【壓縮機網(wǎng)】低溫管道作為空分設備冷箱內z*復雜的部件之一，是保證空分設備穩定、安全運行的重點(diǎn)。近幾年通過(guò)不斷開(kāi)發(fā)新技術(shù)，結合認證、總結使空分設備有了更高效、安全的保障，對設計所包含的各項關(guān)鍵點(diǎn)有了更深的理解。

 

　　空分設備冷箱內管道設計復雜、煩鎖，每一條管線(xiàn)都有它的工藝要求。設計時(shí)需滿(mǎn)足正常運行時(shí)的氣液穩定，并對制造、安裝、運行、停車(chē)、檢修等各方面進(jìn)行綜合評估，檢查在各個(gè)階段是否存在風(fēng)險和危害。設計的每一套空分設備都要達到安全、高效是設計人員需要全面考慮的任務(wù)。

 

　　一套空分設備有冷箱內管道150 條左右，其中的大部分管道已經(jīng)通過(guò)驗證、計算，結合歷年的設計經(jīng)驗，形成了比較完整、細致的設計規范，如: 管架的定位、氣液封的高度、補償的要求、儀表管的引出和保溫、管道布置和安裝方式以及材料安裝余量的科學(xué)統計等等。

 

　　新技術(shù)運用

 

　　一套空分設備中板翅式換熱器冷/熱端配管可做為一個(gè)模塊，在這方面的設計方式已經(jīng)規范化。板翅式換熱器熱端管道直接穿出板式冷箱頂板，匯集管布置在冷箱外，熱端與冷端相對氣流走向為同進(jìn)同出的U 形匯集形式布置。這樣的管道布置形式比較簡(jiǎn)潔，方便安裝及檢查。

 

　　在大型空分設備中氧、氮精餾塔與板翅式換熱器間的縱向距離，隨著(zhù)空分設備規模等級的擴大相應增大，該處的管道補償在設計上主要通過(guò)較小口徑的支管實(shí)現，冷端主要考慮補償。板翅式換熱器與液空液氮過(guò)冷器相連接的管道為一套空分設備當中口徑z*大的管道，通過(guò)調整液空液氮過(guò)冷器與主塔位置可有效降低應力值，實(shí)現比較安全的管道設計模式。未來(lái)模塊化設計是空分設計的必然方向。

 

　　近年來(lái)，空分設備逐漸大型化，同時(shí)也有些設備配置了氪氙、氖氦氣體提取塔，以近期設計的某套60000m?/h 空分設備為例，在冷箱中涉及7 個(gè)以上容器和眾多閥門(mén)的合理布置問(wèn)題。

 

　　如果以平面的模式，由三視圖方式很難將z*佳的布置形式設計出來(lái)。面對這個(gè)總體布置的問(wèn)題，管道的設計必須提前，參與前期的總體布置，根據圖紙進(jìn)行初期布置，將冷箱鋼結構、相關(guān)主要容器、閥門(mén)進(jìn)行前期模擬，根據整個(gè)系統要求統籌安排，既滿(mǎn)足工藝需求，也要滿(mǎn)足管線(xiàn)的設計要求。這樣能減少冷箱內管道的總長(cháng)度，降低阻力，為日后空分設備的長(cháng)期運行、降低管道系統總能量損失創(chuàng )造條件。

 

　　因此，設計人員在進(jìn)行整體容器相對位置調配時(shí)，將大部分能同步收縮的管線(xiàn)都沿塔器布置，使設置在塔器貼板上的支架與管線(xiàn)的相對位移降至z*小，以此釋放管系應力。

 

　　在長(cháng)時(shí)間的摸索中得出上塔、下塔與液空液氮過(guò)冷器的關(guān)聯(lián)度較高，所以液空液氮過(guò)冷器必須與上塔、下塔緊密布置，盡量避免距離過(guò)大。由于粗氬Ⅰ塔、粗氬Ⅱ塔與上塔關(guān)聯(lián)，相關(guān)閥門(mén)應盡量布置在管線(xiàn)的起點(diǎn)到終點(diǎn)之間自然經(jīng)過(guò)的部位，并合理排布。

 

　　在多套大型空分設備的設計和對比中發(fā)現，特大型空分設備外置主冷所使用的管道材料，比立式主冷要多消耗10t左右。

 

　　同時(shí)，從管道的安全性上來(lái)分析，由于主冷固定在冷箱中上部，連接上塔的氧氣管道和連接下塔的氮氣管道應力都較大，甚至超過(guò)許用應力，多消耗的材料大部分使用在大口徑氧氣管和大口徑氮氣管，這種情況下焊縫、管件受力都很大，風(fēng)險較高，如果采用立式主冷則能很好地解決該問(wèn)題。

 

　　在空分設備大型化的道路上選用臥式主冷還是立式主冷，需要從管道、運輸、制造、安裝等多方面考慮。

 

　　如何處理好大直徑管道補償問(wèn)題？

 

　　它將是空分設備大型化的障礙，

 

　　大型空分設備的壓力管道設計必須引起足夠重視。

 

　　同步收縮式管路設計

 

　　隨著(zhù)空分設備的大型化發(fā)展，冷箱內壓力管道的直徑已經(jīng)達到1300mm 以上，這樣的直徑已與早年生產(chǎn)的中型空分設備上塔直徑相當。當大直徑管道參與補償時(shí)，焊縫的受力應用設計手段使其盡量小，以避免風(fēng)險，如果處理不好大直徑管道補償問(wèn)題，那它將是空分設備大型化的障礙。

