【壓縮機網】低溫管道作為空分設備冷箱內z*復雜的部件之一，是保證空分設備穩定、安全運行的重點。近幾年通過不斷開發新技術，結合認證、總結使空分設備有了更高效、安全的保障，對設計所包含的各項關鍵點有了更深的理解。

 

　　空分設備冷箱內管道設計復雜、煩鎖，每一條管線都有它的工藝要求。設計時需滿足正常運行時的氣液穩定，并對制造、安裝、運行、停車、檢修等各方面進行綜合評估，檢查在各個階段是否存在風險和危害。設計的每一套空分設備都要達到安全、高效是設計人員需要全面考慮的任務。

 

　　一套空分設備有冷箱內管道150 條左右，其中的大部分管道已經通過驗證、計算，結合歷年的設計經驗，形成了比較完整、細致的設計規范，如: 管架的定位、氣液封的高度、補償的要求、儀表管的引出和保溫、管道布置和安裝方式以及材料安裝余量的科學統計等等。

 

　　新技術運用

 

　　一套空分設備中板翅式換熱器冷/熱端配管可做為一個模塊，在這方面的設計方式已經規范化。板翅式換熱器熱端管道直接穿出板式冷箱頂板，匯集管布置在冷箱外，熱端與冷端相對氣流走向為同進同出的U 形匯集形式布置。這樣的管道布置形式比較簡潔，方便安裝及檢查。

 

　　在大型空分設備中氧、氮精餾塔與板翅式換熱器間的縱向距離，隨著空分設備規模等級的擴大相應增大，該處的管道補償在設計上主要通過較小口徑的支管實現，冷端主要考慮補償。板翅式換熱器與液空液氮過冷器相連接的管道為一套空分設備當中口徑z*大的管道，通過調整液空液氮過冷器與主塔位置可有效降低應力值，實現比較安全的管道設計模式。未來模塊化設計是空分設計的必然方向。

 

　　近年來，空分設備逐漸大型化，同時也有些設備配置了氪氙、氖氦氣體提取塔，以近期設計的某套60000m?/h 空分設備為例，在冷箱中涉及7 個以上容器和眾多閥門的合理布置問題。

 

　　如果以平面的模式，由三視圖方式很難將z*佳的布置形式設計出來。面對這個總體布置的問題，管道的設計必須提前，參與前期的總體布置，根據圖紙進行初期布置，將冷箱鋼結構、相關主要容器、閥門進行前期模擬，根據整個系統要求統籌安排，既滿足工藝需求，也要滿足管線的設計要求。這樣能減少冷箱內管道的總長度，降低阻力，為日后空分設備的長期運行、降低管道系統總能量損失創造條件。

 

　　因此，設計人員在進行整體容器相對位置調配時，將大部分能同步收縮的管線都沿塔器布置，使設置在塔器貼板上的支架與管線的相對位移降至z*小，以此釋放管系應力。

 

　　在長時間的摸索中得出上塔、下塔與液空液氮過冷器的關聯度較高，所以液空液氮過冷器必須與上塔、下塔緊密布置，盡量避免距離過大。由于粗氬Ⅰ塔、粗氬Ⅱ塔與上塔關聯，相關閥門應盡量布置在管線的起點到終點之間自然經過的部位，并合理排布。

 

　　在多套大型空分設備的設計和對比中發現，特大型空分設備外置主冷所使用的管道材料，比立式主冷要多消耗10t左右。

 

　　同時，從管道的安全性上來分析，由于主冷固定在冷箱中上部，連接上塔的氧氣管道和連接下塔的氮氣管道應力都較大，甚至超過許用應力，多消耗的材料大部分使用在大口徑氧氣管和大口徑氮氣管，這種情況下焊縫、管件受力都很大，風險較高，如果采用立式主冷則能很好地解決該問題。

 

　　在空分設備大型化的道路上選用臥式主冷還是立式主冷，需要從管道、運輸、制造、安裝等多方面考慮。

 

　　如何處理好大直徑管道補償問題？

 

　　它將是空分設備大型化的障礙，

 

　　大型空分設備的壓力管道設計必須引起足夠重視。

 

　　同步收縮式管路設計

 

　　隨著空分設備的大型化發展，冷箱內壓力管道的直徑已經達到1300mm 以上，這樣的直徑已與早年生產的中型空分設備上塔直徑相當。當大直徑管道參與補償時，焊縫的受力應用設計手段使其盡量小，以避免風險，如果處理不好大直徑管道補償問題，那它將是空分設備大型化的障礙。

