淺談MTO裝置主風機管道設計

饒世川（天津辰鑫石化工程設計有限公司，天津 300350）

淺談MTO裝置主風機管道設計

饒世川（天津辰鑫石化工程設計有限公司，天津 300350）

本文以某MTO裝置為例，通過對主風機組及其附屬設備平面布置、主風機進出口管道設計以及主風機管嘴受力校核的介紹，分析了此類裝置中主風機組設備平面布置及管道設計中的重點與難點，并提出了設計過程中應注意的問題，對后期同類裝置主風機組管道設計具有一定的借鑒作用。

MTO裝置;主風機組;管道設計;管嘴受力

烯烴作為基本有機化工原料在現代石油和化學工業中具有十分重要的作用。我國石油資源緊缺、煤資源豐富、煤制甲醇工業化生產早已實現，發展以煤為源頭制取低碳烯烴的技術可以優化產業結構，緩解石油資源緊張的壓力，且經濟效益可觀，具有廣泛的發展前景。其中最具代表性的是甲醇制烯烴技術,即MTO（Methanol-To-Olefins）。在MTO裝置中主風機是十分重要的轉動設備，主要作用是給再生系統提供風源，保證再生系統催化劑的流化和燒焦，其運行的好壞關系著整個裝置的正常運行。與主風機相關的設備、儀表和管道等輔助設備特別是主風機出入口管線的設計是保證整個機組長期正常運轉的關鍵之一。下面結合某公司MTO裝置，對裝置內的主風機組設備平面布置及工藝管道設計進行介紹和探討。

1 主風機組平面布置

本裝置設置兩臺主風機，一開一備，采用離心式壓縮機，電機驅動。管嘴為下進下出，機組布置在長36m、寬18m的半敞開式廠房內。廠房分上下兩層，分別為地面層和6.0m層，如圖1所示。

圖1 主風機棚地面層

1.1 主風機組附屬設備特性及布置

主風機組附屬設備主要包括潤滑油站、高位油箱、空氣過濾器、放空消音器。在不妨礙主風機出入口管道布置的原則下,潤滑油站布置在地面層。布置潤滑油站時，主要考慮與主風機供油、回油總管的位置關系。除此之外，還要考慮以下因素：(1)油站上換熱器抽芯的空間以及其循環水進出口的方位；(2)油站上是否有電加熱器以及電加熱器的抽出空間；(3)油站上的油箱人孔需要的檢修空間。

高位油箱的布置應按機組制造廠要求的高差布置，一般要滿足高位油箱入口法蘭（事故狀態為出口）的中心線與主風機軸中心線的垂直距離不小于6米。另外，還要考慮一些問題，如寒冷地區，最好把它布置在房子內，配備防凍凝措施。

空氣過濾器的布置主要考慮距離主風機盡量近，要求空氣質量良好。另外需要滿足空氣過濾器廠家要求的四周的檢修空間。本裝置中，空氣過濾器布置在與主風機棚連接的構架上。

放空消音器布置時，應考慮放空消音器出口高過廠房房檐2.2m,并盡量遠離風機吸入口布置。本裝置中，把放空消音器布置在主風機棚外。

1.2 主風機組的布置

在廠房內布置主風機組時，除主風機本身的占地要求外，機組與廠房墻壁的凈距離應滿足壓縮機或驅動機的活塞、曲軸、轉子等部件的檢修要求，并且不應小于2m；在6.0m層設置承重檢修區和吊裝孔以檢修時機組部件放置、吊裝。承重檢修區所能承受荷載應按所算出的單位面積最大檢修荷重設置,并按要求將其范圍和承載能力明確標記在相應的建（構）筑物上。吊裝孔尺寸及位置應考慮吊車死點位置后，機組最大尺寸檢修部件能順利通過為原則來確定。

主風機的基礎為混凝土基礎，應與廠房的基礎分開，也應與附屬設備基礎分開。

2 主風機進出口管道布置

2.1 主風管道工藝流程、工況組合和介質參數

主風機管道運行存在以下幾種工況：

工況1：主風機A開，B停，輔助燃燒室A開，B停（正常工況）；

工況2：主風機A停，B開，輔助燃燒室A開，B停（正常工況）；

工況3：主風機A，B同開，輔助燃燒室A，B同開，輔助燃燒室后主風線上跨線不

開（烘襯里工況）；

工況4：主風機A，B同開，輔助燃燒室A，B同開，跨線開，再生器用盲板隔斷。

主風介質參數見表1：

表1主風介質參數

2.2 主風機進口管道

主風機進口管道盡量少用彎頭并需保證自控流量元件前后所需直管長度。當管道公稱直徑DN＞500時，應在適當位置設置人孔；當管道公稱直徑DN≤500時，應在適當位置設置可拆卸短接。宜在正對主風機入口的管道彎頭處采用剛性固定支架，并在此固定支架與風機入口的管段上設置一級普通型金屬波紋管膨脹節。在本裝置中，主風機進口管道自空氣過濾器穿構架平臺后經地面到主風機入口，在空氣過濾器后的豎直管段上布置自控流量元件，在地面直管段上布置人孔、控制閥，在靠近主風機入口管段上設置金屬波紋管膨脹節，如圖2所示。

