大型空分裝置后備系統工程設計的論文

　　摘要：大型空分裝置后備系統常配套大型低溫貯槽和低溫后備泵，其接口管道減少冷量損失，防止低溫液體汽化后對泵產(chǎn)生氣蝕是工程設計的重點(diǎn)，本文對該系統工程設計及管道的布置提出了優(yōu)化方案。

　　關(guān)鍵詞：大型空分；后備系統；工程設計優(yōu)化

　　1后備系統低溫管道常規設計概述

　　隨著(zhù)國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，空分裝置的建設規模越來(lái)越大，特別是目前煤化工裝置配套的空分裝置，這些裝置一般都要求空分裝置在事故狀態(tài)下其后備系統能連續穩定的提供氣體。所以該類(lèi)空分裝置后備系統的液體貯槽和后備低溫泵也配備的越來(lái)越大，貯存在貯槽中的低溫液體產(chǎn)品通過(guò)貯槽下部的送液管經(jīng)低溫后備泵加壓汽化后送至后續化工裝置，其流程圖見(jiàn)圖1。低溫液體貯槽的送液管道常規設計為不銹鋼管道由貯槽內槽底部穿出內槽，在外槽外壁開(kāi)孔后水平送出，貯槽外露部分送液管道用焊接有膨脹節的不銹鋼保冷套筒內部充填珠光砂保冷，圖2為液體貯槽常規的外接管道形式（管道未保冷）。通常貯槽供貨商與用戶(hù)的設計供貨分工界限為貯槽外送液體管道上的送出截止閥，外露的低溫液體管道通常用泡沫玻璃或聚異氰尿酸脂（PIR）等耐低溫的絕熱材料進(jìn)行保冷后接至后備低溫泵，圖3為液體貯槽外接管道保冷后與低溫后備泵的常規連接形式，貯槽至低溫泵間閥門(mén)的保冷隨管道同時(shí)進(jìn)行。

　　2大型低溫液體貯槽送液管道常規設計的問(wèn)題和不足

　　大型特大型煤化工空分裝置往往設置大型低溫液體貯槽，一般容積都在1000m3以上，2000m3、3000m3已不鮮見(jiàn)，低溫液體貯槽的送液總管的直徑往往都在DN150以上，國內某項目60000等級的空分項目配套的1500m3液氧貯槽的外送液氧總管直徑為DN200，新疆某煤制油項目100000等級的空分項目配套的兩臺2500m3液氮貯槽的外送液氮管也是DN200，并且全部都設置為雙路送出，充分考慮了供液系統的安全性。如此大規格的低溫液體管道若采用常規布置設計和保冷，即出貯槽后的低溫管道到后備泵全部采用泡沫玻璃保冷，由于其密度為180kg/m3，施工后管道附加荷載大，且泡沫玻璃的導熱系數為0.06W.m-1.C-1，為珠光砂的兩倍，其保冷受現場(chǎng)施工質(zhì)量的影響，并且管道上的閥門(mén)及儀表和排液管線(xiàn)接口在保冷施工中如處理不好，其保冷材料對接的縫隙部位往往會(huì )成為薄弱環(huán)節，在設備實(shí)際運行過(guò)程中經(jīng)常會(huì )產(chǎn)生跑冷現象(有些用戶(hù)現場(chǎng)用PU硬質(zhì)聚氨酯泡沫發(fā)泡保冷，雖然聚氨酯泡沫導熱系數低，通�！�0.027W.m-1.C-1，但由于長(cháng)期在低溫場(chǎng)合下使用宜冷脆，現場(chǎng)發(fā)泡的施工工藝受北方冬季寒冷氣溫的影響較大，并且石油化工設備和管道隔熱技術(shù)規范(SH/T3010-2013)明確規定其使用溫度為-65℃-80℃，所以該工況應避免使用。如果工程布置中后備泵距離貯槽較遠，其中間管道的跑冷損失更大，嚴重時(shí)會(huì )導致后備泵汽蝕，所以用戶(hù)往往要求貯槽至后備泵的低溫管道采用真空管道，但真空管道價(jià)格高，使用若干年后還會(huì )存在真空度下降，導致用戶(hù)現場(chǎng)重新保冷。

　　3大型低溫液體貯槽外部管道的優(yōu)化設計思路

　　為了避免上述問(wèn)題，設計時(shí)應將貯槽外的低溫管道與后備泵的保冷整體考慮，工程設計時(shí)應將上述管道、閥門(mén)等都設計在后備泵的保冷結構內，即低溫貯槽外部需保冷的低溫工藝管道和后備泵整體設計在一個(gè)小冷箱內，則上述管道和低溫泵的保冷可整體采用珠光砂，其后備系統冷量損失可減小到最低程度，此設計特別適用于后備低溫泵兼作空分冷箱備用泵的大型煤化工空分裝置。

