毛 苗，趙慧靈

(中國五環(huán)工程有限公司，湖北 武漢 430223)

本合成氨裝置聯(lián)合壓縮廠房為甲類廠房，共布置了4臺汽輪機(jī)驅(qū)動的大型離心式壓縮機(jī)，由北向南依次為氨壓縮機(jī)、合成氣壓縮機(jī)、空氣壓縮機(jī)和CO2壓縮機(jī)。其中，氨壓縮機(jī)為背壓式的，其他三臺為凝氣式的(皆采用水冷)。附屬設(shè)備包括氣液分離器、各級段間冷卻器、表冷器、凝結(jié)水泵、潤滑油站、高位油箱及檢修吊車。

在項(xiàng)目初期，僅收到壓縮機(jī)廠家的參考資料。而壓縮廠房在總體平面布局中涉及面廣，影響因素多，為了敲定壓縮廠房的設(shè)備布置，考慮了多種方案，并在CAD中二維繪圖及在PDMS中三維建模。經(jīng)過多次對比分析和商討，綜合考慮合成氨裝置布局和占地條件，從中選出了最優(yōu)布置方案。收到正式的廠家資料后，相應(yīng)的局部修改，但并不影響大局。

1 壓縮廠房的平面布置

1.1 壓縮廠房與管廊的相對關(guān)系

聯(lián)合壓縮廠房占地60×24m(整個(gè)壓縮工序占地77×48m，沿著裝置主管廊布置，如圖1所示，以便于進(jìn)出廠房的管道與主管廊交接。

1.2 壓縮機(jī)與廠房的相對關(guān)系

本項(xiàng)目壓縮機(jī)相對于廠房采用橫向并列布置，滿足占地條件和裝置布置要求，詳見圖1壓縮廠房的設(shè)備布置圖。

在多種布置方案對比時(shí)，曾嘗試壓縮機(jī)相對于廠房縱向布置，這樣布置的優(yōu)點(diǎn)：

(1)空氣壓縮機(jī)與其入口過濾器之間的大口徑管道便于進(jìn)出廠房，并且該管道盡可能的短；

(2)三臺表冷器皆對著廠房外，便于安裝和檢修；

(3)廠房布置緊湊，二樓平臺上不會顯得空；

(4)吊車跨距較小。

然而這樣布置，廠房為細(xì)長型，廠房長度不滿足所提供的占地條件。

根據(jù)最終設(shè)備布置，需考慮中間兩臺壓縮機(jī)表冷器的安裝，施工建議如下：

(1)表冷器的基礎(chǔ)不能預(yù)埋地腳螺栓；

(2)表冷器上方排汽管的膨脹節(jié)上部留有足夠的可調(diào)整段，以便于現(xiàn)場安裝處理；

(3)廠房內(nèi)吊裝孔處的4根平臺柱，其對角線的間距最好大于表冷器的長度，以便于表冷器安裝時(shí)轉(zhuǎn)向；無法滿足對角線的間距要求的時(shí)候，先安裝表冷器，后安裝這4根平臺柱。

圖1 壓縮廠房的設(shè)備布置圖

1.3 附屬設(shè)備的布置

除了真空設(shè)備之外，所有附屬設(shè)備均布置在室外，以便于安裝檢修。其中，潤滑油站室外布置存在兩點(diǎn)問題：(1)雨水易通過油箱的排氣口進(jìn)入到油箱，從而引起油品乳化，影響潤滑效果；(2)油站附近的漏油有可能被雨水沖得遍地都是油污，不利于日常維護(hù)和工廠美觀。對應(yīng)的解決方案如下：(1)為潤滑油站設(shè)置了雨棚；(2)在油站附近設(shè)置了排污地漏，將含油污水引入地漏。

氣液分離器和段間冷卻器應(yīng)滿足位差、抽芯檢修和其管道布置的要求。段間冷卻器出口至氣液分離器的管線宜滿足無袋形要求，冷卻器和分離器之間的管道坡向分離罐。因而段間冷卻器宜布置在平臺上。

