【壓縮機(jī)網(wǎng)】低溫管道作為空分設(shè)備冷箱內(nèi)z*復(fù)雜的部件之一，是保證空分設(shè)備穩(wěn)定、安全運行的重點。近幾年通過不斷開發(fā)新技術(shù)，結(jié)合認(rèn)證、總結(jié)使空分設(shè)備有了更高效、安全的保障，對設(shè)計所包含的各項關(guān)鍵點有了更深的理解。

 

　　空分設(shè)備冷箱內(nèi)管道設(shè)計復(fù)雜、煩鎖，每一條管線都有它的工藝要求。設(shè)計時需滿足正常運行時的氣液穩(wěn)定，并對制造、安裝、運行、停車、檢修等各方面進(jìn)行綜合評估，檢查在各個階段是否存在風(fēng)險和危害。設(shè)計的每一套空分設(shè)備都要達(dá)到安全、高效是設(shè)計人員需要全面考慮的任務(wù)。

 

　　一套空分設(shè)備有冷箱內(nèi)管道150 條左右，其中的大部分管道已經(jīng)通過驗證、計算，結(jié)合歷年的設(shè)計經(jīng)驗，形成了比較完整、細(xì)致的設(shè)計規(guī)范，如: 管架的定位、氣液封的高度、補償?shù)囊?、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(tǒng)計等等。

 

　　新技術(shù)運用

 

　　一套空分設(shè)備中板翅式換熱器冷/熱端配管可做為一個模塊，在這方面的設(shè)計方式已經(jīng)規(guī)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潔，方便安裝及檢查。

 

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

 

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

 

　　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(shè)計出來。面對這個總體布置的問題，管道的設(shè)計必須提前，參與前期的總體布置，根據(jù)圖紙進(jìn)行初期布置，將冷箱鋼結(jié)構(gòu)、相關(guān)主要容器、閥門進(jìn)行前期模擬，根據(jù)整個系統(tǒng)要求統(tǒng)籌安排，既滿足工藝需求，也要滿足管線的設(shè)計要求。這樣能減少冷箱內(nèi)管道的總長度，降低阻力，為日后空分設(shè)備的長期運行、降低管道系統(tǒng)總能量損失創(chuàng)造條件。

 

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

 

　　在長時間的摸索中得出上塔、下塔與液空液氮過冷器的關(guān)聯(lián)度較高，所以液空液氮過冷器必須與上塔、下塔緊密布置，盡量避免距離過大。由于粗氬Ⅰ塔、粗氬Ⅱ塔與上塔關(guān)聯(lián)，相關(guān)閥門應(yīng)盡量布置在管線的起點到終點之間自然經(jīng)過的部位，并合理排布。

 

　　在多套大型空分設(shè)備的設(shè)計和對比中發(fā)現(xiàn)，特大型空分設(shè)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，從管道的安全性上來分析，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(yīng)力都較大，甚至超過許用應(yīng)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題。

 

　　在空分設(shè)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題？

 

　　它將是空分設(shè)備大型化的障礙，

 

　　大型空分設(shè)備的壓力管道設(shè)計必須引起足夠重視。

 

　　同步收縮式管路設(shè)計

 

　　隨著空分設(shè)備的大型化發(fā)展，冷箱內(nèi)壓力管道的直徑已經(jīng)達(dá)到1300mm 以上，這樣的直徑已與早年生產(chǎn)的中型空分設(shè)備上塔直徑相當(dāng)。當(dāng)大直徑管道參與補償時，焊縫的受力應(yīng)用設(shè)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題，那它將是空分設(shè)備大型化的障礙。

 

　　按相同溫度下同一種金屬材料的線膨脹系數(shù)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(shè)置支吊架，稱之為同步收縮式管路布置。

 

　　一套30000m3/h 等級空分設(shè)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(jié)約鋁材10-20%，對應(yīng)降低管道系統(tǒng)阻力15% 左右，同時也節(jié)約了與之對應(yīng)的管架。

 

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

 

　　同步收縮式管路設(shè)計主要考慮塔器溫度與管道溫度在同一時間點溫差不能過大，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(yīng)力是巨大的，設(shè)計人員需要計算分析后判斷。

 

　　整個實現(xiàn)的過程是: s*先膨脹機(jī)開啟后氣源的溫度下降較緩慢，國內(nèi)空分行業(yè)內(nèi)一般規(guī)定每小時不超過10K，這樣膨脹空氣進(jìn)上塔，然后通過上塔經(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(nèi)與正流空氣換熱，空氣通過換熱將冷源帶至下塔。同時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、底抽溫度又直接來源于上塔的冷卻溫度。這樣環(huán)環(huán)相扣z*終完成整個同步冷卻收縮的過程。反之，對空分設(shè)備排液、加溫也應(yīng)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(shè)計的管道簡潔，也高效，但設(shè)計人員需嚴(yán)格區(qū)分不同類型的管道，凡是不參與同步收縮的管線，如不在同一個系統(tǒng)( 如氧、氮分離系統(tǒng)與制氬系統(tǒng)) 的管線不能跨塔布置，避免當(dāng)制氬系統(tǒng)初期未投運時，溫度不同步造成收縮不同步從而導(dǎo)致應(yīng)力過大，發(fā)生事故。

 

　　連接有液體節(jié)流閥的管線，如液空、液氮、液氬等，由于閥門是固定在冷箱壁上的結(jié)構(gòu)，在塔器、管系整體向下收縮時起到了閥前閥后管路隔斷的作用，現(xiàn)有的設(shè)計已應(yīng)用CAESARⅡ應(yīng)力分析軟件計算，設(shè)計、安裝時將閥門向運行時位移的相反方向移動，在具體開車時使閥門隨管道向下收縮并剛好處在閥筒中心，即浮動閥門設(shè)計( 如圖1 所示) ，把閥門與管系視作一個活動的整體，可有效降低整個管系的應(yīng)力，提高空分設(shè)備的安全性，減少管道的補償結(jié)構(gòu)，減小管線的阻力。

 

圖1 活動閥門示意圖

 

　　在空分設(shè)備現(xiàn)場開車時，開車調(diào)試人員也需特別注意通過閥門控制讓氣體能帶著冷源到每一根管線，這對空分設(shè)備調(diào)試時的開/停車過程也提出了新的技術(shù)要求。

 

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

 

　　結(jié)束

 

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

 

　　對于不能適應(yīng)先進(jìn)生產(chǎn)力需要的，要結(jié)合市場去調(diào)整、優(yōu)化。

 

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

 

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

 

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