淺析空分裝置空壓機(jī)出口管布置要點(diǎn)及應(yīng)力

于浩松

連云港石化有限公司 江蘇 連云港 222000

引言

在空分裝置中，原料空氣經(jīng)空氣過濾器后能有效去除過多的灰塵與機(jī)械性雜質(zhì)，然后進(jìn)入空壓機(jī)中進(jìn)行壓縮，再到冷卻塔中進(jìn)行預(yù)冷。空氣通過全面壓縮后，溫度會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化，要控制空壓機(jī)管道操作溫度，使其保持在95℃至105℃，操作壓力數(shù)值控制在0.45MPa（G）至 0.54MPa（G）。隨著空分裝置應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，空壓機(jī)排氣管管徑也在進(jìn)一步擴(kuò)大，如管道布置不合理，熱位移得不到有效補(bǔ)償，就會(huì)對(duì)冷卻塔連接處管口以及空壓機(jī)產(chǎn)生較大的推力，從而導(dǎo)致設(shè)備發(fā)生不同程度的損壞?？諌簷C(jī)排氣管連接壓縮機(jī)和空冷塔，相關(guān)人員通過分析管道參數(shù)，運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行精確的應(yīng)力計(jì)算，得出在管口推力與力矩控制過程中，可以應(yīng)用限位架分割熱位移和補(bǔ)償波紋管來控制。

一、管道概況

某空分裝置應(yīng)用的是3MSGXL型空壓機(jī)，壓縮空氣出口位置朝上，其中公稱直徑為DN600，帶短拉桿波紋管，各項(xiàng)數(shù)據(jù)如表1所示。對(duì)空冷塔氣體進(jìn)入口位置進(jìn)行判定，管口不能產(chǎn)生初始性位移，其中承受合力不能超出25000N。再對(duì)滑動(dòng)支架、空板流量計(jì)等進(jìn)行設(shè)計(jì)[1]。

表1 短拉桿波紋管數(shù)據(jù)表

二、管道應(yīng)力分析

1.初始分析

通過實(shí)踐證明，管道溫度壓力相關(guān)數(shù)值不是很高，其中正常情況下管道一次應(yīng)力與二次應(yīng)力都在許用值規(guī)定的范圍內(nèi)。此管道判定的重點(diǎn)是對(duì)管道口實(shí)際許用荷載進(jìn)行校核。在節(jié)點(diǎn)位移值變化影響下，將相關(guān)數(shù)據(jù)相減之后能夠獲取實(shí)際超出位移量以及波紋管橫向變形數(shù)值。得出的超出波紋管設(shè)計(jì)補(bǔ)償量產(chǎn)生的熱位移各項(xiàng)結(jié)果將會(huì)導(dǎo)致超負(fù)荷發(fā)生變形，對(duì)管道基本應(yīng)用質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生不同程度影響[2]。

上述問題是由于管道熱膨脹發(fā)生所致。管道接口熱位移包括X、Y、Z方向，其中Z向熱位移不能得到有效補(bǔ)償，能夠得出空壓機(jī)排氣管Z向熱伸長量，得出相應(yīng)公式△L=Lα（t2-t1）。其中△L是管道熱伸長量，L是計(jì)算管長，t2是管道設(shè)計(jì)溫度（℃），t1是管道安裝溫度（℃），t1取20℃。α是管道線性膨脹系數(shù)[cm/（m·℃）]，此例取11.16×10-4cm/（m·℃）。計(jì)算各項(xiàng)數(shù)據(jù)，將各項(xiàng)數(shù)據(jù)帶入能夠得出△L=22.3mm。

為了對(duì)熱位移進(jìn)行吸收，可以對(duì)直管段長度進(jìn)行適度補(bǔ)充。然后通過應(yīng)用軟件模擬計(jì)算出空壓機(jī)力矩和出口處推力，此方法應(yīng)用價(jià)值較高，但是不能對(duì)管口與管道基本荷載與負(fù)荷進(jìn)行控制，主要原因是由于氣體管道基本剛度值與管徑較大。如果管徑較大，管道補(bǔ)償能力將會(huì)降低，所以在空分裝置中，通過自然補(bǔ)償提升管道柔性具有一定難度[3]。

2.設(shè)置限位架分割熱位移

當(dāng)前要對(duì)管道基本應(yīng)用特點(diǎn)進(jìn)行分析，在分析管道基本布置狀態(tài)基礎(chǔ)上，通過限位支架對(duì)熱位移進(jìn)行分割，這樣能將管道熱位移分為不同段，其中波紋管主要是吸收節(jié)點(diǎn)之前的熱位移，要注意此類方法能對(duì)限位架進(jìn)行調(diào)節(jié)，促使不同節(jié)點(diǎn)段熱脹量能均勻分布，使得限制架兩端具有較高的柔性，保障空壓機(jī)以及空冷塔能夠適應(yīng)實(shí)際要求。要對(duì)CAESARⅡ限位架間隙值進(jìn)行多次轉(zhuǎn)變與試算。

3.應(yīng)用大補(bǔ)償量補(bǔ)償器

當(dāng)前除了要設(shè)置限位架之外，還需要應(yīng)用補(bǔ)償力較高的補(bǔ)償器對(duì)Z向基本位移進(jìn)行有效吸收，比如長拉桿波紋管以及復(fù)式鉸鏈波紋管，能替換原空壓機(jī)自帶的短拉桿波紋管。圖1為帶復(fù)式鉸鏈?zhǔn)讲y管的管道應(yīng)力計(jì)算模型圖。

圖1 帶復(fù)式鉸鏈?zhǔn)讲y管的管道應(yīng)力計(jì)算模型圖

復(fù)式鉸鏈?zhǔn)讲y管橫向補(bǔ)償量與管道Z向熱膨脹量能被波紋管有效吸收。復(fù)式鉸鏈?zhǔn)讲y管在實(shí)際應(yīng)用中要注意相應(yīng)問題，其軸向沒有補(bǔ)償能力，將滑動(dòng)支架作為彈簧支架，保障空壓機(jī)管口能承擔(dān)相應(yīng)的重力荷載。但是如果管道直徑較大，要想全面提升管道支撐性能以及應(yīng)用穩(wěn)定性，相關(guān)技術(shù)人員可以結(jié)合實(shí)際應(yīng)用要求在管道支架位置添加相應(yīng)彈簧，促使空壓器出口荷載能得到有效控制。

三、結(jié)語

隨著空分裝置應(yīng)用規(guī)模的逐步擴(kuò)大，空壓機(jī)排氣管道直徑也在擴(kuò)大。針對(duì)大直徑鋼管，可以通過自然補(bǔ)償來提升應(yīng)用效果。在實(shí)際應(yīng)用中選取限位架與補(bǔ)償器對(duì)運(yùn)行狀態(tài)下的管口荷載與設(shè)備允許荷載進(jìn)行控制。通過補(bǔ)償量較大的補(bǔ)償器能夠?qū)艿罒崤蛎涍M(jìn)行有效吸收，降低管口荷載。※