張琳

（洛陽(yáng)石化工程設(shè)計(jì)有限公司，河南　洛陽(yáng)　471000）

DMTO裝置低溫介質(zhì)管道泵的配管設(shè)計(jì)

張琳

（洛陽(yáng)石化工程設(shè)計(jì)有限公司，河南洛陽(yáng)471000）

在石油化工裝置中泵是流體輸送的主要機(jī)械之一，在保證裝置能否正常運(yùn)行中起著非常關(guān)鍵的作用。DMTO裝置中由于其產(chǎn)品烯烴主要在低溫狀態(tài)下輸送，用到大量的低溫介質(zhì)泵?；诖?，結(jié)合浙江180 萬(wàn)t/a的DMTO裝置泵管道的配管設(shè)計(jì)，對(duì)低溫介質(zhì)泵的平面布置、出入口管道及輔助管道走向布置、保冷支架布置等進(jìn)行總結(jié)。

DMTO；低溫管道；泵；配管設(shè)計(jì)

DMTO裝置俗稱甲醇制烯烴裝置，是近年來(lái)新發(fā)展的生產(chǎn)烯烴方法。因其原料甲醇能由煤炭制得，比較適合我國(guó)國(guó)情，在國(guó)際原油價(jià)格上漲的環(huán)境下，煤炭?jī)r(jià)格相對(duì)較低，因而其具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。裝置主要分為甲醇制烯烴單元和烯烴分離單元，甲醇制烯烴單元工藝與煉油裝置的催化裂化單元比較相似，介質(zhì)以高溫介質(zhì)為主。而低溫管道在石油化工企業(yè)中同樣被廣泛應(yīng)用，一般把+5℃以下的介質(zhì)管道稱為低溫管道［1］。故本文主要結(jié)合烯烴分離單元，對(duì)低溫介質(zhì)管道泵的配管設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)說(shuō)明。

1　泵的平面布置

低溫介質(zhì)泵的平面布置與常溫、高溫介質(zhì)泵的平面布置一樣，按照規(guī)范，有以下布置形式。一是露天布置。露天布置的泵，通常集中布置在管橋的下方或側(cè)面，也可分散在被抽吸設(shè)備的附近。其優(yōu)點(diǎn)是通風(fēng)良好，操作和檢修方便。浙江DMTO裝置泵的布置采用的就是集中布置在管橋的下方。二是半露天布置。半露天布置的泵宜適用于多雨的地方，一般在管橋下方布置泵，在管道上部設(shè)置雨棚?；蛘邔⒈貌贾迷跇?gòu)架的下層地面上，以構(gòu)架平臺(tái)作為頂棚。這些泵宜根據(jù)與泵有相關(guān)的設(shè)備布置要求，將泵布置為單排、多排或者多排。三是室內(nèi)布置。在寒冷或者常年多風(fēng)沙地區(qū)泵布置在室內(nèi)，但是如果工藝專業(yè)要求設(shè)備布置在室內(nèi)時(shí)，與其相關(guān)的泵也應(yīng)在室內(nèi)布置［2］。

有時(shí)為了滿足工藝要求，縮短管道長(zhǎng)度，泵布置時(shí)將與相連接的設(shè)備就近布置，并且成排布置。同理，為了滿足泵排污及基礎(chǔ)施工的方便要求，宜將泵的泵端基礎(chǔ)取齊。此外，為滿足操作和現(xiàn)場(chǎng)檢修的要求，除安裝在聯(lián)合基礎(chǔ)上的泵外，兩臺(tái)泵之間的凈距不宜小于0.75m；而且泵端前的操作通道寬度不應(yīng)小于1m；布置在管橋的下方或側(cè)面時(shí)，檢修空間凈空不宜小于3m。一般泵的基礎(chǔ)面壁地坪高200mm，較大的泵可以比地坪高100mm。結(jié)合浙江180萬(wàn)t/a的DMTO裝置中泵一些低溫介質(zhì)泵平面布置，如圖1所示。

圖1　一些低溫介質(zhì)泵平面布置圖

2　泵管道設(shè)計(jì)布置

泵作為一種輸送流體的機(jī)械，種類很多。本文所結(jié)合的浙江DMTO裝置中低溫泵以離心泵為主。對(duì)于離心泵配管設(shè)計(jì)的一般要求，首先要滿足工藝專業(yè)要求，保證泵正常運(yùn)行及檢修要求。泵是回轉(zhuǎn)機(jī)械，屬于精密機(jī)械，一旦受到外力作用容易發(fā)生變形、振動(dòng)和噪音，會(huì)造成泵軸承燒毀和損壞。因此，必須充分考慮熱脹冷縮對(duì)泵出入口管道的要求，減少管道作用在泵嘴處的所受的應(yīng)力和力矩。此外，還要考慮泵維修檢查所需的空間，原則上是在泵的兩側(cè)，檢修空間至少設(shè)在泵的一側(cè)，根據(jù)需要也可設(shè)在前面，以確保轉(zhuǎn)軸、密封壓蓋，填料箱及活接頭的檢修空間［3］。結(jié)合本裝置中泵的特性，主要對(duì)泵的出入口管道及輔助管道進(jìn)行總結(jié)。

