工程設計中優化設備布置的注意事項

孫 航

(中海油石化工程有限公司 設計管理部，山東 濟南 250101)

PSA提純，是指將上游工藝氣中的CO、H2通過變壓吸附技術進行提純，經加壓后用于后續工藝合成。根據工藝流程，本項目主要由以下幾個部分組成：一套TSA裝置，一套PSA-H2裝置，二套9塔PSA-CO裝置(產出CO產品氣)，一套8塔PSA-CO回收裝置。工藝流程大致如下：從上游來的原料氣中含有飽和水，首先采用變溫吸附(TSA-H2O)將原料氣中的水脫除，再利用變壓吸附提純氫氣(PSA-H2)得到H2產品氣，PSA-H2的解吸氣壓縮后通過變壓吸附提純CO(PSA-CO-1/2)得到CO產品氣。PSA-CO-1/2的吸附尾氣匯總后進入PSA-CO-3，回收其中的CO。回收的富CO氣體返回至PSA-CO-1/2原料氣壓縮機入口。

圖1 形成設備布置圖

經過項目組評審優化，形成設備布置圖如圖1，現就該過程中需要注意的事項做一下總結。

1 設備布置概述

根據與總體院協商確認，所有出入界區管線均通過裝置西側并入總體院主管。按照工藝流程順序，PSA-CO-1/2，PSA-CO-3所需泵布置在裝置中間位置，因為該項目地處寒冷地區，所以設置泵房；泵房南側從西往東依次為TSA脫水，PSA-H2，緩沖罐區，泵房北側從西往東依次為PSA-CO-1，PSA-CO-2，PSA-CO-3區，各裝置所需換熱器均就近布置于附近內管廊下。

考慮到進出吸附塔管線均有程控閥，為充分利用空間，在吸附塔附近設置雙層操作平臺，標高分別為EL4.500，EL7.500。按照石油化工企業設計防火規范(GB 50160-2008)5.2.26要求，“平臺的相鄰安全疏散通道之間的距離不應大于50 m”，所以該裝置每個平臺均設有4個逃生爬梯。

2 統籌優化各專業條件

一個合理的設備布置，要求管道專業不僅考慮自己專業的條件，還需要統籌各專業條件并綜合布置。在這個過程中，負責設備布置的管道專業處于裝置負責人的角色，需要匯總各個專業在該裝置內的條件并進行優化。

通過與電氣及自控專業溝通確認，泵房北側，泵房，泵房南側均有用電設備及儀表設備，所以從外管廊分別通過三股橋架進入界區；內管廊上的電氣、自控橋架布置于最上層，并且為防止電氣電纜對自控信號的干擾，需要兩種橋架之間間隔300 mm。

泵房內橋架規劃如圖2，電氣橋架規劃在真空泵電機側，以方便電纜的鋪設。考慮到照明燈的映射，照明燈下端盡量不要布置有橋架及管道，如果實在無法避開，下側管線標高盡量低一些。

圖2 泵房內橋架規劃

因該裝置內管線管徑較大，規劃內管廊最下層高度時，因管廊下布置有換熱器，應考慮到換熱器的高度，與換熱器管口相連管線的頂標高等因素；確定內管廊的寬度時，要考慮到裝置所需的儀表橋架以及電力橋架的寬度，還有進出裝置的管道的數量以及管道之間的距離。依據《化工管路設計手冊》中的要求，新管廊在規劃時還需考慮20%的預留空間(1)，其荷載也需要考慮到這些。

因PSA-H2，PSA-CO-1，PSA-CO-2，PSA-CO-3吸附塔頂端有人孔，需要設置操作平臺，從操作方便及節約成本考慮，該項目設置為設備聯合平臺，如圖3所示。

圖3 設備聯合平臺

3 某些關鍵設備布置時的注意事項

3.1 換熱器的布置

換熱器在布置時需要確認換熱器封頭形式，如固定封頭形式，生產過程中不需要抽芯檢修，則可不需要考慮預留抽芯空間；而U型套管式則必須預留足夠的抽芯空間，以方便后期抽芯檢修。

換熱器鞍座基礎提出時，需要考慮到基礎的大小是否會影響到鞍座附近管口，否則可能出現圖4示例的失誤；基礎的高度確認時，需要考慮換熱器下端管口的配管情況，尤其是大管徑管道，很容易造成管道沒有足夠空間彎上來的情況，因此必須保證管線或者排液閥的最低處高出地面或者平臺至少150 mm(2)。

圖4 失誤示例

3.2 泵的布置

泵宜露天布置,如項目所在地溫度較低或者風沙較大，則需考慮布置在泵房內。

泵數量較多時宜成排布置，布置時需將泵端基礎或者泵端出入口中心線對齊；并且電機端的確定要考慮到電氣電纜的布置是否方便。

需要注意泵的形式，如為往復泵，需要考慮到預留足夠的檢修空間；

泵的基礎高度距離地面至少100 mm。確定泵的基礎高度時，需要考慮到泵的入口管線上是否安裝有過濾器，如有，應注意后期為了清洗需要拆裝過濾器，空間必須預留好。

在管廊下方或者外側布置泵，確定泵區通道的凈寬和凈高時，要綜合考慮平時操作、檢修以及消防等方面的要求；泵的前端，考慮到操作空間，至少要有1 m的寬度。

3.3 塔和立式容器的布置

1)塔與換熱器、泵等關聯設備布置時，宜按照工藝流程的順序，就近布置。

2)規劃塔和立式容器時，宜將相連管道布置在靠近管廊的一側，將檢修通道布置在設備的另一側。設備的人孔及填料孔等需在檢修通道側。

3)塔及立式容器布置在管廊側時，要按照以下要求確定與管廊之間的距離：

A、如有泵布置在塔與管廊之間，要考慮到泵的配管空間及日常操作等因素；

B、塔及立式容器與管廊之間無泵等設備時，管廊立柱中心線與設備外壁應該有不小于3 m的間距。

塔與其他立式設備之間距離的確定，要考慮到檢修平臺、配管空間、其他小型設備等因素的要求。兩塔之間的凈距不宜小于2.5 m。

4 結語

在工程設計過程中，設備布置的優化是極其重要的一個步驟。一個合理的設備布置，才能保證建成后的裝置能夠符合工藝流程的要求，符合安全生產規范、防火規范及環保規范等的要求，最大限度的提高經濟效益(3)。

在實際的工程設計中，每一個項目都有自己的特點，設計過程中切記不能完全生搬硬套；但是設計的基本原則是一樣的，都要符合工藝流程的要求，遵循標準規范和相關安監部門的強制要求；在此基礎上借鑒一些類似的、成熟的工程經驗，以優化我們的設備布置(4)。這些都利于我們提高自己的工程設計水平，使設計更加完美，更好的服務社會。