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南京三方化工設(shè)備監(jiān)理有限公司（化學(xué)工業(yè)設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心) 江蘇南京 210036

進(jìn)入二十一世紀(jì)以來，大型冶金和大型煤化工企業(yè)取得飛速發(fā)展，單套空分設(shè)備在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展影響下不斷完善。冷箱內(nèi)壓力管道是空分設(shè)備中的重要組成部分，與其他組成部分相比，冷箱內(nèi)壓力管道結(jié)構(gòu)尤其復(fù)雜。空分設(shè)備為了滿足各大型企業(yè)發(fā)展的實(shí)際需求也不斷向大型化發(fā)展，冷箱內(nèi)管道直徑不斷增加。加強(qiáng)空分設(shè)備冷箱內(nèi)管道設(shè)計，并對應(yīng)力進(jìn)行分析是保證空分設(shè)備穩(wěn)定、安全運(yùn)行的重要手段。

一、國內(nèi)空分設(shè)備冷箱內(nèi)管道設(shè)計現(xiàn)狀

1.規(guī)范化設(shè)計

冷箱內(nèi)壓力管道設(shè)計具有隨意性的特點(diǎn)，同統(tǒng)一位置出發(fā)到同一終點(diǎn)的過程中會使用多種不同的設(shè)計形式和走向，設(shè)計方案也千差萬別。一套空分設(shè)備內(nèi)壓力管道有140根左右，在長期發(fā)展過程中，已經(jīng)形成了一套比較系統(tǒng)和完善的設(shè)計規(guī)劃。在大型空分設(shè)備中，空分設(shè)備的等級不斷提升，各設(shè)備在設(shè)計設(shè)計過程中已處于比較安全的狀態(tài)。

2.總體布置

隨著空分設(shè)備的大型化發(fā)展，氪氙和氖氦氣體提取塔在空分設(shè)備中取得廣泛應(yīng)用?？辗衷O(shè)備中冷向內(nèi)管道設(shè)計內(nèi)容比較復(fù)雜，主要包括多個容器和多種閥門的合理布置。因此，冷箱內(nèi)管道設(shè)計必須提前完成，對相關(guān)容器和閥門進(jìn)行模擬設(shè)計，結(jié)合系統(tǒng)的實(shí)際要求合理安排容器和閥門位置。另外，設(shè)計人員在總體布置的過程中還應(yīng)該注重管道的受力情況，無論是臥式主冷凝器還是立式主冷凝器的受力狀況都會直接影響設(shè)計結(jié)果。

二、空分設(shè)備冷箱內(nèi)管道設(shè)計及應(yīng)力分析

1.空分設(shè)備冷箱內(nèi)管道設(shè)計

（1）材料單元庫的建立

三維工廠模型設(shè)計系統(tǒng)自帶的元件庫很難滿足冷箱內(nèi)管道設(shè)計的實(shí)際需求，設(shè)計人員應(yīng)該在充分了解冷箱內(nèi)管道的實(shí)際狀況后，具有針對性地建立不同內(nèi)容的元件庫。元件庫中必須同時包括特殊性數(shù)據(jù)，不僅要對元件進(jìn)行簡單描述、還要明確元件的質(zhì)量和相關(guān)幾何參數(shù)，為后期二維出圖以及調(diào)諧材料報表提供數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。

（2）管道的三維造型

圖1：俯視圖

計算機(jī)三維設(shè)計與二維設(shè)計相比具有明顯的優(yōu)勢，在實(shí)際設(shè)計過程中，計算機(jī)三維設(shè)計以實(shí)際比例尺為出發(fā)點(diǎn)，建立健全的三維模型。設(shè)計人員在確定管道的起點(diǎn)和重點(diǎn)位置后，確定管道的實(shí)際特性，明確各管道在管線中的具體位置，三維工廠模型設(shè)計系統(tǒng)會自動從管件庫中提出相關(guān)數(shù)據(jù)信息，結(jié)合數(shù)據(jù)信息的特點(diǎn)自動生成管道圖，設(shè)計人員還能隨時更改管道圖中的信息。管道圖確定后，設(shè)計人員還能提出各位置的剖面圖，下圖是中石化空分設(shè)備管道俯視圖。