2.1泵入口配管布置

泵出入口管道的設(shè)計(jì)是保證泵能長(zhǎng)期正常工作的關(guān)鍵。首先，低溫泵與正常、高溫泵一樣，都要滿足泵的配管要求。

2.1.1防止泵產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象。泵吸入配管的設(shè)計(jì)是確保泵正常處于正常工作狀態(tài)的關(guān)鍵，應(yīng)從設(shè)計(jì)上采取措施防止產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象。因此，在保證泵的有效汽蝕余量的同時(shí)，可以采取調(diào)整泵入口中心與塔或容器的最低液面的高差來(lái)進(jìn)行。此外，泵進(jìn)口整個(gè)管道規(guī)劃中不能產(chǎn)生“氣袋”，需采取“步步低”。為保證泵入口變徑管的安裝不讓氣體在變徑處積聚，除輸送含有固體顆粒的流體外，偏心大小頭應(yīng)采用頂平安裝。為防止彎頭引起的介質(zhì)偏流降低泵效率或擊傷泵的葉輪，在泵入口嘴子的法蘭前方需要設(shè)置一段5DN的短管。泵制造商返回泵資料有關(guān)于泵檢修空間要求時(shí)，在管道規(guī)劃時(shí)應(yīng)注意留出法蘭連接可拆卸管段，可根據(jù)配管實(shí)際情況考慮，不需要特別留處此拆卸管段。此外，一般情況下，裝置區(qū)配管有架空和地溝2種方法，裝置外配管有的布置在管墩上。不論采用哪種方式，都應(yīng)充分考慮泵周圍情況及熱應(yīng)力、地基下沉對(duì)泵的影響，以便最終確定合適的管道走向。

2.1.2泵入口閥門和過(guò)濾器。如果工藝專業(yè)沒有明確要求，應(yīng)按照規(guī)范規(guī)定由泵嘴大小與入口管道工程直徑?jīng)Q定其公稱直徑尺寸。例如，如果泵嘴直徑比入口管道直徑小一級(jí)時(shí)，閥門直徑應(yīng)與管道直徑一致。泵入口閥門主要用于切斷流體流動(dòng)。因此，切斷閥應(yīng)盡可能靠近泵入口管嘴設(shè)置，以至于最大限度地減少閥與泵嘴之間的滯留量。此外，還要考慮閥門的檢修操作方面性，如果閥門高度在1.8～2.3m時(shí)，應(yīng)設(shè)移動(dòng)操作平臺(tái)。而浙江DMTO裝置中管橋下就設(shè)置有泵的管道移動(dòng)平臺(tái)。對(duì)于泵入口過(guò)濾器，則需要確保泵進(jìn)口管線上管道低點(diǎn)放空閥布置不應(yīng)影響過(guò)濾檢修，需要留出過(guò)濾器抽取濾芯檢修的空間。

2.1.3規(guī)劃入口管道的走向。首先，規(guī)劃時(shí)應(yīng)使整個(gè)管系的應(yīng)力通過(guò)自然走向進(jìn)行補(bǔ)償，并滿足設(shè)立支架的要求。其次，因入口管道的閥門為低溫閥，而低溫閥門結(jié)構(gòu)不同，為防止介質(zhì)汽化，影響閥門使用性能，要求泵入口切斷閥和低點(diǎn)排凝閥應(yīng)安裝在水平管道上，閥桿方向宜垂直向上。并且主管有保冷層的低點(diǎn)排凝閥布置時(shí)，排凝閥上游側(cè)應(yīng)留出直管段，直管段長(zhǎng)度在排凝閥手輪不與主管保冷層碰撞下應(yīng)盡量短，如圖2所示。

圖2　泵入口排凝閥

2.2泵出口配管設(shè)置

4）設(shè)備運(yùn)行安全可靠，減少設(shè)備維修費(fèi)用。設(shè)備可靠性好，使用壽命長(zhǎng)。在額定扭矩內(nèi)同步旋轉(zhuǎn)，無(wú)磨擦部件，無(wú)須修理，工作使用壽命長(zhǎng)，設(shè)計(jì)壽命達(dá)30年。具備緩沖軟啟動(dòng)功能，避免起動(dòng)時(shí)的機(jī)械沖擊，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。同時(shí)，該產(chǎn)品還具有良好的過(guò)載保護(hù)功能，當(dāng)扭矩過(guò)載時(shí)，兩半聯(lián)軸器（主、從動(dòng)軸）產(chǎn)生滑脫，實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，提高了整個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的可靠性，也可作為離合器使用。

