淺談膜回收撬塊管道設計

于千石

摘要：撬塊模塊化設計是歐美國家在二十世紀五十年代提出的一種設計理念和方法。撬塊就是把一部分工藝所需的設備、管道、閥門、儀表等放在一個或者多個鋼結構框架中，實現獨立功能的單個運行體。多個撬塊再進行拼接將實現整個系統的功能。為了降低施工的難度，所有的對外接口均采用法蘭連接。與傳統的設計理念相比，撬塊把鋼結構及管道管件等進行了最大化的預制，給現場施工節約了大量的步驟與時間。撬塊還有如下幾個顯著的優勢：1.便于運輸、安裝。2.節約裝置的空間。3.撬塊生產的安全性高、精度高。4.縮短了設計周期和建設周期。

關鍵詞：撬塊;膜回收;管道設計。

1.工藝簡介

聚乙烯裝置的尾氣膜回收單元工藝流程簡介如下：裝置排放氣從緩沖罐進入膜分離撬塊，經過膜前加熱器，與熱水換熱之后進入到一級膜分離器。一級膜的特性為優先透過乙烯等烴類物質。通過膜分離器的兩股物流中，一股為富集烴類的滲透氣，被收集在低壓積液器中。另一股貧烴物流進入到二級膜分離器。二級膜的特性為優先透過氫氣。物流再次被分為兩股，其中一股富含氫氣的物流排放到低壓火炬。另一股貧氫物流進入到下一個撬塊—深冷分離回收撬塊。在深冷分離回收單元中，物流經過板翅式換熱器不斷降低溫度。將重組分的液態烴分離出來，回收到低壓積液器中。自板翅式換熱器來的不凝氣進入和其他物流繼續進行換熱，溫度逐漸降低，到達換熱器底部時變成氣液混合物進入高壓分液罐。從高壓分離罐中得到的液態烴主要組分為乙烯，經減壓節流返回板翅式換熱器回收冷量，變成常溫后返回乙烯裂解裝置。制冷系統中，由高壓分液罐頂部出來的物流，返回到板翅式換熱器，經過復熱回收冷量后沒進入一號膨脹機膨脹制冷，膨脹后的低溫氣體進入板翅式換熱器，經過復溫回收冷量后，進入二號膨脹機膨脹制冷，膨脹后的低溫氣體再進入板翅式換熱器為系統提供冷量。該物流離開板翅式換熱器后，在經過膨脹機的制動端，變為常溫氣體，一部分作為回收氮氣循環利用，富余的部分匯總至膜分離撬塊的低壓火炬管線內。

2.設備布置

尾氣膜回收單元的設備布置不只需要考慮設備的擺放，工藝中涉及的渦街流量計與調節閥組較多，這些都是占據空間較大的元件，并且需要留出相應的直管段與檢維修空間。因此還需要考慮這些儀表的安裝位置。設備布置的大致思路是：將兩組膜分離器置于撬塊的一層框架，換熱器置于二層框架。這樣可以將立面的空間也利用起來，縮短水平管段的長度。火炬總管置于二層框架的另一側，與換熱器分開。總體上將設備與閥組靠兩個長邊布置，中間留出800mm左右的凈空作為人行通道。外層閥門利用撬外的空間操作檢修。內層的閥門側向擺放，把人行通道讓出來。兩組膜分離器之間的距離主要由一級膜分離器的滲透氣管線長度決定。主物料管線上有較多的調節閥組和渦街流量計，占據了較多空間。撬塊整體長度也取決于這部分的布置。這類撬塊的寬度一般做到3m，一是能滿足運輸的條件限制，二是這樣的寬度在撬塊內也足以擺放三到四排閥組和人行通道。對外管口方面，根據排放氣緩沖罐和深冷分離回收撬塊的位置將管口分兩層集中布置。

3.管道布置

管道布置應考慮如何節約空間，尤其是水平方向的空間。既要保證管線采用最小連接，又要考慮到施工的誤差，在與設備相連接的地方留出可調節的直管段。膜分離器和換熱器需要的吊裝和檢維修空間較大，需要充分考慮。可以合理得利用撬外的空間，例如抽芯時從撬外操作。閥組的布置應盡量緊湊，可將手閥置于立管上，水平方向留出做管道支架的位置，縮短其他直管段。止回閥形式可選用對夾式。在管道布置時需要將檢修空間和人行通道以及二層框架的爬梯位置預留出來，將調節閥組布置在通道兩側。需要注意的是如果有安全閥組放在撬塊內時，可能會造成閥門高度較高，這時應考慮利用框架的寬邊布置相應的管線。在層高的布置上，一層框架中除去型鋼的高度一般只有2.7m左右。還需考慮到電儀的線槽與支吊架的位置。高度方面想要留出足夠的凈空則管道很難錯層布置。需要在設計早期就規劃好對外管口的高度及順序，否則在修改時會造成較大的工作量。

4.安裝與施工

除撬塊對外的管口使用法蘭連接外，一層框架與二層框架在運輸時與需要拆卸，到現場恢復。因此穿層的管道需設置配對法蘭。并且考慮到拆裝運輸過程中的穩定性。穿層的管道在上下兩層需要單獨做支撐。尤其一些管徑較小的管道，如儀表空氣管線與調節閥相連的部分，如不注意則很容易造成損耗。在鋼結構設計方面，框架一般采用H型鋼，設備與管道的一次支架視情況選用相應的槽鋼。在合適的位置設置直爬梯圍欄格柵板吊耳等，這些一般采用螺栓連接，便于裝卸。另外在試壓過程中需要將精密的儀表元件卸下使用“假件”連接管道。

撬塊設計主要有以下幾個難點：

（1）撬塊尤其空間以及運輸條件的限制，既要保證工藝的合理性，管道布置符合相關規范，又要節約空間降低制造的難度和成本。在設備布置和管道布置方面需要一定的經驗和技巧。

（2）撬塊的吊裝方案，也是進行撬塊設計的一個重要部分。因為其吊裝方案的確定，決定撬塊是否要拆分成幾個模塊，并且吊裝方案也會影響撬塊的設計。

（3）撬塊中的空間有限也對施工造成影響。在設計的過程中還需考慮管道施工過程中可能有的誤差，考慮從設計上減小施工的難度。需在合適的位置增加配對法蘭，并擬定施工方案。

結束語：

麻雀雖小五臟俱全，一個撬塊雖然占地不大，但是其內部也是一個完整的工藝系統，堪比一個小型裝置。需要工藝、管道、結構、儀表、電氣等各專業設計人員的相互協作。在撬塊設計中需要下一番功夫周密的布置，有時還需要反復的修改方案才能不斷將設計優化。撬塊是對各種工藝設備的集成，它具有集成度高、占地面積小，控制系統現金、運行可靠等優點，其后在工程中的應用將會越來越多。

參考文獻：

[1]張德姜，王懷義，劉紹葉，等.石油石化裝置工藝管道安裝設計手冊[M].北京：中國石化出版社.

[2]張春燕，朱明高，劉承昭.淺談氣田集輸撬裝模塊化—標準化設計的優越性[J].四川：天然氣與石油，2009，27（6）：10—11

[3] SH 3012-2011.石油化工金屬管道布置設計規范