肖斌++王偉

關(guān)鍵詞：空分裝置；工程設(shè)計(jì)；設(shè)備布置；管道設(shè)計(jì)；應(yīng)力分析

1 裝置的工藝流程特點(diǎn)及產(chǎn)品指標(biāo)

針對(duì)用戶用氧壓力高，裝置規(guī)模大的特點(diǎn)，該裝置采用增壓空壓機(jī)+液體泵+空氣增壓透平膨脹機(jī)并通過(guò)換熱器系統(tǒng)的合理組織來(lái)取代外壓流程氧壓機(jī)。這一流程安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理。內(nèi)壓縮流程取消了氧壓機(jī)，減少由于氧壓機(jī)帶來(lái)的安全隱患；從主冷大量抽取液氧，將碳?xì)浠衔锓e聚的可能性降到最低程度；產(chǎn)品液氧在高壓下蒸發(fā)，大大降低了烴類物質(zhì)積累的可能性；采用進(jìn)口低溫液體泵，一用一備，能夠保證空分的連續(xù)平穩(wěn)運(yùn)行。

2 空分裝置的選址及布置

空分裝置總體布局設(shè)計(jì)是結(jié)合廠區(qū)的自然條件和外部條件，根據(jù)工藝流程中各系統(tǒng)的相互聯(lián)系以及操作、安全、環(huán)保、安裝、檢修、采光、通風(fēng)、整齊美觀等多方面要求，在確定的空間內(nèi)對(duì)各種工藝設(shè)備以及相關(guān)專業(yè)的設(shè)施，進(jìn)行綜合規(guī)劃和有序排列、擺放的過(guò)程。本工程設(shè)計(jì)中對(duì)空分裝置選址的指導(dǎo)思想和實(shí)施落實(shí)如下：

①?gòu)S區(qū)遠(yuǎn)離建筑物和人口稠密區(qū)布置，位于居民稀少的化工基地區(qū)域。

②空分裝置位于化工廠區(qū)的北側(cè)，空氣過(guò)濾器周圍設(shè)置了防塵墻，保證了吸入空氣的潔凈度。

③空分裝置盡可能靠近下游合成氨、尿素裝置。

④廠房布置在滿足設(shè)備布置要求的情況下盡可能兼顧自然通風(fēng)和采光等因素。

⑤空分單元四側(cè)均有主干道路，充分考慮了交通、電力、供汽、供水等各方面因素。

主廠房采用了雙排柱鋼架結(jié)構(gòu)。考慮到主機(jī)組的安裝和檢修，廠房中部設(shè)有7.6×5米的吊裝孔，主廠房二層設(shè)計(jì)為鋼格柵平臺(tái)保證了廠房一層采光充足，通風(fēng)良好。廠房高度及行車起吊重量均參照主空壓機(jī)制造商提供的機(jī)組數(shù)據(jù)確定。廠房共設(shè)計(jì)四個(gè)安全出口，設(shè)兩個(gè)鋼斜梯通往二層平臺(tái)。兩套空分的空壓機(jī)東西對(duì)稱布置，由汽輪機(jī)拖動(dòng)，一層中部放置離心氮壓機(jī)及儀表壓縮機(jī)。主廠房南側(cè)設(shè)置主管廊聯(lián)結(jié)廠房送出管道及廠房外各設(shè)備。由于本裝置兩套空分的冷箱在南側(cè)，空、水冷塔在中部，換熱器冷箱頂部和北側(cè)為工藝管道進(jìn)出的方向，需將產(chǎn)品氧、氮通過(guò)管廊向東送出界區(qū)，將液體產(chǎn)品向東送往貯存氣化系統(tǒng)的液氧貯槽和液氮貯槽，故將主管廊設(shè)計(jì)為H型。主管廊設(shè)計(jì)為雙柱縱梁式，底層凈高按一般道路和檢修通道需要設(shè)計(jì)為5米，綜合考慮其間的管道數(shù)量和管道大小設(shè)計(jì)管廊的層高為5米、7米、9.8米，兩套空分裝置公用部分管廊寬度為6.5米，能使多數(shù)管線合理布置，少繞行，減少管線長(zhǎng)度，預(yù)冷間分兩排平行布置在主管廊的南北兩側(cè)，空水冷塔穿過(guò)預(yù)冷間房頂，有利于大型塔式容器設(shè)備的管道布置和支撐，并考慮到寒冷地區(qū)的防凍問(wèn)題，冷卻水泵和冷凍水泵也布置在預(yù)冷間內(nèi)，界區(qū)內(nèi)循環(huán)水管路布置在凍土層以下，在設(shè)備前出地面與管口相連，便于界區(qū)內(nèi)人員、車輛通行，并且節(jié)省了空間。

