李永健 天津市成晟石化技術(shù)有限公司 天津 300201

在焦?fàn)t氣制液化天然氣項目中氮氣壓縮機的布置設(shè)計

李永健*天津市成晟石化技術(shù)有限公司 天津 300201

介紹焦?fàn)t氣制取液化天然氣項目中氮氣往復(fù)式壓縮機的布置和配管設(shè)計。

往復(fù)式壓縮機布置配管

1 工藝

焦?fàn)t氣預(yù)處理后，進CO變換爐，經(jīng)MDEA脫硫、脫碳送變壓吸附PSA－H2，解吸氣壓縮送深冷工序制取液化天然氣。

系統(tǒng)的冷量由氮氣循環(huán)閉式制冷系統(tǒng)提供。0.22 MPa的氮氣壓縮至1.6 MPa，經(jīng)水冷后進膨脹機增壓端增壓至2.22 MPa后進冷箱，溫度降至－105℃后進精餾塔再沸器，供熱后溫度降至－123℃進膨脹機制冷，膨脹后的低溫氣體經(jīng)精餾塔頂部冷凝器供冷后再回換熱器組的冷端，復(fù)熱后的氮氣回壓縮機入口循環(huán)使用。

2 壓縮機型號及參數(shù)

焦?fàn)t氣項目中有兩組氮氣往復(fù)式壓縮機，型號HW－69/2.2～18，為H型兩級四缸水冷氣缸，曲軸轉(zhuǎn)速428 r/min，頻率50 Hz，進氣壓力0.22 MPa，排氣壓力1.6 MPa，入口溫度40℃，出口溫度120℃，進氣和排氣緩沖罐、油站等均由廠家成套供應(yīng)。

3 廠房結(jié)構(gòu)

往復(fù)式氮氣壓縮廠房采用混凝土結(jié)構(gòu)，半露天布置，廠房側(cè)面設(shè)置防雨擋板，這種布置通風(fēng)良好且節(jié)約建筑成本。廠房結(jié)構(gòu)跨距為6 m×15 m。根據(jù)廠商提供的最大檢修部件重量，起吊重量確定為5 t，選用電動橋式吊車。

廠房高度主要根據(jù)設(shè)備吊裝所需空間和設(shè)備進出口管道標(biāo)高確定。固定式起重設(shè)備廠房的最低高度，取決于壓縮機基礎(chǔ)高度、固定件高度、被起吊件必須跨越其他設(shè)備的高度、被起吊件和吊鉤的間隙、起重設(shè)備結(jié)構(gòu)要求的高度之和。氮氣壓縮機組最高點一級排氣緩沖冷卻器距地面高度為2.6 m，最大的起吊件高度為1.2 m，吊車最低結(jié)構(gòu)高度為1.8 m，被起吊件和吊鉤的間隙取0.8 m，吊裝間隙取0.5 m，計算高度為2.6+1.2 +1.8+0.8+0.5=6.9 m。本項目中往復(fù)式氮氣壓縮機與離心式壓縮機共用一幢建筑物，離心壓縮機二層平臺標(biāo)高為7.3 m，與結(jié)構(gòu)專業(yè)協(xié)商后，確定往復(fù)式氮氣壓縮廠房梁頂標(biāo)高為7.3 m。

4 設(shè)備的布置

焦?fàn)t氣制取液化天然氣項目中氮氣往復(fù)式壓縮機采用半露天布置。布置時充分考慮防火要求、操作條件、操作通道。起吊重量根據(jù)廠家提供的最大檢修部件重量確定，廠房高度滿足起吊要求。為減少壓縮機的振動影響，盡可能降低壓縮機的安裝高度，機組及附屬設(shè)備的布置滿足制造廠要求。

壓縮機的布置內(nèi)容包括機組的布置和附屬設(shè)備的布置。機組由壓縮機和驅(qū)動機組成。多級壓縮的附屬設(shè)備有氣液分離器和各級冷卻器等，此外還有潤滑油、封油系統(tǒng)設(shè)備和機組的布置。本文主要介紹氮氣壓縮機組與二級冷卻器的布置。