泵的出口管道雖不像入口管道那樣影響泵的特性。但是，管系的壓降和熱應(yīng)力仍然需要考慮，以滿足工藝和操作要求。泵出口管道上的異徑管應(yīng)靠近泵的出口，一般要求最小連接。泵出口閥門的設(shè)置同入口閥門的設(shè)置要求一致。為防止流體倒流引起事故，在泵出口與第一道切斷閥之間設(shè)置止回閥，其管徑與切斷閥相同。泵出口管垂直向上時(shí)，在止回閥上方應(yīng)設(shè)置排液閥。而且止回閥宜設(shè)置在水平管段上，以便于支架安裝。浙江180 萬(wàn)t/a的DMTO裝置中泵為離心泵，因此，泵出口切斷閥直徑可與管道相同，也可比管道直徑小，但不得小于泵管嘴直徑，一般根據(jù)實(shí)際情況而定。

出口管道高點(diǎn)應(yīng)設(shè)置放空導(dǎo)淋閥。水平管段底部應(yīng)與地面保留一定高度，以保證有足夠的空間設(shè)置低點(diǎn)排凝的管道，若拉至地面布置時(shí)，應(yīng)經(jīng)過(guò)管道應(yīng)力分析，其地面層水平管道中心標(biāo)高宜與泵軸中心標(biāo)高一致，以便于減輕管道熱脹冷縮對(duì)泵管嘴受力的影響。泵出口管道暖泵線上的截止閥應(yīng)注意介質(zhì)流向，應(yīng)自止回閥后流向止回閥前。盡量減少管道死區(qū)。對(duì)于低溫管道易凝介質(zhì)，暖泵線的閥門應(yīng)安裝在水平管道上，且盡量靠近出口管安裝。同時(shí)，確保閥門間的凈距應(yīng)不妨礙止回閥、切斷閥的拆卸。

當(dāng)泵的出口管線有采樣器時(shí)，與采樣器相接入管線材質(zhì)均為不銹鋼，其管道等級(jí)應(yīng)與采樣介質(zhì)管道等級(jí)相一致，而低溫管道介質(zhì)應(yīng)采用低溫不銹鋼等級(jí)。

因?yàn)镈MTO裝置低溫介質(zhì)主要是易燃易爆的烴類，所以當(dāng)泵的出口管線有調(diào)節(jié)閥時(shí)，調(diào)節(jié)閥前后的兩個(gè)切斷閥安裝時(shí)應(yīng)注意泄壓孔的方向。因切斷閥一般為閘閥，閥門的安裝與介質(zhì)流向無(wú)關(guān)，故其安裝方向要滿足當(dāng)調(diào)節(jié)閥拆卸檢修時(shí)，即切斷閥關(guān)閉時(shí)，閥體的介質(zhì)升溫汽化后的氣體可以安全返回管線。這就要求調(diào)節(jié)閥前的切斷閥泄壓孔應(yīng)與介質(zhì)流向相反，而調(diào)節(jié)閥后的泄壓孔應(yīng)與介質(zhì)流向相同。以浙江180萬(wàn)t/a的DMTO裝置中泵出口低溫管道布置為例，如圖3所示。

圖3　泵出口低溫管道布置

2.3泵輔助管道配管布置

為了使泵不受損害和正常運(yùn)轉(zhuǎn)，要根據(jù)使用條件設(shè)置泵的保護(hù)管道。泵的保護(hù)管道一般體現(xiàn)在PID上，應(yīng)按照PID和規(guī)范上的要求合理布置管道走向。

2.3.1支架。泵的排污、循環(huán)水、氮?dú)?、輕烴排放等輔助管線直徑比較小，可利用泵出入口管線生根在適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置支架，以防止管線來(lái)回晃動(dòng)。泵的排污管線應(yīng)使用承插焊閥門加螺紋短接加管帽的形式，與煉油裝置不同。

2.3.2小流量線。當(dāng)泵的工作流量低于泵的額定流量30%時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生垂直于軸向的力。由于泵在低效率下運(yùn)行，使入口部位的液溫升高，蒸氣壓增高，容易出現(xiàn)汽蝕。為了防止汽蝕，應(yīng)設(shè)置泵在低流量下正常運(yùn)行的小流量線。

2.3.3平衡線。對(duì)于輸送常溫下飽和蒸汽壓高于大氣壓的液體或處于泡點(diǎn)狀態(tài)的液體，為防止進(jìn)泵液體產(chǎn)生蒸汽或有氣泡進(jìn)入泵內(nèi)引起汽蝕，一般宜設(shè)平衡線，并且泵的平衡線應(yīng)步步高接至上游設(shè)備。

