岳 亮

(中石化廣州工程有限公司，廣東 廣州 510000)

催化裂化與DMTO裝置有許多相似之處，其中主風(fēng)機(jī)在兩類裝置中都是關(guān)鍵設(shè)備，為催化劑再生提供空氣。由于其為高速運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械，主風(fēng)機(jī)進(jìn)出口管嘴的受力及力矩有嚴(yán)格要求，因此機(jī)組的布置和管道設(shè)計(jì)尤為重要，將直接影響到裝置的安全生產(chǎn)和長(zhǎng)周期運(yùn)行。

由于催化裂化和DMTO的原料、反應(yīng)機(jī)理等不同，造成DMTO單位時(shí)間內(nèi)催化劑上積碳較少，因此用于催化劑再生所需的主風(fēng)量較小。一般情況下，催化裂化多用軸流式主風(fēng)機(jī)，DMTO多用離心式主風(fēng)機(jī)。

軸流式主風(fēng)機(jī)效率高，流量大時(shí)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，防喘振管道設(shè)計(jì)復(fù)雜，進(jìn)口還需加裝空氣過濾器。離心式主風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)成本低，但效率低，流量大時(shí)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性差。

催化裂化中軸流式主風(fēng)機(jī)采用煙氣輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，廠房的布置要考慮三機(jī)組或四機(jī)組的布置。DMTO中離心式主風(fēng)機(jī)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，布置較為簡(jiǎn)單。

1 主風(fēng)機(jī)廠房的布置

如圖1和圖2所示，廠房?jī)?nèi)一般布置一開一備兩臺(tái)主風(fēng)機(jī)，主風(fēng)機(jī)機(jī)組由壓縮機(jī)和驅(qū)動(dòng)機(jī)組成。除了考慮機(jī)組的布置以外，還需要考慮機(jī)組附屬設(shè)備的布置，附屬設(shè)備一般包括潤(rùn)滑油系統(tǒng)、空氣過濾器及各類消聲器等。

圖1 催化裂化裝置主風(fēng)機(jī)廠房布置Fig.1 Layout of main air blower in FCC

圖2 DMTO裝置主風(fēng)機(jī)廠房布置Fig.2 Layout of main air blower in DMTO

(1)主風(fēng)機(jī)及其附屬設(shè)備的布置應(yīng)滿足制造廠的要求，可參照制造廠提供的圖紙進(jìn)行布置。機(jī)組附近應(yīng)有供檢修和消防用的通道，與通道邊的距離不應(yīng)小于5 m[1]。

(2)機(jī)組布置在廠房?jī)?nèi)，一般設(shè)置為半敞開式廠房，如在寒冷或多風(fēng)沙地區(qū)可設(shè)置為封閉式廠房。機(jī)組與廠房墻壁的凈距應(yīng)滿足安裝和檢修的要求，并不應(yīng)小于2 m。另外，如果設(shè)置為半敞開式廠房，在寒冷地區(qū)應(yīng)注意潤(rùn)滑油站和高位油箱宜單獨(dú)設(shè)置封閉式廠房，并采取供暖措施，以保證管道內(nèi)潤(rùn)滑油的流動(dòng)性。

(3)主風(fēng)機(jī)廠房應(yīng)遠(yuǎn)離有防振要求的精密設(shè)備車間和化驗(yàn)室。宜布置在空氣比較清潔的區(qū)域，位于裝置全年最小頻率風(fēng)向的下風(fēng)側(cè)。

(4)主風(fēng)機(jī)的進(jìn)出口一般為下進(jìn)下出，并且附屬設(shè)備較多，所以廠房宜兩層布置。層間距應(yīng)滿足制造廠和管道布置的要求，且不應(yīng)小于4 m。

上層平臺(tái)布置機(jī)組，并設(shè)置檢修平臺(tái)和吊裝孔，檢修平臺(tái)的均布荷載應(yīng)按機(jī)組最大檢修部件的重量計(jì)算。檢修平臺(tái)和吊裝孔的尺寸也應(yīng)按最大檢修部件的尺寸來計(jì)算。兩臺(tái)機(jī)組可共用一塊檢修平臺(tái)。檢修平臺(tái)上方不得布置任何設(shè)備和管道。