（3)碰撞檢查

管道三維模型建立成功之后，設(shè)計人員還應(yīng)該對其安全性進(jìn)行最后一次確認(rèn)，為空分設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行提供安全保障。設(shè)計人員可以將管道三維模型與空分設(shè)備和冷箱組合成蒸餾塔模型，對該模型進(jìn)行碰撞實(shí)驗(yàn)，三維工廠模型設(shè)計系統(tǒng)會自動在屏幕上顯示碰撞試驗(yàn)結(jié)果，并生成碰撞檢查報告，針對檢查報告中的內(nèi)容，設(shè)計人員在認(rèn)真檢查后可以結(jié)合實(shí)際情況對管道三維模型進(jìn)行修改，進(jìn)一步提高空分設(shè)備的安全水平。

(4)材料報表的生成

管道三維模型建成后，設(shè)計人員還應(yīng)該及時分析管道的柔性狀態(tài)，三維工廠模型設(shè)計系統(tǒng)能夠自動從管道元件庫中提出數(shù)據(jù)信息了解元件的基本特征，針對原件的實(shí)際特性和管道的立體實(shí)際尺寸，自動生成管道材料報表。

2.應(yīng)力分析

(1）管道柔性計算范圍

管道設(shè)計溫度在40°C左右；柔性計算的公稱直徑范圍與設(shè)計溫度和管道的實(shí)際位置已經(jīng)確定；管道受室外環(huán)境溫度影響；管道小支管與大管連接的狀態(tài)下符合管道柔性計算要求。當(dāng)管道與一般管道運(yùn)營情況保持一致。管道與經(jīng)過柔性處理的管道相比沒有變化時不需要做柔性計算。因此，設(shè)計人員在應(yīng)力分析過程中必須明確管道是否需要柔性計算，才能從根本上提高空分設(shè)備的運(yùn)行水平。

（2）管道應(yīng)力校核

管道的應(yīng)力校核分為一次應(yīng)力校核和二次應(yīng)力校核兩種。一次應(yīng)力校核中如果許用值小于節(jié)點(diǎn)應(yīng)力，表示一次應(yīng)力校核不通過，相反，當(dāng)許用值大于或者等于節(jié)點(diǎn)應(yīng)力時，一次應(yīng)力校核即可以通過。當(dāng)許用應(yīng)力超過實(shí)際范圍后，設(shè)計人員應(yīng)該在內(nèi)部合理布置支架；為了保障管道自動伸縮正常，設(shè)計人員還應(yīng)該在容器管口等位置設(shè)置貼板，使管道和容器在同一時間內(nèi)同步伸展。二次應(yīng)力校核時當(dāng)許用值大于或者等于節(jié)點(diǎn)應(yīng)力時，二力校核即可以通過，當(dāng)節(jié)點(diǎn)應(yīng)力大于許用值時，一次應(yīng)力校核通過。二次應(yīng)力校核過程中改變管道柔性的方法主要有改變關(guān)乎到的方向、增加補(bǔ)償器以及選用彈性支吊架等。

結(jié)束語

空分設(shè)備冷箱內(nèi)管道設(shè)計從根本上提高了空分設(shè)備的穩(wěn)定性和安全性。設(shè)計人員應(yīng)該針對大型設(shè)備的實(shí)際狀況，結(jié)合冷箱內(nèi)管道分布的實(shí)際狀況，采取有效措施對冷箱內(nèi)管道進(jìn)行優(yōu)化處理，為提高空分設(shè)備的運(yùn)行水平提供技術(shù)保障。

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