肖斌++王偉

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

1 裝置的工藝流程特點及產(chǎn)品指標

針對用戶用氧壓力高，裝置規(guī)模大的特點，該裝置采用增壓空壓機+液體泵+空氣增壓透平膨脹機并通過換熱器系統(tǒng)的合理組織來取代外壓流程氧壓機。這一流程安全可靠、經(jīng)濟合理。內(nèi)壓縮流程取消了氧壓機，減少由于氧壓機帶來的安全隱患；從主冷大量抽取液氧，將碳氫化合物積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；采用進口低溫液體泵，一用一備，能夠保證空分的連續(xù)平穩(wěn)運行。

2 空分裝置的選址及布置

空分裝置總體布局設(shè)計是結(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、整齊美觀等多方面要求，在確定的空間內(nèi)對各種工藝設(shè)備以及相關(guān)專業(yè)的設(shè)施，進行綜合規(guī)劃和有序排列、擺放的過程。本工程設(shè)計中對空分裝置選址的指導(dǎo)思想和實施落實如下：

①廠區(qū)遠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)計為鋼格柵平臺保證了廠房一層采光充足，通風良好。廠房高度及行車起吊重量均參照主空壓機制造商提供的機組數(shù)據(jù)確定。廠房共設(shè)計四個安全出口，設(shè)兩個鋼斜梯通往二層平臺。兩套空分的空壓機東西對稱布置，由汽輪機拖動，一層中部放置離心氮壓機及儀表壓縮機。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)為工藝管道進出的方向，需將產(chǎn)品氧、氮通過管廊向東送出界區(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)計為H型。主管廊設(shè)計為雙柱縱梁式，底層凈高按一般道路和檢修通道需要設(shè)計為5米，綜合考慮其間的管道數(shù)量和管道大小設(shè)計管廊的層高為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，空分裝置冷凍水來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)備的電機必須采用防爆電機，而這將大大增加電機的采購成本。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)計及應(yīng)力分析

3.1工程管道的設(shè)計

工程管道的設(shè)計要滿足安全性和經(jīng)濟性的要求，安全性表現(xiàn)在兩個方面，一是操作風險小安全系數(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)運行平穩(wěn)，避免發(fā)生跑、冒、滴、漏而造成整個設(shè)備不能正常開車。經(jīng)濟性要求是指管道的一次性投資和操作維護費用低。

在工程管道的設(shè)計中，在滿足管道設(shè)計的安全性的基礎(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)置防護墻，并將手動閥操作閥桿伸出防護墻外。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)在正常工作時處于交變工況，分子篩在生氣與凈化空氣的溫差超過130℃，甚至能達到180℃，管道承受疲勞載荷，再設(shè)計分子篩系統(tǒng)管道時，應(yīng)當考慮管道柔性，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，其管道應(yīng)力分析應(yīng)從以下幾個方面入手。

分子篩純化系統(tǒng)的兩只吸附器在8小時內(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，附近閥門和保溫層的重量一定要計算正確，否則彈簧很可能選擇錯誤，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，選擇彈簧支架時為保穩(wěn)定性，給DN500mm以上的管道選擇兩個彈簧，這樣比較經(jīng)濟合理。在選擇彈簧支架時一定要注意彈簧的安裝高度，如果管道與地面距離過小，一定要查閱彈簧高度，確認是否可以安裝，避免給現(xiàn)場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的特點。 由于三桿閥采用背壓密封，所以在安裝三桿閥時不能簡單的只根據(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)行機構(gòu)的安裝空間需要來確定三桿閥安裝。

4 結(jié)束語

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

參考文獻：

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