下層地面層一般布置進(jìn)出口管線，潤(rùn)滑油站及其他附屬設(shè)備。吊裝孔的下方與道路相連，其空間應(yīng)能保證檢修車輛正常進(jìn)出。

(5)主風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)應(yīng)與廠房的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)分開，也應(yīng)與附屬設(shè)備的基礎(chǔ)分開，防止主風(fēng)機(jī)的振動(dòng)對(duì)廠房或者其他設(shè)備造成影響?；A(chǔ)周圍應(yīng)留有輔助管道布置的空間。

主風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的高度，除了滿足附屬設(shè)備的安裝要求以外尚應(yīng)滿足下列要求：進(jìn)出口連接管道與地面的凈空要求，進(jìn)出口管道直管段的要求，與管廊上管道的連接高度要求[2]。

廠房?jī)?nèi)不同機(jī)型的機(jī)組，基礎(chǔ)高度宜相同。

(6)主風(fēng)機(jī)廠房一般設(shè)置有橋式吊車。吊車的軌頂標(biāo)高主要取決于機(jī)組安裝、檢修所需的起吊高度，吊車主鉤距機(jī)組軸中心線的高度應(yīng)大于制造廠所規(guī)定的機(jī)組最小起吊高度。起吊高度H的計(jì)算方法如下：

H=h1+h2+h3+C

式中：h1——障礙物最高緣的高度，m

h2——吊荷物體的高度(包括托架)，m

h3——三角形吊繩的垂直高度,h3=B·Sin60°，m

B——被吊最大部件的最大寬度或吊耳間距，m

C——吊起時(shí)的富裕高度，≥0.5 m

吊車有死點(diǎn)位置，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按死點(diǎn)位置留出空地和確定吊裝孔的位置。吊車在吊車梁上運(yùn)行時(shí)，如果有其他設(shè)備位于運(yùn)行路線的邊緣上，可在合適的位置設(shè)置車擋。

對(duì)于催化裂化裝置而言，由于煙氣輪機(jī)的出口有壓力平衡型膨脹節(jié)，膨脹節(jié)本身高度較高，因此吊車高度也會(huì)較高。

在確定吊車高度的同時(shí)，還需考慮操作吊車需要的通道，一般可從廠房外的平臺(tái)到達(dá)吊車所在的位置。

(7)潤(rùn)滑油站盡量靠近機(jī)組布置，并留出操作空間和油冷卻器的檢修空間。油站宜靠近回油總管較低的一端。油站四周設(shè)置地溝，含油污水排至地下污水管網(wǎng)。

(8)高位油箱的布置首先應(yīng)滿足制造廠安裝高度的要求，當(dāng)潤(rùn)滑油泵故障時(shí)，可以滿足向機(jī)組供油的壓力。如未規(guī)定其安裝高度，可按下述原則確定：高位油箱進(jìn)口法蘭距機(jī)組軸中心線的垂直距離不應(yīng)小于6 m。高位油箱一般布置于廠房外的構(gòu)架上，應(yīng)設(shè)平臺(tái)和梯子，在條件允許的情況下，盡量遠(yuǎn)離主風(fēng)機(jī)的進(jìn)氣口，避免互相影響。

(9)由于軸流式主風(fēng)機(jī)的葉片對(duì)灰塵的污染敏感，進(jìn)口應(yīng)設(shè)置空氣過濾器。過濾器一般設(shè)置在廠房外的構(gòu)架上較高的位置，因?yàn)榭諝庵泻瑝m量隨著高度增加而減少。同時(shí)應(yīng)設(shè)平臺(tái)和梯子，滿足過濾器的檢修要求。在兩類裝置中，過濾器都應(yīng)遠(yuǎn)離催化劑罐和催化劑裝卸設(shè)施。

對(duì)于離心式主風(fēng)機(jī)而言，在多風(fēng)沙、空氣質(zhì)量較差的地區(qū)，應(yīng)設(shè)置空氣過濾器，在空氣質(zhì)量較好的地區(qū)，可不設(shè)置過濾器，可設(shè)置風(fēng)帽、濾網(wǎng)等簡(jiǎn)易措施。

