浅谈空分装置中压缩机管道布置

浅谈空分装置中压缩机管道布置

戴超

（空气产品（山东）工程设计有限公司南京分公司，江苏南京 210000）

摘要：本文主要以透平压缩机组高压蒸汽配管，润滑油配管等探讨了压缩机管道布置的重点内容。

关键词：空分；压缩机；高压蒸汽管道

1.概述

最近十几年，随着我国社会经济的发展，2015年约1,000亿元；2019年约1,477亿元，2022年有望进一步提升至1600亿元。近年来，我国经济保持着良好发展势头，工业气体的需求量逐年增长。节能减排，碳达峰，碳中和等日益受到国家及社会的高度重视，钢铁行业，机械制造，化工等行业生产工艺技术的改进和升级，都会增加对空分气体的需求量。近两年，由于我国遇到的“卡脖子”问题严重，特别是在电子和半导体行业，在国家产业政策的支持下，这些产业快速发展，对工业气体或者高纯气体需要量快速增加。对于空分装置来说，压缩机组起着至关重要的作用,也是较复杂的单机设备。由于空分装置的规模在大型化，因此管道也在大型化，例如超高压蒸汽管道，管径大，材质是合金钢，壁厚厚，配管是否合理就显得尤其重要。本文主要以自己做过的空分项目为例，对空分项目中压缩机配管做了详细论述。

2.管道布置

管道布置应整齐有序，横平竖直，成组成排，便于支撑。并应做到“步步高”或“步步低”，以减少“气袋”或“液袋”[1] 。管道的一般要求，润滑油配管，换热器配管，泵的配管等在此不做累述。

2.1 高压蒸汽管道配管要求

蒸汽管道布置的一般要求：蒸汽支管应从蒸汽主管的顶部接出，当工艺要求支管上设置切断阀时，切断阀应布置在靠近主管的水平管段 (同时考虑操作便利)，支管不得从用气有严格要求的蒸汽管道上接出，支管不应从位移量大的地方接出，蒸汽主管进入装置界区的切断阀上游和主管末端应有排液设施，蒸汽管道的低点宜设排液设施[2]。排液设施应根据不同情况设放净阀、分液包或者疏水器。另外，管廊上蒸汽管道上高点排气，可以考虑一段短接后焊管帽的做法，不使用放空阀，好处是减少泄漏点，费用低。

由于蒸汽透平压缩机属于高转速机器，厂家对管口受力要求又严格，因此高压蒸汽管道设计首先要满足设备进出口管嘴所允许得受力值。蒸汽轮机进汽，排汽管嘴一般都是向下的，因此，在进出口管道上靠近管嘴的地方都应设置弹簧支架。管道具体走向和弹簧支架等应由应力专业工程师进行专业计算后确定。并根据返回的应力报告，对管道进行修改。根据蒸汽透平压缩机厂家的要求，在靠近管嘴附近应按装温度计，离管嘴越近越好。在进口管嘴的连接管道上，要求在2米范围内有一个放空口。靠近进口的水平管道要有大于1/100坡度，并坡向集液包.因为高压蒸汽管道开车前需要进行管道吹扫，因此需要在靠近设备管嘴的地方加一对拆卸法兰，以便在试运行前安装临时吹扫管线。笔者所做空分项目所有的高压蒸汽管线其设计温度高达540℃，根据《火力发电厂高温高压蒸汽管道蠕变监督规程》，应设计蠕变测量装置，蠕变监测装置安装位置和数量等要求按照相关标准做。由于高压蒸汽管道水平推力较大，对管托要求比较高，通常情况下，有两种做法：一种是买成品隔热管托，此方案需要提供每个管托的受力值，管径，保温厚度的表格给厂家。第二种是管托现场制作，一般需要设备专业进行专业计算后，根据其提供的报告，来设计管托，通常情况下管托长度要选450长，钢板厚度都是加厚等。高压蒸汽管道由于温度高，所以所用的阀门阀杆会很长，在设计时要考虑其操作，通常需要设操作平台。当高压蒸汽管道上的阀组布置在厂房里时，由于厂房大小的限制，一般阀组是紧靠厂房柱子放置。由于阀组处管道的荷载及推力都很大，而管墩会落在厂房钢结构柱子的承台上，会对承台大小和桩的布置有影响，因此在提结构一次条件时，