 

　　按相同溫度下同一種金屬材料的線膨脹系數一致或接近的特性，管道與塔器布置成平行形式，并在塔器上設置支吊架，稱之為同步收縮式管路布置。

 

　　一套30000m3/h 等級空分設備，在工藝流程一樣的情況下，沿塔器布置管道相比沿冷箱壁布置管道大約要節約鋁材10-20%，對應降低管道系統阻力15% 左右，同時也節約了與之對應的管架。

 

　　管道布置簡潔就減少了安裝工作量，減少安裝工作量的同時又減少了焊縫，減少焊縫就有效地消除了很多隱患。帶來的好處是使整套空分設備阻力更小、更簡潔、更易于安裝檢查、更安全。同步收縮式管路設計方式，對空分設備的管道系統大有益處。

 

　　同步收縮式管路設計主要考慮塔器溫度與管道溫度在同一時間點溫差不能過大，不然在管系補償已大量減少的情況下，材料自身所反映的熱脹冷縮應力是巨大的，設計人員需要計算分析后判斷。

 

　　整個實現的過程是: s*先膨脹機開啟后氣源的溫度下降較緩慢，國內空分行業內一般規定每小時不超過10K，這樣膨脹空氣進上塔，然后通過上塔經由污氮管、氮氣管、氧氣管去板翅式換熱器，流速大約6m/s。

 

　　這部分冷氣體介質又在板式內與正流空氣換熱，空氣通過換熱將冷源帶至下塔。同時膨脹后的溫降速度還取決于主換熱器的中抽、底抽溫度，主換熱器的中抽、底抽溫度又直接來源于上塔的冷卻溫度。這樣環環相扣z*終完成整個同步冷卻收縮的過程。反之，對空分設備排液、加溫也應如此控制溫度的回升，切忌溫度回升太快，造成管道損壞。

 

　　這樣設計的管道簡潔，也高效，但設計人員需嚴格區分不同類型的管道，凡是不參與同步收縮的管線，如不在同一個系統( 如氧、氮分離系統與制氬系統) 的管線不能跨塔布置，避免當制氬系統初期未投運時，溫度不同步造成收縮不同步從而導致應力過大，發生事故。

 

　　連接有液體節流閥的管線，如液空、液氮、液氬等，由于閥門是固定在冷箱壁上的結構，在塔器、管系整體向下收縮時起到了閥前閥后管路隔斷的作用，現有的設計已應用CAESARⅡ應力分析軟件計算，設計、安裝時將閥門向運行時位移的相反方向移動，在具體開車時使閥門隨管道向下收縮并剛好處在閥筒中心，即浮動閥門設計( 如圖1 所示) ，把閥門與管系視作一個活動的整體，可有效降低整個管系的應力，提高空分設備的安全性，減少管道的補償結構，減小管線的阻力。

 

圖1 活動閥門示意圖

 

　　在空分設備現場開車時，開車調試人員也需特別注意通過閥門控制讓氣體能帶著冷源到每一根管線，這對空分設備調試時的開/停車過程也提出了新的技術要求。

 

　　同步收縮式管路布置形式結合浮動閥門設計已使管道設計水平有了一個很大的提升，有效地提高了空分設備冷箱內管道的安全性，降低了管道的沿程阻力，并使設計人員的工作效率、質量都有了明顯的改善。

 

　　結束

 

　　空分設備管道設計技術不斷發展，需要設計人員不斷去總結、創新，并形成規范。

 

　　對于不能適應先進生產力需要的，要結合市場去調整、優化。

 

　　在提高產品質量的同時，也要注重空分設備運行能耗的問題。科學地安排工作可以有效提高設計人員的積極性，避免不必要的重復工作和錯誤的發生。

 

　　國內空分行業經過多年的發展已有一套自已的設計模式，但可以借鑒其他先進公司的產品設計流程和方式，辯證思考，取其精華并結合國情合理利用。

 

　　在空分設備不斷大型化的趨勢下，隨著技術的進步，冷箱內管道的設計必將越來越簡潔、高效、安全，需要設計人員大膽地去改進、創新，注重質量，同時注重安全意識，保證冷箱內這個隱蔽工程安全、可靠，從而保證空分設備的安全可靠運行。