　　4后備系統保冷工程設計優(yōu)化實(shí)施案例

　　我公司在內蒙某煤化工項目工程設計中將后備低溫泵的工藝管道與貯槽送液管道整體設計在一個(gè)保冷箱內，管道既整體美觀(guān)，冷量損失又小，此外泵后的回液和回氣管道也可利用冷箱內空間布置。此項目液氮、液氧貯槽均為500m3，內筒直徑φ8000mm，外筒直徑φ10300mm，為了預留出泵與貯槽間管道的安裝空間，貯槽基礎凈空設計為2.5米，基礎頂標高3.15米。低溫后備泵的流量為52000m3/h，泵進(jìn)液管道口徑為DN150，泵后液體回流管道口徑為DN100，回氣管道口徑為DN40。此外，設計時(shí)在泵前進(jìn)液水平管段上設置了DN15的虹吸管線(xiàn)，此管線(xiàn)可利用管道中液體與氣體的密度差將汽化后的氣體虹吸至內槽氣相，使泵前液體處于動(dòng)態(tài)，便于泵體更快地冷卻，除后備泵進(jìn)液管道是向泵入口上坡外，其余管道水平方向上均有向貯槽上坡的布管設計要求，且泵后回氣管路的坡度最佳為45°。上述幾個(gè)管道在貯槽內槽上的開(kāi)孔部位不同，但其出貯槽的位置均設計在泡沫玻璃磚絕熱層外緣與外槽內壁之間的基礎部位（此空間長(cháng)度有840mm），管道在此夾層利用自身走向的改變增加柔性，來(lái)減小管道的二次應力，可取消貯槽原有設計中管道上的膨脹節。管道需下穿貯槽基礎至后備泵冷箱，管道下穿時(shí)需設計在保冷套筒內，此設計方案需土建專(zhuān)業(yè)配合基礎開(kāi)孔設計。貯槽基礎設計時(shí)其開(kāi)孔頂面需預埋鋼板來(lái)焊接固定保冷套筒，并起到封閉保冷套筒與基礎之間縫隙的作用，套筒頂面稍高出基礎上的細砂混凝土層，并注意施工時(shí)防止細砂混凝土等雜物落入套筒內部，影響套筒保冷效果，保冷套筒設計為腰形,截面尺寸長(cháng)度為1550mm，圓弧半徑為R550mm，高度為1350mm，保冷套筒考慮安全因素宜全部采用不銹鋼材料，筒底板采用不銹鋼板與上穿工藝管道焊接后將筒體封閉，與貯槽同時(shí)充填低密度、低導熱系數的干燥珠光砂，與貯槽外筒構成一個(gè)整體保冷結構，套筒下面的工藝管道及后備泵單獨制作保冷箱并充填珠光砂保冷，圖4為該項目中的貯槽基礎開(kāi)孔方位和尺寸，結構梁的設計應避開(kāi)開(kāi)孔位置。需要特別注意的是此設計方案要求管道布置專(zhuān)業(yè)與土建專(zhuān)業(yè)密切配合，開(kāi)孔方位及尺寸條件要做到準確無(wú)誤，土建施工圖經(jīng)管道布置專(zhuān)業(yè)確認無(wú)誤后方可現場(chǎng)施工。

　　5空分裝置后備系統工程設計的發(fā)展方向

　　空分裝置后備系統在工程設計中應貫穿模塊化的系統設計思路，可利用三維工廠(chǎng)設計軟件將該系統作為整體模塊設計，后備泵、保冷箱及管道儀表可以在工廠(chǎng)內預制安裝好整體撬裝發(fā)貨，既保證項目的實(shí)施質(zhì)量，又加快現場(chǎng)的安裝進(jìn)度。并且此方案具有可擴展性，當一臺低溫貯槽對應多臺壓力等級的后備泵時(shí)，可在貯槽的不同角度設計多個(gè)保冷套筒和低溫泵冷箱，或者根據實(shí)際管道布置情況將多臺泵的小冷箱合并。如果現場(chǎng)占地面積緊張，貯槽基礎凈空允許時(shí)還可以將泵冷箱反向布置在貯槽基礎下面，此方案設計時(shí)需考慮低溫泵的吊裝空間。

　　作者:王偉 裴紅珍 單位:開(kāi)封空分集團設計研究院

【大型空分裝置后備系統工程設計的論文】相關(guān)文章：

物資管理系統論文08-06

庫存管理系統論文07-24

控制系統論文12-07

系統類(lèi)畢業(yè)論文03-10

企業(yè)工資管理系統的論文09-27

信息管理系統論文09-18

決策支持系統論文08-06

智能樓宇監控系統論文01-02

教育系統后備干部培訓心得體會(huì )04-28

裝置調研報告08-06