要将相关的管道管墩提给结构专业。详见图1。

图1结构一次条件图（局部）

由于散热损失，蒸汽管道内会产生凝结水，若不及时排除，在管道改变走向处可能产生水击，造成震动、噪声甚至管道破裂。在蒸汽透平设备入口处，应有疏水设施，以防启动时凝结水进入设备，造成叶片等的损坏[3]。因此，蒸汽管道需要增加疏水。在配管过程中，需要增加一些凝结水分液包，关于分液包的具体做法和分液包尺寸见《石油化工管道安装设计便查手册（第三版）》.

根据开车前高压蒸汽暖管的需要，一般会配置两根放空管道，并接到放空消音器。这两根管道从主管接出的位置，一个是在蒸汽阀组第一个阀门前，另外一个是在靠近压缩机蒸汽入口管嘴附近。管道应经过应力分析，放空消音器的位置应使消音器放空口位置超过屋檐至少1米。

高压蒸汽管道在机器入口处的支架都是弹簧架，做设计时特别需要在3D模型里模拟弹簧，特别是恒力弹簧，需要较大的安装空间。由于高压蒸汽管道位移量较大，一般对弹簧的安装高度也有要求（弹簧摆角不能过大），管道布置时要预留足够的高度空间。高压蒸汽管道有些部分位移量会很大，管架布置时需要考虑预偏移安装，特别是管廊上。考虑对压缩机设备的保护，管口与管道安装时，厂家通常会要求管口无应力安装，根据这一要求，在进口立管上需要设置弹簧支架，详见图2。此弹簧架一般会安装在透平压缩机下方预留一个方孔范围内，由于透平压缩机进气管道，排气管道及其他厂家自带的管道，这个方孔内空间十分拥挤，厂家也有要求方孔内不得占用。因此设置架子位置时要谨慎。

图2 特殊管件详图

2.2 压缩机空气管道配管要求

压缩机进出口管道的布置在满足热补偿和管嘴受力要求的条件下，应尽量减少弯头数量以减少压降[4]。如果不能满足管嘴受力要求，应改变管道的布置或者采用其他措施，如使用弹簧架，膨胀节等。一般情况下，离心式压缩机进口管道会有3到5倍D的直管段要求。由于离心式压缩机产生的吸力有限，主压缩机进口管道一般要求短而值。压缩机进出口管道的布置，不应妨碍设备检修，阀门操作等的要求。根据个人做过的空分项目，一般主压缩机出口管道和增压机进出管道有容积要求，在配管时，一定要注意，如果不能满足厂家对体积的要求，要把轴测图反馈给厂家计算，直到满足厂家要求。主压缩机出口管道一般管径很大，管道支架选用非常重要，第一个支架要尽量靠近管嘴（多数为弹簧架），由于管道震动，管道出口附近的几个支架都要考虑选用有减震作用的支架。另外由于管道有震动，主压缩机出口管道不应生根在压缩机厂房的柱子上，应在地面上做独立基础做支架，避免引起共振。

3.结束语

随着我国提出争取2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和，势必会引起国内化工行业的洗牌，工艺落后，能耗不达标的工厂势必被淘汰。这就要求企业淘汰落后工艺，优化或新建使用先进工艺路线的装置，优化装置的能耗，增加环保装置，以实现安全环保绿色低碳的目标，这些变革都会增加工业氧气的需求量。此外随着社会进步和人们生活水平的提高，医用氧气也在增加，再加上新兴行业的需求，如近几年我国在大力发展的半导体行业，特别是高端芯片行业。空分行业前景将非常光明。

参考文献

[1] SH 3012-2011 石油化工金属管道布置设计规范.

[2]张发有. 石油化工工艺装置蒸汽管道配管设计研究[J]. 石油化工设备技术, 2010, 31(003):9-11.

[3]仪斌娟, 赵瑞江. 谈蒸汽凝结水系统的设计[J]. 工程建设与设计, 2012.

[4]梁振. 空分装置中离心式压缩机的布置和配管[J]. 辽宁化工, 2013(03):238-240.

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