壓縮機布置在廠房內(nèi)時，設(shè)備基礎(chǔ)不應(yīng)與廠房基礎(chǔ)直接相連。布置和配管應(yīng)滿足壓縮機或驅(qū)動機的轉(zhuǎn)子或活塞、曲軸等的抽出空間要求;機組一側(cè)應(yīng)有檢修時放置機組部件的場地，其大小應(yīng)能放置機組最大部件并能進行檢修作業(yè)。往復(fù)式氮氣壓縮機組的對稱中心線布置在距A軸7.5 m處，這樣既能滿足檢修空間要求，又避免了設(shè)備基礎(chǔ)與廠房基礎(chǔ)相連。

為減少往復(fù)式壓縮機的振動，在滿足管道與地面凈空等要求下應(yīng)盡量降低其安裝高度。廠商提供的機組及附屬設(shè)備的建議布置圖中，壓縮機組的部分基礎(chǔ)在地面標(biāo)高(EL±0.000)以下，二級冷卻器基礎(chǔ)高為EL－0.267。將基礎(chǔ)開洞邊緣與設(shè)備底板間留200 mm的凈距，可以滿足設(shè)備的安裝要求，因此，壓縮機組的基礎(chǔ)高度采用了制造廠的建議布置。

二級冷卻器應(yīng)盡量靠近壓縮機組布置，這樣有助于減少彎頭數(shù)量。壓縮機出口管道溫度較高，管道要求具有很好的柔性，因此二級排氣緩沖器至二級冷凝器之間管道至少應(yīng)設(shè)置一個彎頭。初版設(shè)備布置見圖1。

圖1 初版設(shè)備布置圖

對初版布置方案進行管道研究，從二級緩沖罐至二級冷卻器的管道的設(shè)計壓力為1.98 MPa，設(shè)計溫度為140℃，管徑為DN150，經(jīng)應(yīng)力分析，其柔性不能滿足要求，見圖2。

圖2 最初出口管道布置

應(yīng)力工程師建議通過增加管線長度或增加彎頭數(shù)量來增加管系的柔性。結(jié)合初版設(shè)備布置圖1可以看出，需改變二級冷卻器的布置，否則很難改善管系的柔性。管線2所接二級冷卻器B/D南面和西面空間充足，因此通過平移二級冷卻器B/ D，增加管線長度實現(xiàn)管線柔性的改善。但由于管線1接的二級冷卻器A/C南面為潤滑站，屬于廠家成套供貨范圍，與壓縮機的位置關(guān)系也相對固定，建議不改變其位置，因此考慮增加管線的彎頭數(shù)量。將二級冷卻器A和C旋轉(zhuǎn)90°并重新布置，通過增加彎頭數(shù)量改善管線柔性。布置修改后的管線走向見圖3。

圖3 修改后出口管道布置

修改后的管線經(jīng)過應(yīng)力計算，柔性滿足要求。確定壓縮機的設(shè)備布置見圖4和圖5。

圖4 終版設(shè)備布置平面圖

圖5 終版設(shè)備布置剖視圖

5 管道布置

往復(fù)式壓縮機進出口管道布置應(yīng)短而直，在滿足管道柔性要求的前提下，應(yīng)盡量減少彎頭數(shù)量，因為過多的彎頭會減弱管系的剛度，使管系的固有頻率降低，且彎頭處容易產(chǎn)生激振力而引發(fā)振動。為防止振動和振動的傳遞，管道布置盡量沿地面敷設(shè);進出口管道應(yīng)進行振動分析，詳細進行支架規(guī)劃，支架為獨立基礎(chǔ)且敷設(shè)在地面上;管道布置不應(yīng)妨礙壓縮機的操作和檢修，不應(yīng)影響吊車的行走。

5.1 入口管道

壓縮機的入口管線經(jīng)蝶閥，送一級進氣緩沖過濾器。管線若經(jīng)三通后接直管進緩沖過濾器，管口承受應(yīng)力太大，因此采用管線先接彎頭拐出后再匯合的布置方式。管道沿地面敷設(shè)，會影響氣缸的抽芯，且阻礙通行，因此閥門后管道采用架空敷設(shè)。入口管線配管見圖6。

