(中國五環(huán)工程有限公司，湖北 武漢 430223)

在大型合成氨尿素裝置中，蒸汽驅(qū)動的離心壓縮機是整個裝置的關鍵設備之一，通常情況下,這些壓縮機都成組布置在一個共用廠房內(nèi)，這個公用的廠房就被稱為聯(lián)合壓縮廠房。聯(lián)合壓縮廠房的布置對整個裝置的布置以及后期裝置的操作和檢修有重大影響，需要認真地對待。

大型合成氨尿素裝置中，常規(guī)的設計思路是將裝置內(nèi)的所有離心壓縮機組都布置在同一個廠房內(nèi)，包括工藝空氣壓縮機、原料氣壓縮機(如果有)、合成氣壓縮機、氨壓縮機和CO2壓縮機。采用聯(lián)合壓縮廠房的布置形式有以下優(yōu)點：結(jié)構上整潔美觀，節(jié)省占地，運行階段便于壓縮機的操作和檢修，也節(jié)省項目投資。但因為多臺大型壓縮機集中布置在同一個建筑物內(nèi)，而且隨著裝置規(guī)模的擴大，壓縮機組也日益復雜，導致聯(lián)合壓縮廠房內(nèi)的布置難度大大增加，需要關注和考慮的方面增多。筆者以自己近年來參與的多個大型合成氨尿素項目中聯(lián)合壓縮廠房的設計為例，初步探討聯(lián)合壓縮廠房內(nèi)的布置特點與進一步的優(yōu)化方案。

1 聯(lián)合壓縮廠房在裝置內(nèi)的整體布置方式

聯(lián)合壓縮廠房通常是作為一個工序，整體布置在合成氨裝置的界區(qū)內(nèi)，其布置形式有以下兩種。

(1)合成氨裝置沿著主管廊布置。這種布置方式的特點是方便壓縮機以及透平的進出口管道與管廊上管道的連接，同時，廠房的另一側(cè)也可以留出足夠的檢修空間，是最常用的布置方式(見圖1)。

(2)在合成氨裝置沿管廊方向布置受長度限制的情況下，也可采用壓縮廠房垂直于主管廊，同時為壓縮廠房設置內(nèi)部支管廊的布置方式(見圖2)。

圖1 合成氨裝置沿主管廊的布置

圖2 壓縮廠房設置內(nèi)部支管廊的布置

2 聯(lián)合壓縮廠房安全布置的注意事項

從安全的角度出發(fā)，作為合成氨裝置的一部分，聯(lián)合壓縮廠房的布置需要注意以下事項。

(1)聯(lián)合壓縮廠房，包括廠房內(nèi)的壓縮機，與裝置內(nèi)其他鍵構筑物以及設備之間的防火間距要求，必須滿足國家標準GB 50160—2008《石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范》中表5.2.1給出的最小防火距離要求，壓縮機段間分離器、冷卻器以及高位油箱等可以認為是與壓縮機密切聯(lián)系的設備，可以與壓縮機本體就近布置。

(2)根據(jù)GB50160—2008《石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范》第5.3.1條的要求，為了防止可燃氣體聚積，聯(lián)合壓縮廠房宜采用敞開或者半敞開式結(jié)構，同時由于存在比空氣輕的天然氣和合成氣介質(zhì)，聯(lián)合壓縮廠房的頂部需要采取通風措施，廠房的樓板部分宜采用鋼格板。

(3)合成氨裝置的聯(lián)合壓縮廠房為甲類氣體壓縮機廠房，根據(jù)GB 50160—2008第5.2.16條的要求，裝置的控制室、機柜間、變配電所、化驗室、分析室、辦公室等不得與甲及乙A類設備的房間布置在同一建筑物內(nèi)，因此不能在聯(lián)合壓縮廠房中設置控制室、機柜間、變配電所、化驗室、分析室、辦公室等房間。

3 聯(lián)合壓縮廠房的結(jié)構特點

通常排架軸距設置為6m一跨，但根據(jù)檢修要求，也可局部設置為7.5m、8m或9m一跨，廠房的縱向跨距是根據(jù)項目現(xiàn)場的地質(zhì)情況、結(jié)構基礎的設計形式、壓縮機組的布置形式以及橋式吊車的標準跨距來確定的，可以采用16m、18m、20m、21m、24m、30m等。

