空分裝置壓縮機(jī)組的布置和配管分析

賈隆禛

摘 ?要：通過空分裝置里壓縮機(jī)組的設(shè)計(jì)實(shí)踐分析，探討此類典型機(jī)組的布置及配管。

關(guān)鍵詞：壓縮機(jī)組;設(shè)備布置;配管

引言

隨著我國大型煤制烯烴、煤制油的建設(shè)，空分裝置作為其重要的配套裝置，也在變得越來越大型化。壓縮機(jī)組作為工藝介質(zhì)的動(dòng)力源，對(duì)保證其長期穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。相對(duì)于一些其他設(shè)備，離心式壓縮機(jī)組的布置及配管有其自身的特點(diǎn)。本文通過對(duì)某空分裝置中壓縮機(jī)組的布置及配管進(jìn)行分析，期望能夠?qū)ξ磥淼墓こ淘O(shè)計(jì)提供經(jīng)驗(yàn)。圖1、圖2是壓縮機(jī)組的平豎面布置圖。

1 壓縮機(jī)組的布置分析

1.1 壓縮機(jī)廠房

壓縮機(jī)廠房分為三類，分別是封閉式廠房、半敞開式廠房和敞開式廠房。采用哪一種型式的廠房應(yīng)當(dāng)根據(jù)工藝介質(zhì)的性質(zhì)、當(dāng)?shù)貧夂驐l件等來確定。對(duì)于空分裝置的離心式壓縮機(jī)，其工藝介質(zhì)為空氣、運(yùn)行過程中產(chǎn)生的噪聲較大且地處春季多風(fēng)沙、冬季寒冷地區(qū)，故采用封閉式廠房。

壓縮機(jī)組由空氣壓縮機(jī)、汽輪機(jī)、空氣增壓機(jī)以及附屬設(shè)備組成，采用凝汽式透平驅(qū)動(dòng)，將空壓機(jī)-汽輪機(jī)-增壓機(jī)布置在三層平臺(tái)上，增壓機(jī)級(jí)間冷卻器布置在增壓機(jī)下方的二層平臺(tái)上，空壓機(jī)冷卻器、潤滑油站、透平排氣管道等布置在廠房地面上。

1.1.1壓縮廠房的平面布置

壓縮廠房的占地要根據(jù)廠家提供的壓縮機(jī)組的外形尺寸及基礎(chǔ)圖等技術(shù)資料來確定。寬度：建筑物的跨距除有特殊要求外，一般應(yīng)按照建筑統(tǒng)一模數(shù)設(shè)計(jì)，常用模數(shù)有6m，7.5m，9m...，考慮寬度方向穿越廠房最大的管線為空壓機(jī)入口管線，外徑為3454mm，廠房柱間距按6m設(shè)計(jì)。通過對(duì)比各單體設(shè)備外形圖可知空壓機(jī)級(jí)間冷卻器為廠房內(nèi)占寬最大的設(shè)備，預(yù)留出通道及檢維修空間確定廠房寬度為5跨即30m。長度：壓縮廠房的長度主要考慮因素為空冷島輔機(jī)設(shè)備、壓縮機(jī)組及其輔助設(shè)備及預(yù)留的檢修區(qū)域的占長，檢修區(qū)域的占長要根據(jù)機(jī)組最大檢修件的尺寸及吊裝機(jī)具行程死點(diǎn)的位置確定。最終確定長度為67.5m。