 

　　按相同溫度下同一種金屬材料的線(xiàn)膨脹系數一致或接近的特性，管道與塔器布置成平行形式，并在塔器上設置支吊架，稱(chēng)之為同步收縮式管路布置。

 

　　一套30000m3/h 等級空分設備，在工藝流程一樣的情況下，沿塔器布置管道相比沿冷箱壁布置管道大約要節約鋁材10-20%，對應降低管道系統阻力15% 左右，同時(shí)也節約了與之對應的管架。

 

　　管道布置簡(jiǎn)潔就減少了安裝工作量，減少安裝工作量的同時(shí)又減少了焊縫，減少焊縫就有效地消除了很多隱患。帶來(lái)的好處是使整套空分設備阻力更小、更簡(jiǎn)潔、更易于安裝檢查、更安全。同步收縮式管路設計方式，對空分設備的管道系統大有益處。

 

　　同步收縮式管路設計主要考慮塔器溫度與管道溫度在同一時(shí)間點(diǎn)溫差不能過(guò)大，不然在管系補償已大量減少的情況下，材料自身所反映的熱脹冷縮應力是巨大的，設計人員需要計算分析后判斷。

 

　　整個(gè)實(shí)現的過(guò)程是: s*先膨脹機開(kāi)啟后氣源的溫度下降較緩慢，國內空分行業(yè)內一般規定每小時(shí)不超過(guò)10K，這樣膨脹空氣進(jìn)上塔，然后通過(guò)上塔經(jīng)由污氮管、氮氣管、氧氣管去板翅式換熱器，流速大約6m/s。

 

　　這部分冷氣體介質(zhì)又在板式內與正流空氣換熱，空氣通過(guò)換熱將冷源帶至下塔。同時(shí)膨脹后的溫降速度還取決于主換熱器的中抽、底抽溫度，主換熱器的中抽、底抽溫度又直接來(lái)源于上塔的冷卻溫度。這樣環(huán)環(huán)相扣z*終完成整個(gè)同步冷卻收縮的過(guò)程。反之，對空分設備排液、加溫也應如此控制溫度的回升，切忌溫度回升太快，造成管道損壞。

 

　　這樣設計的管道簡(jiǎn)潔，也高效，但設計人員需嚴格區分不同類(lèi)型的管道，凡是不參與同步收縮的管線(xiàn)，如不在同一個(gè)系統( 如氧、氮分離系統與制氬系統) 的管線(xiàn)不能跨塔布置，避免當制氬系統初期未投運時(shí)，溫度不同步造成收縮不同步從而導致應力過(guò)大，發(fā)生事故。

 

　　連接有液體節流閥的管線(xiàn)，如液空、液氮、液氬等，由于閥門(mén)是固定在冷箱壁上的結構，在塔器、管系整體向下收縮時(shí)起到了閥前閥后管路隔斷的作用，現有的設計已應用CAESARⅡ應力分析軟件計算，設計、安裝時(shí)將閥門(mén)向運行時(shí)位移的相反方向移動(dòng)，在具體開(kāi)車(chē)時(shí)使閥門(mén)隨管道向下收縮并剛好處在閥筒中心，即浮動(dòng)閥門(mén)設計( 如圖1 所示) ，把閥門(mén)與管系視作一個(gè)活動(dòng)的整體，可有效降低整個(gè)管系的應力，提高空分設備的安全性，減少管道的補償結構，減小管線(xiàn)的阻力。

 

圖1 活動(dòng)閥門(mén)示意圖

 

　　在空分設備現場(chǎng)開(kāi)車(chē)時(shí)，開(kāi)車(chē)調試人員也需特別注意通過(guò)閥門(mén)控制讓氣體能帶著(zhù)冷源到每一根管線(xiàn)，這對空分設備調試時(shí)的開(kāi)/停車(chē)過(guò)程也提出了新的技術(shù)要求。

 

　　同步收縮式管路布置形式結合浮動(dòng)閥門(mén)設計已使管道設計水平有了一個(gè)很大的提升，有效地提高了空分設備冷箱內管道的安全性，降低了管道的沿程阻力，并使設計人員的工作效率、質(zhì)量都有了明顯的改善。

 

　　結束

 

　　空分設備管道設計技術(shù)不斷發(fā)展，需要設計人員不斷去總結、創(chuàng )新，并形成規范。

 

　　對于不能適應先進(jìn)生產(chǎn)力需要的，要結合市場(chǎng)去調整、優(yōu)化。

 

　　在提高產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，也要注重空分設備運行能耗的問(wèn)題?？茖W(xué)地安排工作可以有效提高設計人員的積極性，避免不必要的重復工作和錯誤的發(fā)生。

 

　　國內空分行業(yè)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展已有一套自已的設計模式，但可以借鑒其他先進(jìn)公司的產(chǎn)品設計流程和方式，辯證思考，取其精華并結合國情合理利用。

 

　　在空分設備不斷大型化的趨勢下，隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步，冷箱內管道的設計必將越來(lái)越簡(jiǎn)潔、高效、安全，需要設計人員大膽地去改進(jìn)、創(chuàng )新，注重質(zhì)量，同時(shí)注重安全意識，保證冷箱內這個(gè)隱蔽工程安全、可靠，從而保證空分設備的安全可靠運行。