需要特別說明的是，壓縮廠房采用排架結(jié)構，由四周的排柱和兩端的抗風柱合圍成的建筑物，在廠房內(nèi)部再設置支撐柱，用來支撐二樓的操作面，內(nèi)部的支撐柱可以不和四周的排架柱在一條軸線上，廠房內(nèi)部的設備布置可以不受排架跨距的影響，壓縮廠房內(nèi)的壓縮機和油站等大型設備既可以布置在一跨范圍內(nèi)，也可以布置在兩跨之間，廠房的排架軸距不受壓縮機和油站尺寸的限制。

4 聯(lián)合壓縮廠房二樓樓面標高確定

通常情況下，聯(lián)合壓縮廠房二樓樓面標高與壓縮機基礎頂板的頂標高一致，但部分壓縮機供貨商也會要求二樓操作面的標高與壓縮機底盤頂面高度一致，以便更方便地操作和檢修壓縮機，這兩種布置方式都是可行的，設計人員可以根據(jù)項目的實際情況來選擇任意一種方式或者兩種方式的組合。但不管哪種布置方式，二樓樓面的標高最終取決于最高的壓縮機基礎頂板的標高。

壓縮機基礎頂板標高是由蒸汽透平表冷器以及冷凝液泵的汽蝕余量決定的，參照SH/T 3014-2012《石油化工儲運系統(tǒng)泵區(qū)設計規(guī)范》中的說明，具體計算見圖3和圖4。從圖中可以看出，在同等設備條件下，采用立式液下泵可以顯著地降低壓縮機基礎頂板的高度，從而降低二樓樓面的標高，因此，在可能的情況下，設計中冷凝液泵應盡可能地采用立式液下泵。

Ha=H1+H2+H3+H4(應用于圖3的布置方式)；

Ha=H2+H3+H4-H1(應用于圖4的布置方式)。

其中，H1表示泵吸入口中心到地面的高度，根據(jù)泵進出口管道布置情況決定；H2表示防止泵汽蝕凈吸入壓頭(NPSHr)的最低高度，一般由泵供貨商提供；H3表示表冷器的中心與表冷器最低液位之間的距離；H4表示表冷器的中心到壓縮廠房樓面之間的距離。

圖3 水平布置的臥式冷凝液泵

圖4 立式布置的液下冷凝液泵

5 聯(lián)合壓縮廠房內(nèi)設備布置特點

壓縮廠房內(nèi)布置的設備包括壓縮機本體和透平，壓縮機本體附屬設備如儀表盤、干氣密封、段間分離器和冷卻器、表冷器及附屬真空系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)以及廠房上部的檢修吊車。

5.1 壓縮廠房上部的維修吊車

(1)最大起吊質(zhì)量的確定。最大起吊質(zhì)量應以壓縮機供貨商提供的最大檢修質(zhì)量為基數(shù)，再考慮15%～20%的余量，然后從吊車的樣本中向上圓整確定。檢修吊車是用于維修壓縮機組及附屬設備和管道的，不是用來安裝壓縮機組的，因此不需要考慮吊起壓縮機整體底板上的機組。

(2)吊車軌道軌頂標高的確定。吊車軌道軌頂標高是以壓縮機供貨商提出的最大檢修起吊高度為基數(shù)，再加上橋式吊車樣本中吊鉤到軌頂之間的最小距離，然后還要考慮吊裝時吊繩的長度和余量，以及多臺壓縮機之間的相對布置位置，最后確定橋式吊車軌道軌頂標高。

通常情況下，在1個聯(lián)合壓縮廠房中只布置1臺橋式吊車，但如果業(yè)主提出要求布置2臺吊車，或者廠房中布置的壓縮機超過4臺，為了便于工廠正常運行后能夠在大修期間快速完成壓縮機的檢修工作，可以考慮設置2臺規(guī)格相同的橋式吊車。