1.1.2壓縮廠房的立面布置

壓縮廠房的立面布置的主要內(nèi)容包括確定壓縮機(jī)的基礎(chǔ)高度、操作平臺(tái)的層數(shù)和高度、廠房的結(jié)構(gòu)高度。壓縮機(jī)的布置高度通常由表冷器的安裝高度確定，由于北方地區(qū)缺水，采用室外空冷器取代表冷器，因此安裝高度根據(jù)乏汽管道的安裝高度確定，根據(jù)廠家提供的機(jī)組基礎(chǔ)圖可以看機(jī)組基礎(chǔ)為雙層結(jié)構(gòu)，頂部為主機(jī)基礎(chǔ)，高度為14200mm;下面為增壓機(jī)級(jí)間冷卻器的基礎(chǔ)，高度為8000mm。操作平臺(tái)的層數(shù)和高度通常選取壓縮機(jī)機(jī)組基礎(chǔ)的層數(shù)和高度，這樣既在安裝過程中方便施工又在以后的運(yùn)行過程中方便生產(chǎn)操作人員的巡檢及檢維修。廠房的結(jié)構(gòu)高度一般情況下是由吊車的安裝高度來確定，當(dāng)?shù)踯嚨陌惭b高度可以確定后，加上預(yù)留的吊車上部檢維修空間的高度即可確定廠房的結(jié)構(gòu)高度。吊鉤的最大高度根據(jù)機(jī)組最高的固定件頂部高度加上最大檢修件的高度加上預(yù)留間隙確定，此處預(yù)留設(shè)計(jì)余量不宜過小一般不小于500mm。一般廠家圖紙上會(huì)標(biāo)出吊鉤的最低安裝高度要求，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)適當(dāng)加上設(shè)計(jì)余量，以防因施工誤差導(dǎo)致現(xiàn)場吊裝高度不符合要求。廠家圖紙要求吊鉤最低安裝高度為23.7m，加上設(shè)計(jì)余量和吊車上部檢維修空間最終確定廠房的屋架下弦高度為32.5m。

1.2 壓縮機(jī)組及其附屬設(shè)備的布置

空分裝置的壓縮機(jī)組由空氣壓縮機(jī)、汽輪機(jī)、空氣增壓機(jī)、油站和高位油箱等組成。目前的工程中主機(jī)及附屬設(shè)備一般由同一廠家成套供貨，機(jī)組內(nèi)部管道由廠家負(fù)責(zé)，廠家會(huì)根據(jù)機(jī)組工藝要求及自身配管情況來提供機(jī)組的安裝高度，及其附屬設(shè)備的建議性布置。

空氣過濾器應(yīng)靠近壓縮機(jī)入口布置，為保證入口管道的壓降最小過濾器的管口高度應(yīng)與空壓機(jī)入口管口高度保持一致，過濾器應(yīng)布置在廠房外盡量靠近廠房處。而吸風(fēng)口應(yīng)布置在有害氣體及固體塵埃散發(fā)源的全年最小頻率風(fēng)向的下風(fēng)側(cè)[1]，且與散發(fā)碳?xì)浠衔铮ㄓ绕涫且胰玻┑扔泻怏w發(fā)生源應(yīng)有一定的安全距離。

油站要靠近壓縮機(jī)布置且放置在壓縮機(jī)基礎(chǔ)下面的廠房地面上，要滿足潤滑油依靠自身重力回流所需要的標(biāo)高要求，還需要滿足油冷卻器的檢修要求。

高位油箱需要布置在機(jī)組上方，利用重力作用在事故停車時(shí)給機(jī)組供給潤滑油，其安裝高度通常由廠家提供，當(dāng)廠家未提供高度要求時(shí)要根據(jù)機(jī)組的供油壓力計(jì)算得出其安裝高度。根據(jù)石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范規(guī)定：“壓縮機(jī)的上方不得布置甲、乙和丙類工藝設(shè)備，但自用的高位潤滑油箱不受此限”[2];我們配管人員以此為依據(jù)將高位油箱布置在壓縮廠房內(nèi)，但建筑專業(yè)的規(guī)范《壓縮機(jī)廠房建筑設(shè)計(jì)規(guī)定》中提出“高位油槽應(yīng)盡量布置在室外鋼架上，不得布置在廠房的屋架部位”[3]，條文解釋中說明了這樣的規(guī)定主要是因?yàn)槲菁艿哪突饦O限低，而一般情況下高位油箱放置的位置高，靠近屋架，一旦廠房內(nèi)發(fā)生燃燒或爆炸，點(diǎn)燃了高位油箱，屋架將受到嚴(yán)重威脅。從條文解釋中可以看出此條規(guī)定是針對(duì)的爆炸性氣體環(huán)境的壓縮機(jī)廠房，而對(duì)于空分裝置的空氣等非爆炸性氣體壓縮機(jī)而言則不受此限制。考慮到西北地區(qū)冬天溫度低當(dāng)布置在廠房外時(shí)需要增加保溫伴熱等防凝措施，為了減少不必須的投資，將高位油箱布置在廠房內(nèi)。