2 壓縮廠房的結(jié)構(gòu)形式

根據(jù)項(xiàng)目現(xiàn)場的氣候條件和業(yè)主的要求，壓縮廠房為半敞開式的：一樓全部敞開，二樓樓面2.5m以上設(shè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)，以防止危險(xiǎn)氣體積聚。廠房頂部設(shè)置風(fēng)帽，以排出積聚在壓縮機(jī)廠房上部的危險(xiǎn)氣體[1]。

壓縮廠房采用鋼排架結(jié)構(gòu)形式的，皆為6m一跨，南北向10跨，共60m；東西向4跨，共24m。廠房采用的是衍架結(jié)構(gòu)，由四周的排架柱合圍成的建筑物。在廠房內(nèi)設(shè)置平臺柱，來支撐二樓平臺。內(nèi)部的平臺柱可以偏離軸線，與四周的排架柱不在一條直線上，因此廠房內(nèi)的設(shè)備布局可以不受衍架跨距的影響。

3 二樓平臺的標(biāo)高

二樓平臺的標(biāo)高需考慮以下因素：(1)壓縮機(jī)入口管道的無袋型要求(該管道坡向入口分離罐)；(2)表冷器的外形尺寸及冷凝液泵的吸入壓頭的影響；(3)進(jìn)、出口管道與地面、壓縮機(jī)混凝土頂板的凈空要求[2]。

3.1 CO2壓縮機(jī)一段分離器的設(shè)備高度對于二樓平臺標(biāo)高的影響

所需高度為250+7120+108+1219+470+1300+500=10948mm，向上圓整為EL11.000。

其中，250mm為設(shè)備距地面高度(設(shè)備基礎(chǔ)標(biāo)高為EL0.250)；7120mm為裙座到頂部管口高度(業(yè)主不同意將分離器改為臥式的，制造商反饋已無法修改入口分離罐的外形尺寸)；108mm為分離器管口的配對法蘭厚度；1219mm為彎頭的尺寸(壓縮機(jī)入口管道管徑為DN800，由入口分離罐頂部管口接出)；470mm為法蘭外徑的二分之一(在靠近入口的水平管段上安裝了法蘭連接形式的過濾器)；1300mm為壓縮機(jī)混凝土基礎(chǔ)頂板厚度；500mm為入口管道與混凝土頂板的間距。

3.2 冷凝液泵與表冷器對于二樓平臺標(biāo)高的影響

廠房中所有冷凝液泵皆選用液下泵，其吸入壓頭對于二樓平臺的標(biāo)高影響不大。

表冷器的外形尺寸較大，三臺表冷器的規(guī)格皆為φ3200X11800。冷凝液管線(由表冷器熱井的底部管口引出)應(yīng)坡向冷凝液泵，因而表冷器的支撐標(biāo)高設(shè)置為EL2.600。則表冷器最高點(diǎn)距地面高度為EL6.050。由于表冷器較長，并保證一端抽芯，另一端的端蓋無障礙啟閉，三臺凝氣式機(jī)組的管道只能布置在表冷器的上方，即管道標(biāo)高均在EL6.050以上。經(jīng)配管研究，二樓平臺的標(biāo)高EL11.000能滿足要求。

4 吊車的軌頂標(biāo)高

此廠房的吊裝孔設(shè)置在廠房的中間，吊裝孔南北兩側(cè)各布置兩臺壓縮機(jī)，因此吊車的軌頂標(biāo)高需考慮單個(gè)機(jī)組最大檢修起吊高度和跨越其他機(jī)組起吊高度的兩種情況。廠房中，空氣壓縮機(jī)的外形尺寸和最大件檢修尺寸最大。根據(jù)空氣壓縮機(jī)的最大檢修起吊高度和CO2壓縮機(jī)跨越空氣壓縮機(jī)的起吊高度來確定吊車的軌頂標(biāo)高，詳見圖2和圖3，其中豎直方向的數(shù)據(jù)累加，并考慮一定余量，得出吊車軌頂?shù)臉?biāo)高。