圖6 壓縮機入口管線布置

5.2出口管道

壓縮機二級排氣緩沖器至二級冷卻器間的配管前面已述，此處不再重復(fù)。壓縮機組的氮氣經(jīng)二級冷卻器冷卻，接安全閥和止回閥，匯合后接切斷閥。經(jīng)二級冷卻器后，管線的脈動和振動有所減弱，但仍未完全消除，因此管線仍按振動管線考慮。綜合考慮防振、設(shè)備抽芯、檢修空間和通道等要求，二級冷卻器出口管線先沿地面敷設(shè)，接安全閥后管線架空敷設(shè)。二級冷卻器出口支管匯合時采用斜接方式，這樣有利于減弱流體對管道的沖擊力。匯合后管線的管底標(biāo)高取2.4 m，將切斷閥安裝在水平管段，側(cè)面設(shè)閥門操作平臺。該布置方式與通過增加彎頭將切斷閥降低的布置方式相比，彎頭數(shù)量少，配管無袋形，管線阻力小且美觀。

5.3 循環(huán)冷卻水管道

壓縮機組的一級和二級冷卻器、油站、一級和二級壓縮氣缸均需循環(huán)水冷卻，且都需要設(shè)置單獨的閥組和視鏡。PID要求每臺壓縮機組的進水和回水設(shè)總管切斷閥。結(jié)合設(shè)備圖，可以看出用水點非常分散，基本分布在壓縮機的四個角。若水管沿地敷設(shè)后匯合，則會影響通行和檢修;若架空敷設(shè)，則水管會將壓縮機組整個包圍起來，由于管徑較小，支架設(shè)置密度較大，對檢修和設(shè)備吊裝有影響。經(jīng)與給排水工程師協(xié)商后決定，將各用水點分支管位置提給給排水工程師，循環(huán)水各支管采取地下匯合后，引出地面，接總切斷閥后再埋地接循環(huán)水管網(wǎng)。

6 管架的設(shè)置

振動管道的支架為獨立基礎(chǔ)，適當(dāng)加大支架的強度，增加支架數(shù)量。管系進行必要的振動分析，詳細規(guī)劃支架，確定支架形式和支架間距。壓縮機進出口管線采用不均勻的管架間距可改變管系的固有頻率。入口和出口管道均由管道應(yīng)力工程師詳細分析，要滿足設(shè)計要求。管架形式和間距根據(jù)計算結(jié)果確定。沿地面敷設(shè)管道采用管墩支撐，架空敷設(shè)管道采用T型架，結(jié)構(gòu)工程師根據(jù)應(yīng)力計算得到各個方向的受力值和T型架尺寸，強度要完全滿足設(shè)計要求。

7 結(jié)語

(1)往復(fù)式壓縮機的進出口管道可能會出現(xiàn)柔性不夠或管系固有頻率不合適等問題，在設(shè)計中需要對壓縮機的進出口管道進行應(yīng)力和振動分析。

(2)在進行往復(fù)式壓縮機布置和配管設(shè)計時，將配管研究工作適當(dāng)提前，以避免設(shè)計后期時間太過緊張的情況發(fā)生。

1 黨錫淇．活塞式壓縮機氣流脈動與管道振動［M］．西安:西安交通大學(xué)出版社，1984．

2 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局特種設(shè)備安全監(jiān)察局．全國壓力管道設(shè)計審批人員培訓(xùn)教材［M］．北京:中國石化出版社，2005．

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)計手冊，第一篇，設(shè)計與計算［M］．北京:中國石化出版社，2007．

4 胡躍華，錢文臣．管系振動問題的分析及消振處理措施［J］．石油化工設(shè)計，2008，25(1):22－26．

This article presents the layout and piping design of the reciprocating nitrogen compressor in coke oven gas-to-liquefied natural gas project．

Nitrogen Compressor Layout Design in Coke Oven Gas-to-LNG Project

Li Yongjian
(Tianjin Chengsheng Petrochemical Technology Co.，Ltd．Tianjin 300201)

reciprocating compressorlayoutpiping design

*李永健:助理工程師。2001年畢業(yè)于華東理工大學(xué)高分子材料與工程。一直從事石油化工工程設(shè)計工作。電話:15201655628，E－mail:liyongjian－7136@163.com。

2011－02－05)