2 壓縮機(jī)組的配管

對(duì)于離心式壓縮機(jī)（包括汽輪機(jī)）的配管，通常情況下不要求進(jìn)行振動(dòng)分析，但必須要對(duì)管系進(jìn)行柔性分析，并應(yīng)滿足管口受力要求。計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮設(shè)備管嘴的位移。所有壓縮機(jī)的管道不得占用機(jī)組及輔助設(shè)備抽內(nèi)件的空間，不得影響起重機(jī)的正常運(yùn)行。

2.1 空壓機(jī)進(jìn)出口管道的布置

空壓機(jī)進(jìn)口管道的布置應(yīng)有利于流體分布均勻，管道一般較大，例如本套壓縮機(jī)進(jìn)口管道達(dá)到DN3400，一般選取直連的方式，通過采用調(diào)整入口過濾器的基礎(chǔ)高度來實(shí)現(xiàn)。

空壓機(jī)出口管道不宜直接接彎頭，如廠家無要求，其最短直管段宜為公稱直徑DN 的3～5 倍。出口管線上設(shè)置有自控閥并配有閥門加長桿，根據(jù)現(xiàn)場反饋此閥門因?yàn)轭l繁操作經(jīng)常會(huì)檢維修，所以此閥門及其加長桿應(yīng)設(shè)置在平臺(tái)上。壓縮機(jī)出口管線設(shè)置有防喘振管線，因?yàn)榉来窆芫€放空時(shí)氣量大震動(dòng)大，一般將其布置在地面上單獨(dú)設(shè)置管墩支撐管道，且在放空閥處設(shè)置固定架防止震動(dòng)（如圖3），此處設(shè)置固定架對(duì)壓縮機(jī)出口管整條管線的應(yīng)力提出了更高的要求，通過合理的設(shè)置膨脹節(jié)及彈簧架來解決管線的應(yīng)力問題。在應(yīng)力計(jì)算時(shí)應(yīng)該考慮以下幾種工況：1、無應(yīng)力安裝工況;2、正常操作工況;3、設(shè)計(jì)工況;4、全料放空工況;5、防喘振放空工況。這幾種都是通?？紤]的工況，但全料放空和防喘振放空這兩種工況管道專業(yè)一定要和機(jī)器廠家、工藝專業(yè)了解清楚后提給應(yīng)力專業(yè)，否則很容易會(huì)出現(xiàn)理解錯(cuò)誤，導(dǎo)致應(yīng)力計(jì)算出現(xiàn)偏差。如圖3所示，這臺(tái)機(jī)組設(shè)有三條放空管線，015閥所在的管線為全料放空管線，013和014所在的管線為防喘振放空管線。全料放空時(shí)015閥開啟放空，013、014和016閥處于關(guān)閉狀態(tài);防喘振放空時(shí)016閥處于開啟015閥處于關(guān)閉狀態(tài)，013和014閥隨著氣量的增大而逐步開啟。

2.2 汽輪機(jī)入口蒸汽管道的布置

本套空分裝置選用高壓蒸汽（設(shè)計(jì)壓力13.5 MPa、設(shè)計(jì)溫度545 ℃）作為汽輪機(jī)的動(dòng)力來源，拖動(dòng)空壓機(jī)和增壓機(jī)，高壓蒸汽管道的配管是設(shè)計(jì)工作的重中之重。由于蒸汽管道的溫度和壓力較高，且包含安裝、吹掃打靶、操作等多種復(fù)雜組合的工況，加之汽輪機(jī)主進(jìn)汽管口對(duì)力、熱位移等極其敏感，因此在管道布置時(shí)應(yīng)非常注意。如圖4，汽輪機(jī)是南北方向布置，汽輪機(jī)入口在固定點(diǎn)的北側(cè)，蒸汽進(jìn)入透平前，管道向北繞過壓縮機(jī)本體和透平的固定點(diǎn)，并設(shè)置南北向限位架，利用此限位架北側(cè)的水平管線來吸收管口的水平熱位移，此限位架的位置必須經(jīng)過計(jì)算得出。汽輪機(jī)管口朝下，在進(jìn)口處的豎直管道上設(shè)置恒力彈簧架，這樣既能吸收管口及管道的向下熱位移又能保證管口處的受力，配管設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮此處支架安裝空間。在三通的彎頭處設(shè)置東西向限位架保證了管系本身的東西向熱位移不會(huì)對(duì)管口產(chǎn)生影響。蒸汽進(jìn)口管道上的切斷閥盡量靠近蒸汽主管布置，因?yàn)楦邏赫羝袛嚅y體積較大，為操作方便，應(yīng)就近放置在壓縮機(jī)廠房平臺(tái)上靠近蒸汽主管的一側(cè)。在布置完蒸汽管道后應(yīng)該將管段圖返給工藝專業(yè)，核算汽輪機(jī)管口處的溫度和壓力，以保證蒸汽在管口處的工藝參數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求。

