口冲刷引起的管线轴向力会通过塔体接管传递到塔底，根据接管方向变更为塔体的各种轴向或周向应力，轻则造成管线剧烈震动，重则引起塔体撕裂等问题。该问题在重质油加工过程中较少出现，主要因为重油中气相较少，管线物料以液相为主，物料流动相对比较平稳，故基本无需考虑。
上述问题中，对于塔体根据风载计算偏薄问题，我们不能仅仅满足于符合NB/T47041-2014《塔式容器》和GB 150.1～105.4-2011《压力容器》中的最低要求为标准，应当充分考虑生产制造运输及使用过程中的各种工况，针对不同的工况做出相应的措施，如适当加大筒体壁厚，为保证塔体运输刚度适当增加加强圈，塔体吊装时对根据吊装方案对吊耳段采取筒体加强措施等。
对于局部受力，也不能仅仅满足于SW6-2011所提供的开孔补强要求，对于常减压装置，内压工况所造成的开孔削弱一般无需补强，我们应该充分考虑管线、平台甚至吊耳吊装过程等造成的各种局部应力，根据这种局部载荷严格计算塔体的薄膜应力，适当增加补强，支架等加固措施，对局部应力较高部位增加检测要求等措施。
综上所述，由于原油性质变化，原油的落后重污染炼化装置大部分无法满足新进原油的加工要求，充分領会产业政策的目的，严格淘汰落后装置，按照新的原料性质重新规划设计原油加工装置，方可真正达到产业升级的目的。而新装置的设计需要设计单位严格对待，充分计算并进行详细的结构重设计方可满足要求。
参考文献：
[1]王雷，李会彭.炼油工艺学[M].北京：中国石化出版社，2011.
[2]中国石油和石化工程研究会.炼油催化剂[M].北京：中国石化出版社，2012