淺析空分裝置空壓機出口管布置要點及應(yīng)力

于浩松

連云港石化有限公司 江蘇 連云港 222000

引言

在空分裝置中，原料空氣經(jīng)空氣過濾器后能有效去除過多的灰塵與機械性雜質(zhì)，然后進入空壓機中進行壓縮，再到冷卻塔中進行預(yù)冷。空氣通過全面壓縮后，溫度會發(fā)生相應(yīng)變化，要控制空壓機管道操作溫度，使其保持在95℃至105℃，操作壓力數(shù)值控制在0.45MPa（G）至 0.54MPa（G）。隨著空分裝置應(yīng)用范圍不斷擴大，空壓機排氣管管徑也在進一步擴大，如管道布置不合理，熱位移得不到有效補償，就會對冷卻塔連接處管口以及空壓機產(chǎn)生較大的推力，從而導(dǎo)致設(shè)備發(fā)生不同程度的損壞。空壓機排氣管連接壓縮機和空冷塔，相關(guān)人員通過分析管道參數(shù)，運用計算機進行精確的應(yīng)力計算，得出在管口推力與力矩控制過程中，可以應(yīng)用限位架分割熱位移和補償波紋管來控制。

一、管道概況

某空分裝置應(yīng)用的是3MSGXL型空壓機，壓縮空氣出口位置朝上，其中公稱直徑為DN600，帶短拉桿波紋管，各項數(shù)據(jù)如表1所示。對空冷塔氣體進入口位置進行判定，管口不能產(chǎn)生初始性位移，其中承受合力不能超出25000N。再對滑動支架、空板流量計等進行設(shè)計[1]。

表1 短拉桿波紋管數(shù)據(jù)表

二、管道應(yīng)力分析

1.初始分析

通過實踐證明，管道溫度壓力相關(guān)數(shù)值不是很高，其中正常情況下管道一次應(yīng)力與二次應(yīng)力都在許用值規(guī)定的范圍內(nèi)。此管道判定的重點是對管道口實際許用荷載進行校核。在節(jié)點位移值變化影響下，將相關(guān)數(shù)據(jù)相減之后能夠獲取實際超出位移量以及波紋管橫向變形數(shù)值。得出的超出波紋管設(shè)計補償量產(chǎn)生的熱位移各項結(jié)果將會導(dǎo)致超負荷發(fā)生變形，對管道基本應(yīng)用質(zhì)量會產(chǎn)生不同程度影響[2]。

上述問題是由于管道熱膨脹發(fā)生所致。管道接口熱位移包括X、Y、Z方向，其中Z向熱位移不能得到有效補償，能夠得出空壓機排氣管Z向熱伸長量，得出相應(yīng)公式△L=Lα（t2-t1）。其中△L是管道熱伸長量，L是計算管長，t2是管道設(shè)計溫度（℃），t1是管道安裝溫度（℃），t1取20℃。α是管道線性膨脹系數(shù)[cm/（m·℃）]，此例取11.16×10-4cm/（m·℃）。計算各項數(shù)據(jù)，將各項數(shù)據(jù)帶入能夠得出△L=22.3mm。

為了對熱位移進行吸收，可以對直管段長度進行適度補充。然后通過應(yīng)用軟件模擬計算出空壓機力矩和出口處推力，此方法應(yīng)用價值較高，但是不能對管口與管道基本荷載與負荷進行控制，主要原因是由于氣體管道基本剛度值與管徑較大。如果管徑較大，管道補償能力將會降低，所以在空分裝置中，通過自然補償提升管道柔性具有一定難度[3]。

2.設(shè)置限位架分割熱位移

當(dāng)前要對管道基本應(yīng)用特點進行分析，在分析管道基本布置狀態(tài)基礎(chǔ)上，通過限位支架對熱位移進行分割，這樣能將管道熱位移分為不同段，其中波紋管主要是吸收節(jié)點之前的熱位移，要注意此類方法能對限位架進行調(diào)節(jié)，促使不同節(jié)點段熱脹量能均勻分布，使得限制架兩端具有較高的柔性，保障空壓機以及空冷塔能夠適應(yīng)實際要求。要對CAESARⅡ限位架間隙值進行多次轉(zhuǎn)變與試算。

3.應(yīng)用大補償量補償器

當(dāng)前除了要設(shè)置限位架之外，還需要應(yīng)用補償力較高的補償器對Z向基本位移進行有效吸收，比如長拉桿波紋管以及復(fù)式鉸鏈波紋管，能替換原空壓機自帶的短拉桿波紋管。圖1為帶復(fù)式鉸鏈式波紋管的管道應(yīng)力計算模型圖。

圖1 帶復(fù)式鉸鏈式波紋管的管道應(yīng)力計算模型圖

復(fù)式鉸鏈式波紋管橫向補償量與管道Z向熱膨脹量能被波紋管有效吸收。復(fù)式鉸鏈式波紋管在實際應(yīng)用中要注意相應(yīng)問題，其軸向沒有補償能力，將滑動支架作為彈簧支架，保障空壓機管口能承擔(dān)相應(yīng)的重力荷載。但是如果管道直徑較大，要想全面提升管道支撐性能以及應(yīng)用穩(wěn)定性，相關(guān)技術(shù)人員可以結(jié)合實際應(yīng)用要求在管道支架位置添加相應(yīng)彈簧，促使空壓器出口荷載能得到有效控制。

三、結(jié)語

隨著空分裝置應(yīng)用規(guī)模的逐步擴大，空壓機排氣管道直徑也在擴大。針對大直徑鋼管，可以通過自然補償來提升應(yīng)用效果。在實際應(yīng)用中選取限位架與補償器對運行狀態(tài)下的管口荷載與設(shè)備允許荷載進行控制。通過補償量較大的補償器能夠?qū)艿罒崤蛎涍M行有效吸收，降低管口荷載。※