過濾器或者風(fēng)帽等均宜高于廠房房檐。

(10)離心式主風(fēng)機(jī)一般由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，因?yàn)槠浔日羝啓C(jī)方便且穩(wěn)定。催化裂化裝置中采用三機(jī)組或四機(jī)組布置，煙氣輪機(jī)作為原動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)軸流式主風(fēng)機(jī)，而電動(dòng)/發(fā)電機(jī)是作為啟動(dòng)電機(jī)或發(fā)電用。廠房?jī)?nèi)需要考慮電氣和儀表槽盒的布置，二者應(yīng)分開布置，避免信號(hào)受到干擾。電機(jī)所用的動(dòng)力電纜較粗，彎曲半徑較大，在布置時(shí)應(yīng)考慮電纜進(jìn)出的位置是否受到影響。

(11)防喘振放空消聲器應(yīng)該遠(yuǎn)離進(jìn)口空氣過濾器布置，間距不小于4 m，防止熱風(fēng)循環(huán)。放空消聲器的出口應(yīng)高于廠房房檐2.2 m。

喘振是透平壓縮機(jī)固有的特性，是指在低流量條件下不穩(wěn)定的狀態(tài)。軸流式主風(fēng)機(jī)一般配置兩臺(tái)防喘振閥，喘振對(duì)軸流式主風(fēng)機(jī)的危害遠(yuǎn)大于離心式主風(fēng)機(jī)。

2 主風(fēng)機(jī)組管道的布置

主風(fēng)機(jī)組的管道主要包括進(jìn)出口的管道，防喘振管道以及潤(rùn)滑油系統(tǒng)的管道。主風(fēng)機(jī)組周圍的管道不應(yīng)影響機(jī)組的吊裝和檢修，并留有檢修空間。

進(jìn)出口管道的布置，在滿足熱補(bǔ)償和管嘴允許受力、力矩的條件下，應(yīng)使管道短，彎頭數(shù)量少，以減少壓降[3]。

主風(fēng)機(jī)進(jìn)出口管嘴一般朝下，機(jī)器運(yùn)行中，自機(jī)器中分面至出口法蘭向下的熱脹量均應(yīng)由管道上設(shè)置的膨脹節(jié)吸收。出口管道溫度比進(jìn)口管道溫度高，出口管道應(yīng)更具有柔性。

另外，主風(fēng)機(jī)的出口管道上應(yīng)設(shè)置止回閥，出口管道總管上也應(yīng)設(shè)置止回閥，且應(yīng)靠近反應(yīng)-再生設(shè)備，以防止主風(fēng)機(jī)切換或事故停機(jī)時(shí)催化劑倒流回機(jī)體內(nèi)。

在與主風(fēng)機(jī)制造商談判時(shí)，應(yīng)注意：當(dāng)主風(fēng)機(jī)管嘴公稱直徑小于工藝管道時(shí)，二者級(jí)差應(yīng)小于等于2級(jí)。公稱直徑小于DN500時(shí)，每50為一級(jí)，公稱直徑大于等于DN500時(shí)，每100為一級(jí)。核算綜合受力時(shí)，單個(gè)管嘴允許受力、力矩值應(yīng)為API617規(guī)定的1.2倍或NEMA規(guī)定的2倍，合成到進(jìn)口中心處的允許受力、力矩值應(yīng)為API617的1.5～2倍。

2.1 主風(fēng)機(jī)進(jìn)口管道

圖3 催化裂化和DMTO主風(fēng)機(jī)進(jìn)口管道Fig.3 Inlet of Main Air Blower in FCC and DMTO

(1)主風(fēng)機(jī)進(jìn)口管道布置應(yīng)有利于流體的均勻分布，進(jìn)口法蘭前需設(shè)置一段直管段，直管段的長(zhǎng)度一般為3～5倍的DN。

(2)進(jìn)口管道的長(zhǎng)度應(yīng)滿足流量計(jì)的直管段要求。一般采用阿牛巴流量計(jì)，占用空間小，對(duì)前后直管段要求不高。也有用內(nèi)藏式文丘里流量計(jì)，本體較短，對(duì)直管段要求也不高。