為保障汽輪機(jī)的管口受力，在設(shè)計(jì)入口蒸汽管道時(shí)應(yīng)考慮多種工況，除通?？紤]的無應(yīng)力安裝、設(shè)計(jì)、操作、水壓試驗(yàn)等工況，還應(yīng)充分考慮在試車和開停車時(shí)產(chǎn)生的各種工況：1、暖管工況，此時(shí)管道按照525℃，透平按照室溫考慮。按照工藝流程管線上設(shè)置兩個(gè)暖管放空接出口，采用分段暖管，此時(shí)應(yīng)力計(jì)算也需要以切斷閥為界分段計(jì)算;2、停車過程中產(chǎn)生的熱機(jī)冷管工況，經(jīng)與廠家和現(xiàn)場開車人員交流得出此種工況按照極限溫差情況下汽輪機(jī)480℃，管道230℃來計(jì)算，熱機(jī)冷管工況主要是考慮到機(jī)組停車后透平和管道降溫幅度不一致導(dǎo)致管口受力產(chǎn)生變化。

2.3 潤滑油管道的布置

潤滑油系統(tǒng)的管道布置方式通常是供油管道布置在機(jī)組的一側(cè)，回油管道布置在機(jī)組的另一側(cè)，這樣可避免供回油管道之間的交叉，便于施工及油運(yùn)后的拆裝。因?yàn)樗嵯粹g化需要在現(xiàn)場的酸洗槽中進(jìn)行，所以潤滑油管道應(yīng)分段用法蘭連接，管道最長段和每根管道上彎頭數(shù)量應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)場的酸洗槽尺寸進(jìn)行確定。

2.4 循環(huán)冷卻水管道的布置

空壓機(jī)和增壓機(jī)的循環(huán)水消耗量大，循環(huán)水管的規(guī)格大，管道布置不能影響設(shè)備的抽芯。循環(huán)水管道需要和地下水管相連，因?yàn)榈毓苁┕ぽ^早，設(shè)計(jì)時(shí)要盡早和給排水專業(yè)工程師溝通，確定好地管的交接位置，如果給排水專業(yè)很難做到進(jìn)水和回水位于機(jī)組的同一側(cè)，要及時(shí)要求生產(chǎn)廠家修改設(shè)備管口的位置?，F(xiàn)場地管的施工精度較低，容易出現(xiàn)偏差，出現(xiàn)地上循環(huán)水管道無法和地下管道連接的情況，地坪澆筑后地下管道很難再修改，所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)提前考慮可以調(diào)節(jié)的裕量或應(yīng)對(duì)措施。

3 結(jié)語

本文結(jié)合實(shí)際工作，對(duì)離心式壓縮機(jī)的布置及配管進(jìn)行了簡要說明。對(duì)壓縮機(jī)組及其附屬管道科學(xué)合理的布置對(duì)于機(jī)組的正常運(yùn)行和安裝施工起著非常重要的作用。管道設(shè)計(jì)人員應(yīng)該要善于對(duì)以往成功的項(xiàng)目進(jìn)行總結(jié)，將好的經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用到未來新的項(xiàng)目中。

參考文獻(xiàn)

[1]GB 50030-2013，氧氣站設(shè)計(jì)規(guī)范.

[2]GB 50160-2008，石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范.

[3]HG/T 20673-2005， 壓縮機(jī)廠房建筑設(shè)計(jì)規(guī)定.