百万吨常减压异地扩建过程中，高温泵塔底管路的设计

百万吨常减压异地扩建过程中，高温泵塔底管路的设计

翟义 李永吉 顾文

大庆炼化炼油生产一部常减压作业区

前言：在千万吨常减压异地扩建工程中，高温泵塔底平面布置、管道应力和进出口负荷的确定是一个难点。文章从工程实例出发，对塔底式高温泵管路设计中存在的一些问题进行了讨论，并利用 CAESAR II进行了压力计算，计算并验证了塔管口法兰的渗漏情况，并给出了相应的处理措施。

关键词：底部高温泵；平面布局；管线应力；荷载；合理性

近年来，由于我国对原油需求量的日益增长和炼油工艺水平的提高，炼油装置的单体规模逐渐向大型化发展。为了适应炼油老区原油品质提升及产品结构调整的需求，将一套常减压装置迁址扩建，拟新建1000万吨/年常减压装置。由于扩建工程占地面积较小，在进行设备布置和管线设计时，对设计者提出了更高的要求：管线布局要满足工艺流程、机泵应力和日常巡视的需要，同时要满足经济性和美观性。通过常压塔底泵管道工程实例，从设备布置、管走向、架布置和受力分析等方面，对管道设计进行了进一步的改进，最后选择了最佳方案。

1种布局

此次扩建工程占用了一定的面积，在符合设计要求和管线受力情况下，尽可能使其布置得紧凑。根据石化行业布局有关规范和中国石化总公司对高温泵的管理规定，将常压塔底泵设置在地下管线的外部，并在泵（介质工作温度高于自燃点）附近安装了消防水炮，将泵本体和泵进出口管线容易泄漏的位置进行保护。中国石化集团炼油事业部化工事业部最新下发的《炼化企业高危泵配置及运行管理指导意见》规定，高风险的泵进液箱出口管道根部应设截止阀，截止阀位置与泵间相距不小于6米。最后，将常压塔底泵设置在塔体前方两跨（每跨一跨），装置布置见图1。

图1装置的布局（以毫米为单位）

2解析式计算

2.1 关键技术指标

常压塔底泵泵是BB2 （径向剖分一段、二级两段两段），泵口采用顶进顶出，工作介质为常压渣油。

2.2 结构的受力情况

2.2.1检查规范

在校核进、出口管道的应力时，除了要符合一次、二次应力的要求之外，还要根据API610的附录 F对泵的管口荷载进行计算。在此基础上，利用 CAESARⅡ中的API610模块对其进行了计算。管道受力与扭矩的座标系，其计算依据以下：

2.2.2备选方案的比较

2.2.2.1泵进口管路

泵进口管道的各种管道布置图。通过对每一种管道结构的应力计算，得出了泵管道（A泵节点480、 B泵节点580）的压力和扭矩。

2.2.2.2抽油泵出水管

水泵出水管布置，水泵出水负荷，其允许值是API610规定值的两倍。高温泵的出口通常采用“迂回型”的补偿模式，即由泵出口处的高位向低位转弯，然后由高位置入，然后由高位置入，这种补偿模式既能使泵出口处的阀门动作更加便利，又能有效地吸收来自泵出口处的压力和力矩，因此得到了更多的应用。经过初步的计算和分析，除了 A泵X向位移太大，在 A泵出油口产生了很大的转矩 MY之外，其它的受力都能满足设计要求。在后期，在泵出水口第3个弯角处x向推力，显著提高了最大转矩 MY，各个管口的压力、力矩都在规定的范围之内，满足了载荷的要求。

2.2.3管嘴校正

塔卸料口凸缘渗漏检查，在此基础上，进行比较。当法兰校核的比值小于100%时，就会被认定为合格，而在实际的设计中，它的取值范围通常都不能大于80%，以预留一定的余量。分馏柱出口凸缘渗漏的检查结果如表6所示.

2.2.4分析摘要

这一次的常压塔底泵受力计算，就是一个不断的分析、调试和校验的过程。它的整体分析和优化过程，可以为应力工程人员提供一些分析思想。

(1)在这次的常压塔底水泵进、出口都采用双阀式。由于进水双阀体重，进口管口位位移垂直朝上，所以需要添加弹性支座以降低垂直向压力，如有需要，可以在泵进水管附近加两个弹簧支座。

(2)由于管线 X方向的位移太大，需在管道 X方向上加一个推力支撑来抵消由此引起的对应扭矩，而在实际中增设推力支架（不会对管道其他方向的力及力矩造成太大影响），通过尝试比较，本次应力模型在接近泵入口第二个弯头处设置 X方向的止推更为合理。X方向上的推力，应从这一点的热态位移、应力和管子的受力情况出发，首先检查该点的热位移，然后设定一个比该点更小的推力，逐级试验，确保在管子受力的前提下，推力不要太大（如果推力太大，支架或梁就会发生变形，这个止推力需提交结构专业核算，评估其安全可靠性）。另外，通过降低前方管路中的摩擦因数（一般钢材与钢材0.3，在刚性支座底部加 PTFE垫片，可以降低0.1的摩擦系数），减小推力。

(3) A、 B两个泵相距很近，管道温度高，管径大，两个泵间存在着很大的限制，当限制架限制某一个泵时，其他泵的管道受力也会受到影响。所以，对于从 AB泵到主管道的支管，要尽可能地做到“提早分离”，并对各个支管进行相应的补偿。

(4) 机泵的管口受力对摩擦力影响较大，在进行管材的受力分析时，要考虑到摩擦因数（一般钢材与钢材的

0.3之间）。对于水泵附近的刚性支座，如果需要，可以在支座下部加 PTFE （摩擦系数0.1)，以减小支座在此位置的摩擦对泵接管的影响。

(5)因为常压塔中有沉降现象，而高温泵的排气口通常都设有应急截止阀，且自重大，所以在常压塔中首个支座可以安装一个可调的弹性支座，这样可以减少塔排出口处的压力。表格6所示的塔体压力即为应急关闭阀后，经调整弹簧支座后的资料，从而使塔拉口法兰的漏检可通过。

3实施效果

此次检修的常压塔底泵自2021年9月底投产以来，工作稳定，泵体振数值达到了规定的要求，在实际操作中，管道上的弹簧支架负荷都符合设计要求，每个推力支架都是真实的，并且强度是可靠的，没有出现偏差。

4结语

随着石油炼制工艺的升级和升级，单个设备的规模日益扩大，高温泵的布局和管路难度增大，因此，对其管路进行柔性化设计具有十分重要的意义。管线设计人员在初期进行管线选型时，要注意管线的灵活性、管线走向的合理布局，以及管线支撑装置的可行性[3]。在进行管线受力分析时，设计者要对管线的受力、扭矩等因素进行全面的认识，并提出相应的对策，使得管线的应力和设备配管的受力都能满足规范的要求，从而保证重要设备及辅助管线的安全运行。

参考文献

[1]朱周军.中央回热器底部泵出流管道的受力与管路结构的优化.

[2]张天盼.综合管廊泵站的布局与管道设计.中国新科技与新产品，2013 (10):169.

[3]API610-2004.用于石油化工及天然气行业的离心泵.

[4]于胜栓.浅谈离心泵出口容许负荷问题.中华水利水电工程学报，2016,4 (12):50-53.

[5]唐永进，北京：中国石油化学工业出版社，2003.