(3)進(jìn)口管道管徑一般比較大，當(dāng)DN≥500時(shí)，需設(shè)置人孔，當(dāng)DN<500時(shí)，需設(shè)置法蘭短節(jié)，以便開機(jī)前安裝臨時(shí)過濾器，檢查和清掃管道。

(4)軸流式主風(fēng)機(jī)自身可以調(diào)節(jié)進(jìn)氣流量，而離心式主風(fēng)機(jī)進(jìn)口管道需要設(shè)置調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)，因此需要考慮調(diào)節(jié)閥的布置。

(5)軸流式主風(fēng)機(jī)進(jìn)口管道一般還需要考慮消聲器和整流柵的布置，離心式主風(fēng)機(jī)則不用。

(6)軸流式主風(fēng)機(jī)進(jìn)口管道內(nèi)壁應(yīng)噴涂環(huán)氧樹脂防銹涂料。

(7)進(jìn)口管道為常溫管道，本來不用保溫，但是為了隔音，一般在管道外壁加保溫層。

(8)主風(fēng)機(jī)進(jìn)口管嘴處設(shè)置自由型膨脹節(jié)。對(duì)于離心式主風(fēng)機(jī)而言，因?yàn)槠渲黠L(fēng)流量由調(diào)節(jié)閥控制，進(jìn)口負(fù)壓較大，而自由型膨脹節(jié)無法自吸收盲板力，由負(fù)壓產(chǎn)生的盲板力會(huì)對(duì)管嘴產(chǎn)生很大的拉力，甚至?xí)⒐艿览穑斐芍Ъ芡锌?，所以進(jìn)口下方彎頭處的支架應(yīng)該焊死[4]。

2.2 主風(fēng)機(jī)出口管道

圖4 DMTO主風(fēng)機(jī)出口管道Fig.4 Outlet of main air blower in DMTO

(1)主風(fēng)機(jī)出口管道內(nèi)介質(zhì)溫度為220 ℃左右，一般應(yīng)優(yōu)先考慮自然補(bǔ)償?shù)姆绞?，使管道自身具有一定的柔性，熱態(tài)時(shí)能吸收管道的熱脹，減小管系各點(diǎn)的應(yīng)力，使管道的熱脹推力和力矩小于主風(fēng)機(jī)管嘴所允許的受力和力矩[5]。

(2)當(dāng)采用自然補(bǔ)償無法滿足要求時(shí)，可在管道上設(shè)置波紋管膨脹節(jié)。出口立管上不宜設(shè)置自由型膨脹節(jié)，以防止內(nèi)壓盲板力作用于機(jī)殼上。立管上設(shè)置復(fù)式萬向鉸鏈型膨脹節(jié)，可以吸收管嘴的橫向位移，水平管上設(shè)置單式鉸鏈型膨脹節(jié)，配合彈簧支架吸收管嘴的豎向位移。單式鉸鏈型膨脹節(jié)后的管道使用剛性支架。

(3)由于采用一開一備兩臺(tái)主風(fēng)機(jī)并聯(lián)操作的布置形式，為減少并機(jī)效率損失，以及避免由于每臺(tái)主風(fēng)機(jī)流量和壓力的不同，而使氣流發(fā)生頂撞，出口管道氣流合流處應(yīng)采用沿介質(zhì)流向斜45°接入總管，連接點(diǎn)應(yīng)該在擴(kuò)徑之后。

(4)為降低噪聲，軸流式主風(fēng)機(jī)出口管道一般設(shè)置有管道消聲器，布置于地面上的水平管道上。

(5)出口管道切斷閥宜選用電動(dòng)金屬硬密封蝶閥，該蝶閥應(yīng)設(shè)置在易于操作檢修處。

圖5 催化裂化主風(fēng)機(jī)出口管道Fig.5 Outlet of main air blower in FCC

(6)出口管道應(yīng)設(shè)置保溫措施，以達(dá)到絕熱和吸聲的效果。需注意管道上膨脹節(jié)的金屬波紋管部分不應(yīng)保溫，保溫層會(huì)影響膨脹節(jié)的變形。