空氣壓縮機(jī)的最大檢修起吊高度為11000+2188+400+1550+3464+1014=18602mm；CO2壓縮機(jī)跨越空氣壓縮機(jī)的起吊高度為11000+2188+2695+400+1000+1732+1014=20029mm。取其大者，并考慮余量，設(shè)置吊車的軌頂標(biāo)高為EL21.000。

其中，1014mm為吊車樣本中吊鉤到軌頂之間的最小距離，3464mm和1732mm為吊裝時(shí)吊繩的長度(按兩側(cè)吊繩呈60°夾角計(jì)算)。

圖2 空氣壓縮機(jī)的最大檢修起吊高度

圖3 CO2壓縮機(jī)跨越空氣壓縮機(jī)的起吊高度

5 汽輪機(jī)蒸汽管道的布置

由于汽輪機(jī)蒸汽管線的操作溫度和操作壓力較高，且汽輪機(jī)管口的允許受力限制非常嚴(yán)格，蒸汽管道的布置是壓縮機(jī)配管的難點(diǎn)。為了保證足夠的管道柔性，蒸汽管道通常繞著機(jī)組轉(zhuǎn)半圈，并在管道與汽輪機(jī)死點(diǎn)處坐標(biāo)軸對應(yīng)的交點(diǎn)位置附近設(shè)置限位支架，從而把蒸汽管道的應(yīng)力和位移切分成若干段，使汽輪機(jī)管口的熱膨脹與管道熱膨脹基本相當(dāng)，以減小管道對汽輪機(jī)管口的影響[3]。

此廠房中，氨壓縮機(jī)和合成氣壓縮機(jī)的進(jìn)汽蒸汽為超高壓蒸汽(正常操作工況下，溫度壓力分別為505℃，11.5MPa)，其蒸汽管道布置為聯(lián)合壓縮廠房配管的重點(diǎn)。氨壓縮機(jī)為雙蒸汽進(jìn)口，雙進(jìn)汽口口徑為8"，蒸汽管道的規(guī)格為φ323.8×38。合成氣壓縮機(jī)為水平進(jìn)汽口，進(jìn)汽口口徑為12"，蒸汽管道的規(guī)格為φ406.4×47。由于溫度壓力高，管徑大，壁厚厚，蒸汽管道上設(shè)置了幾個(gè)π型補(bǔ)償來保證管道柔性。兩壓縮機(jī)蒸汽管線的兩個(gè)切斷閥布置在二樓平臺上，以便于操作。蒸汽管線在入口處設(shè)置可拆卸法蘭，以便于管道試壓和吹掃。蒸汽管道低點(diǎn)設(shè)置積液包和疏水閥組，特別是在管口附近的低點(diǎn)，以排盡冷凝液。氨壓縮機(jī)的兩進(jìn)汽口為對稱布置的。相對應(yīng)的進(jìn)汽支管也采用對稱布置，進(jìn)汽主管為中心線位置，氨壓縮機(jī)的進(jìn)汽蒸汽管道布置如圖4所示。合成氣壓縮機(jī)的進(jìn)汽蒸汽管道布置如圖5所示。

圖4 氨壓縮機(jī)的進(jìn)汽蒸汽管道布置

圖5 合成氣壓縮機(jī)的進(jìn)汽蒸汽管道布置

6 結(jié)語

隨著化工生產(chǎn)裝置規(guī)模越來越大型化，對設(shè)計(jì)和施工的要求也越來越高，本文結(jié)合伊朗某年產(chǎn)61.5萬噸合成氨項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，對大型合成氨裝置壓縮機(jī)的布置及配管進(jìn)行探討，以求提高布置及配管的合理性，使壓縮機(jī)這個(gè)工廠的心臟可以順利地開車、穩(wěn)定地運(yùn)行。