為了回收冷能，避免造成不必要的浪費(fèi)，空分裝置冷凍水來(lái)源于合成氨裝置的氨蒸發(fā)器參與熱交換后的冷水。氨是乙類可燃介質(zhì)，若將氨蒸發(fā)器放置在空分裝置區(qū)，各設(shè)備的電機(jī)必須采用防爆電機(jī)，而這將大大增加電機(jī)的采購(gòu)成本。后經(jīng)綜合考慮各方面因素，將氨蒸發(fā)器移出空分裝置區(qū)。

3 空分工程的管道設(shè)計(jì)及應(yīng)力分析

3.1工程管道的設(shè)計(jì)

工程管道的設(shè)計(jì)要滿足安全性和經(jīng)濟(jì)性的要求，安全性表現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是操作風(fēng)險(xiǎn)小安全系數(shù)大，不因管道及管道組件失效而發(fā)生重大事故；二是系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，避免發(fā)生跑、冒、滴、漏而造成整個(gè)設(shè)備不能正常開(kāi)車。經(jīng)濟(jì)性要求是指管道的一次性投資和操作維護(hù)費(fèi)用低。

在工程管道的設(shè)計(jì)中，在滿足管道設(shè)計(jì)的安全性的基礎(chǔ)上，充分考慮管道走向和管道支架設(shè)置的合理性，不僅保證了系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性并且降低了管道的整體投資。 該空分裝置是內(nèi)壓縮流程，氧氣管道的壓力較高。為了保證氧氣管道的安全，在氧氣調(diào)壓閥組和放空管道閥門處設(shè)置防護(hù)墻，并將手動(dòng)閥操作閥桿伸出防護(hù)墻外。調(diào)節(jié)閥組出口側(cè)的管道不與彎頭直接連接，而是留有長(zhǎng)度大于1.5m的直管段。保證了氧氣調(diào)節(jié)閥組管道的安全性。

3.2 分子篩系統(tǒng)管道應(yīng)力分析

分子篩系統(tǒng)在正常工作時(shí)處于交變工況，分子篩在生氣與凈化空氣的溫差超過(guò)130℃，甚至能達(dá)到180℃，管道承受疲勞載荷，再設(shè)計(jì)分子篩系統(tǒng)管道時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮管道柔性，防止管道出現(xiàn)疲勞破壞，根據(jù)分子篩系統(tǒng)的工作特點(diǎn)，其管道應(yīng)力分析應(yīng)從以下幾個(gè)方面入手。

分子篩純化系統(tǒng)的兩只吸附器在8小時(shí)內(nèi)，其管道系統(tǒng)的載荷循環(huán)三次，一天管道載荷循環(huán)次數(shù)為9次，一年內(nèi)管道系統(tǒng)載荷的循環(huán)次數(shù)為3285次。一般分子篩純化系統(tǒng)的使用壽命為20年，則在使用年限內(nèi)其管道系統(tǒng)載荷的循環(huán)次數(shù)為65700次，在規(guī)范中可查得其許用應(yīng)力范圍折減系數(shù)為0.6。

分子篩純化系統(tǒng)再生時(shí)屬于高溫系統(tǒng)，免不了使用彈簧支架。但是必須注意，選用彈簧支架時(shí)，附近閥門和保溫層的重量一定要計(jì)算正確，否則彈簧很可能選擇錯(cuò)誤，導(dǎo)致失效?？辗衷O(shè)備分子篩純化系統(tǒng)的管徑一般比較大，選擇彈簧支架時(shí)為保穩(wěn)定性，給DN500mm以上的管道選擇兩個(gè)彈簧，這樣比較經(jīng)濟(jì)合理。在選擇彈簧支架時(shí)一定要注意彈簧的安裝高度，如果管道與地面距離過(guò)小，一定要查閱彈簧高度，確認(rèn)是否可以安裝，避免給現(xiàn)場(chǎng)安裝造成不必要的麻煩。

3.3 三桿閥的安裝要求

三桿閥在空分裝置應(yīng)用廣泛，三桿閥采用背壓密封，可以很好的控制限制最大開(kāi)啟壓差，有效防止分子篩沖床，所以一般在分子篩系統(tǒng)中。三桿閥在背壓作用下具有良好的密封性能，并有可靠性較高和使用壽命較長(zhǎng)的特點(diǎn)。 由于三桿閥采用背壓密封，所以在安裝三桿閥時(shí)不能簡(jiǎn)單的只根據(jù)流體流向安裝，而是要根據(jù)閥門關(guān)閉后閥門前后壓力差的方向和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的安裝空間需要來(lái)確定三桿閥安裝。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著單套空分規(guī)模的不斷增長(zhǎng)，空分設(shè)備的合理布置和管道的合理設(shè)計(jì)在保證空分正常運(yùn)行和降低成本等方面都將起到越來(lái)越重要的作用。在設(shè)計(jì)中，應(yīng)該運(yùn)用PDMS CAESARI等軟件，確?？辗盅b置設(shè)備布置和管道設(shè)計(jì)的合理正確，保證空分裝置開(kāi)車后的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

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