2.3.4安全閥線。對(duì)于電動(dòng)往復(fù)泵，應(yīng)在出口側(cè)設(shè)置安全閥，當(dāng)出口壓力超過(guò)定壓值時(shí)，安全閥跳起，流體返回入口，且安全閥管線應(yīng)盡量布置緊湊，不影響操作。以浙江180萬(wàn)t/a的DMTO裝置中泵出口低溫管道安全閥布置示意圖，在圖3中有所體現(xiàn)。

2.3.5旁通線。啟動(dòng)高揚(yáng)程泵時(shí)，出口閥單方面受壓過(guò)大，閥門不容易打開，若操作不當(dāng)，將有損壞閥桿、閥座。而在出口閥前設(shè)置旁通線，則可容易打開閥門。旁通線還能有效減少管道振動(dòng)和噪音。

對(duì)于DMTO裝置中的液態(tài)烴泵，其排放的管線應(yīng)注意管道等級(jí)分界；還應(yīng)注意核實(shí)泵的輔助管線上切斷閥、視鏡、配對(duì)法蘭是否與泵制造商自帶有關(guān)；當(dāng)泵資料不全時(shí)，泵體上的輔助管線接口不能準(zhǔn)確定位時(shí)，可接至相接管線附近即可。與泵連接的輔助管線一般多才采用螺紋連接，應(yīng)在距連接處最短距離內(nèi)安裝活接頭或法蘭，便于拆卸。

3　泵管道保冷支架設(shè)置

管道支吊架能夠起到使管系適應(yīng)變形的需要，同時(shí)還可以滾進(jìn)需要，選擇某種支架去限制管系某個(gè)方向的位移，以減少設(shè)備管嘴的受力；支吊架的選擇和設(shè)置，對(duì)改善管系的振動(dòng)也起著重要作用。而低溫管道最大的特點(diǎn)就是“低溫脆性”，這就要求合理選擇支架，對(duì)整個(gè)泵管道起到至關(guān)重要的作用。而本裝置中，泵管道大多為低溫介質(zhì)管道，故本裝置中多以保冷支架為主。與常溫管道支架選型不同，保冷管道支架有其特定的選型方式。而在泵的出口地面管道上的支架一般為可調(diào)保冷支架，以便泵管道穩(wěn)定，并防止地面沉降時(shí)嘴子受到多余的力而破壞泵管嘴。并且泵出口管支架的高度一般宜與泵軸中心高度一致，來(lái)減少相對(duì)的位移量。

4　結(jié)語(yǔ)

泵在石油化工裝置中占有非常重要的地位，為了保證泵的長(zhǎng)期常運(yùn)行和裝置的平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，并使其操作檢修方便，有必要對(duì)泵的平面、管道走向及支架進(jìn)行合理的規(guī)劃，以便于滿足其管道柔性及泵嘴子受力的要求。本文主要結(jié)合浙江180萬(wàn)t/a的DMTO裝置中泵的管道設(shè)計(jì)，對(duì)泵的布置的要點(diǎn)及注意事項(xiàng)進(jìn)行了總結(jié)，但在設(shè)計(jì)中應(yīng)結(jié)合所做項(xiàng)目的實(shí)際情況，全面加以考慮，使泵的管道規(guī)劃更合理、更美觀。

［1］張曉寧.淺析低溫管道及保冷關(guān)架設(shè)計(jì)［J］.山東化工，2013（5）：111-114.

［2］張德姜，趙勇.石油化工工藝管道設(shè)計(jì)與安裝［M］.北京：中國(guó)石化出版社，2003.

［3］張德姜，王懷義，劉紹葉，等.石油化工裝置工藝管道安裝設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：中國(guó)石化出版社，2009.

The Piping Design of DMTO Device Low Temperature Medium Pipeline Pump

Zhang Lin
（Luoyang Petrochemical Engineering Design Co.Ltd.，Luoyang Henan 471000）

The pump is one of the main machinery in the petrochemical plant，which plays a very important role in ensuring the normal operation of the equipment.Because of its product olefin mainly in the low temperature transportation，a large number of low temperature medium pumps were used in the DMTO unit.Based on this，with the piping design Zhejiang 1 million 800 thousand tons/year DMTO unit pump pipeline，plane arrangement for low temperature medium pump，direction layout of the inlet pipe and the auxiliary pipe，cold retaining bracket arrangement were summaried and discussed.

DMTO；low temperature pipe；pump；piping design

TQ221.21

A

1003-5168（2016）07-0060-03

2016-06-21

張琳（1984-），女，碩士，助理工程師，研究方向：石油化工工藝配管設(shè)計(jì)。