圖2 主風機入口管道布置圖

圖2中主風機入口處的膨脹節1為單式軸向型膨脹節。這種膨脹節主要用于吸收軸向位移而不能承受波紋管壓力推力。此處設置膨脹節主要為了吸收主風機入口嘴子工作中自身產生的熱位移。

2.3 主風機出口管道

2.3.1 出口管道布置

主風機出口管道原則上在滿足熱補償和允許受力的條件下應盡量減少彎頭、三通，以降低壓降。主風機出口管道分支與主管連接處應順介質流向45°斜接，且連接點應在擴徑之后。主風機出口管道應進行統一規劃，并進行詳細管道柔性分析計算，使管道隊設備管嘴的推力和力矩符合制造廠提供的風機及其相連設備的允許受力限制條件(當制造廠未提供允許受力限制條件時，可參照API-617相關部分設計)。

在本裝置中，主風機出口管道由二

層樓板穿下后經地面到廠房內側平臺下回合后進入管橋，調節閥及蝶閥布置在地面上。由于主風機出口嘴子受力要求比較苛刻，并且管徑較大，通過自然補償的方式

圖3 主風機出口管道布置圖

不僅空間上受到限制，而且阻力降會大大增加。因此在出口管道上水平段和垂直段設置多個膨脹節，并相應設置合理的支架形式來滿足管道應力補償和設備嘴子受力要求。如圖3所示。

2.3.2 出口管道柔性設計

主風機出口管道柔性設計的重點是波紋管膨脹節的選取和支架的設計。圖4為主風機出口管道的柔性分析簡圖。在圖4中的膨脹節1，3，4，5，6為復式萬向鉸鏈型膨脹節；膨脹節2為單式鉸鏈型膨脹節。復式萬向鉸鏈型膨脹節由用中間管連接的兩個波紋管及銷軸和鉸鏈板組成，能吸收互相垂直的兩個平面橫向位移和膨脹節本身的軸向位移并能承受波紋管的壓力推力；單式鉸鏈型膨脹節由一個波紋管及銷軸和鉸鏈板組成，用于吸收單平面角位移。在主風機出口的垂直管段上設置復式萬向鉸鏈型膨脹節（膨脹節1）及正對主風機出口的管道彎頭處采用彈簧支架有效地減小了主風機出口所承受的力和力矩。為了使膨脹節起到相應的功效，還需要在膨脹節前后設置一系列止推支架、滑動支架、導向支架和彈簧支架，如圖4所示。

圖4 主風機出口管道的柔性分析簡圖

在設計中一定要注明膨脹節的鉸鏈板安裝方向、止推支架和導向支架類型以防施工安裝錯誤。

3 主風機出入口嘴子受力校核

主風機管嘴受力不應超過制造廠提供的允許受力值或者API-617關于管嘴受力的規定。由于主風機入口管道為常溫常壓管道，入口嘴子法蘭上的力和力矩非常小，基本上可以忽略。但主風機出口帶溫帶壓且管線管徑較大，產生的力和力矩可能超過允許值，必須進行嘴子受力校核。

4 高位油箱附屬管道的布置

為了保證潤滑油的質量，機組潤滑油管道、管件、閥門等的材質均應為不銹鋼。

高位油箱與機組供油總管相接管道應短而直，避免出現“U”形。

機組上回油總管至油站的管道一般要有不小于4%的坡度坡向油站進、出口。

為了便于潤滑油管道去污清洗及酸洗鈍化，潤滑油管道應分段用法蘭連接。根據酸洗設施的大小確定每段管段的空間尺寸，其每段管子的尺寸不宜大于6m×1m×1m或4m×2m×2m，彎頭不宜多于2個。

5 結語

本文重點介紹了某MTO裝置主風機組的設備及工藝管道的布置。該裝置已經平穩運行四年多，實踐證明該裝置的主風機組設備及管道設計達到預期要求，對今后的同類裝置設計工作起一定的借鑒作用。

[1]Axial and Centrifugal Compressors and Expander-compres?sors for Petroleum,Chemical,and Gas Industry Services，AP Std617-2003.

饒世川(1983-)，男，四川省南充市(籍貫)，中級，大學本科，研究方向：煉油裝置工藝管道。