(7)出口管道應(yīng)在適當(dāng)位置設(shè)置人孔或檢修短節(jié)。

(8)由于主風(fēng)機(jī)出口管嘴及相連管道向下膨脹，出口第一個(gè)彎頭處應(yīng)設(shè)置彈簧止推支架，以減小熱態(tài)管系作用在管嘴上的側(cè)向力矩。

2.3 潤(rùn)滑油系統(tǒng)管道

主風(fēng)機(jī)是高速運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械，軸承、軸瓦處轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦發(fā)熱，為防止軸承、軸瓦超溫?fù)p壞，保證機(jī)組正常運(yùn)行，必須設(shè)置潤(rùn)滑油系統(tǒng)，通常稱為油站。一般為成套供貨，管道設(shè)計(jì)僅考慮機(jī)組供油、回油總管與油站，以及高位油箱與油站之間的管道。

(1)一般情況下，機(jī)組的供油和回油總管由制造廠提供并連接，供油和回油總管應(yīng)分別布置在靠近機(jī)組的兩側(cè)，管道上方可鋪設(shè)活動(dòng)平臺(tái)，方便拆卸檢修。

(2)潤(rùn)滑油管道、管件和閥門等材質(zhì)均應(yīng)為不銹鋼和對(duì)焊連接形式，以減少管道中的雜質(zhì)，避免損壞機(jī)組。小管徑管道不能采用承插焊連接，也應(yīng)采用對(duì)焊，因?yàn)槌胁搴负缚p易殘留焊渣。法蘭墊片采用聚四氟乙烯包覆墊片，該墊片耐油、耐腐蝕、密封效果好，對(duì)潤(rùn)滑油管道沒有污染。

(3)為便于潤(rùn)滑油管道去污清洗和酸洗鈍化，管道應(yīng)分段用法蘭連接，管道最長(zhǎng)段不宜大于4 m，每根管道彎頭數(shù)量不應(yīng)多于2個(gè)。關(guān)于管道的酸洗，原先多采用槽式酸洗法，即將管道拆卸后浸泡在酸洗槽內(nèi)，酸洗槽的尺寸固定，因此對(duì)每一段管子的長(zhǎng)寬高都有限制，而且易造成污染?，F(xiàn)在多采用循環(huán)酸洗法，即將管道連接成沖洗回路，用酸泵將酸液打入回路中循環(huán)沖洗，速度快，效果好，操作簡(jiǎn)便。

(4)回油管道管徑應(yīng)保證油在管內(nèi)1/2截面內(nèi)流動(dòng)，并暢通無阻的流入油箱，回油管道在流動(dòng)方向上應(yīng)有向下4%～5%的坡度?；赜凸艿郎喜坏迷O(shè)置閥門。

(5)高位油箱與機(jī)組供油總管相接的管道應(yīng)短而直，減少?gòu)濐^，不得出現(xiàn)“U”型。

(6)潤(rùn)滑油管道不得與蒸汽管道或其他高溫管道相鄰布置，交叉布置時(shí)凈空不得小于200 mm。

3 結(jié) 論

催化裂化和DMTO裝置的主風(fēng)機(jī)廠房在布置時(shí)，要考慮到安裝、操作、檢修、消防等需要，廠房高度要滿足起吊的要求，要合理的規(guī)劃潤(rùn)滑油站、高位油箱、管道過濾器、管道消聲器等設(shè)備的布置。

主風(fēng)機(jī)進(jìn)出口管道均為大管徑管道，其柔性設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于膨脹節(jié)和支吊架的設(shè)置，以滿足主風(fēng)機(jī)進(jìn)出口管嘴力和力矩的要求。主風(fēng)機(jī)附屬管道如潤(rùn)滑油管道應(yīng)合理布置，保證主風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行。

通過對(duì)兩類裝置中不同類型主風(fēng)機(jī)的廠房布置和管道設(shè)計(jì)的對(duì)比，可以更深刻的理解其背后管道設(shè)計(jì)的原理，對(duì)以后的設(shè)計(jì)工作有一定的幫助。對(duì)于其他非主風(fēng)用的軸流式壓縮機(jī)和離心式壓縮機(jī)也有一定的借鑒意義。