與檢修吊車配套的還有二樓的吊裝孔以及一樓的檢修區(qū)域(Dropping Area)，布置有2～3臺壓縮機的聯(lián)合壓縮廠房，設置1個吊裝孔就能夠滿足檢修的要求，4臺以上的壓縮廠房，建議設置2個吊裝孔；吊裝孔的尺寸要滿足最大檢修部件的尺寸要求(所有壓縮機檢修部件中最大檢修部件尺寸)，通常需要在設計階段向壓縮機供貨商核實確認。吊裝孔位置的確定需要考慮兩方面因素：①二樓吊裝孔的位置。二樓的吊裝孔應該不妨礙周邊設備的檢修，不應阻斷樓面的操作通道，同時應滿足檢修任意一臺壓縮機時，其需要檢修部件可以在不跨越其他壓縮機的情況下，用吊車轉(zhuǎn)移至吊裝孔；②地面檢修區(qū)域的通道問題，地面檢修區(qū)域應該有通向公共道路的通道。

5.2 二樓的壓縮機本體及附屬輔助設備

二樓作為壓縮機的主操作面，主要布置壓縮機本體、透平、干氣密封盤以及儀表控制盤等。壓縮機本體和透平在聯(lián)合壓縮廠房中的布置方式通常有兩種：①平行于聯(lián)合壓縮廠房的長軸方向，成一條直線居中布置；②平行于聯(lián)合壓縮廠房的短軸方向并排布置。采用哪種布置方式主要取決于壓縮廠房的占地尺寸。多臺壓縮機之間的間距，主要考慮操作和檢修距離的要求，一般2臺壓縮機基礎之間的凈距不應小于3.5m。附屬輔助設備的布置通?？梢詤⒖級嚎s機供貨商給出的建議布置圖，總體來說，是要確保壓縮機和透平本體的檢修空間，留出日常操作的通道。

5.3 壓縮廠房地面上的布置

壓縮廠房的地面上主要布置壓縮機的段間冷卻器和分離器、蒸汽透平的表冷器以及附屬冷凝泵、潤滑油站等輔助設備。

(1)段間設備(段間冷卻器和分離器)。這類設備的布置首先是要保證與壓縮機管口間的管道距離最短，以減少阻力降；其次，是要保證段間冷卻器有足夠的抽芯檢修或者清洗空間；另外，也需要滿足管道從段間冷卻器出口坡向段間分離器進口，盡量避免出現(xiàn)液袋。一臺壓縮機的所有段間冷卻器和分離器宜成排布置在一起。

(2)潤滑油站的布置。壓縮機組的潤滑油系統(tǒng)通常是集成在一個公用底盤上的集成設備，布置時只需要考慮其公用底盤占地面積、油冷卻器以及電加熱器的抽芯檢修空間的要求即可。

(3)表冷器的布置。表冷器是合成氨尿素裝置中循環(huán)冷卻水的用水大戶，其布置方式會影響裝置地下循環(huán)冷卻水管網(wǎng)的布置。在合成氨尿素裝置中，常規(guī)配置是1臺蒸汽凝氣透平設置1臺表冷器，表冷器布置在透平的正下方，用矩形管道連接透平蒸汽出口和表冷器乏汽進口，確保乏汽管道的阻力降最小。另外，由于表冷器是固定管板式換熱器，為了留出換熱管清洗的空間，表冷器的布置方向需要與壓縮機組的方向成90°夾角，垂直于壓縮機基礎布置。

在部分項目中,業(yè)主和專利商會要求設置1臺公用的表冷器。裝置內(nèi)多臺透平的乏汽都通過管道接入這臺表冷器，在這種配置下，公用表冷器宜布置在壓縮廠房外，相應的冷凝液泵也需要布置在廠房外。

(4)冷凝液泵的布置。由于表冷器是在微負壓的狀態(tài)下操作，為了保證冷凝液泵的安全穩(wěn)定運行，冷凝泵宜靠近表冷器布置，以減少泵入口管道的阻力降。在采用水平布置臥式地上泵時，要考慮在泵的一端留出檢修叉車的通道，如果是采用立式液下泵，還需要額外考慮在泵的頂部上方留出檢修的吊裝點。

6 結(jié)語

聯(lián)合壓縮廠房作為合成氨尿素裝置的關鍵區(qū)域，對裝置的操作和檢修都有重要的影響，需要在工程設計中綜合考慮各方面的需求，合理規(guī)劃聯(lián)合壓縮廠房內(nèi)外的立體空間，才能做到聯(lián)合壓縮廠房的布置滿足規(guī)范要求，易于操作，便于檢修。