合成氨裝置壓縮機布置及配管研究

毛 苗，趙慧靈

(中國五環(huán)工程有限公司，湖北 武漢 430223)

本合成氨裝置聯(lián)合壓縮廠房為甲類廠房，共布置了4臺汽輪機驅動的大型離心式壓縮機，由北向南依次為氨壓縮機、合成氣壓縮機、空氣壓縮機和CO2壓縮機。其中，氨壓縮機為背壓式的，其他三臺為凝氣式的(皆采用水冷)。附屬設備包括氣液分離器、各級段間冷卻器、表冷器、凝結水泵、潤滑油站、高位油箱及檢修吊車。

在項目初期，僅收到壓縮機廠家的參考資料。而壓縮廠房在總體平面布局中涉及面廣，影響因素多，為了敲定壓縮廠房的設備布置，考慮了多種方案，并在CAD中二維繪圖及在PDMS中三維建模。經(jīng)過多次對比分析和商討，綜合考慮合成氨裝置布局和占地條件，從中選出了最優(yōu)布置方案。收到正式的廠家資料后，相應的局部修改，但并不影響大局。

1 壓縮廠房的平面布置

1.1 壓縮廠房與管廊的相對關系

聯(lián)合壓縮廠房占地60×24m(整個壓縮工序占地77×48m，沿著裝置主管廊布置，如圖1所示，以便于進出廠房的管道與主管廊交接。

1.2 壓縮機與廠房的相對關系

本項目壓縮機相對于廠房采用橫向并列布置，滿足占地條件和裝置布置要求，詳見圖1壓縮廠房的設備布置圖。

在多種布置方案對比時，曾嘗試壓縮機相對于廠房縱向布置，這樣布置的優(yōu)點：

(1)空氣壓縮機與其入口過濾器之間的大口徑管道便于進出廠房，并且該管道盡可能的短；

(2)三臺表冷器皆對著廠房外，便于安裝和檢修；

(3)廠房布置緊湊，二樓平臺上不會顯得空；

(4)吊車跨距較小。

然而這樣布置，廠房為細長型，廠房長度不滿足所提供的占地條件。

根據(jù)最終設備布置，需考慮中間兩臺壓縮機表冷器的安裝，施工建議如下：

(1)表冷器的基礎不能預埋地腳螺栓；

(2)表冷器上方排汽管的膨脹節(jié)上部留有足夠的可調整段，以便于現(xiàn)場安裝處理；

(3)廠房內吊裝孔處的4根平臺柱，其對角線的間距最好大于表冷器的長度，以便于表冷器安裝時轉向；無法滿足對角線的間距要求的時候，先安裝表冷器，后安裝這4根平臺柱。

圖1 壓縮廠房的設備布置圖

1.3 附屬設備的布置

除了真空設備之外，所有附屬設備均布置在室外，以便于安裝檢修。其中，潤滑油站室外布置存在兩點問題：(1)雨水易通過油箱的排氣口進入到油箱，從而引起油品乳化，影響潤滑效果；(2)油站附近的漏油有可能被雨水沖得遍地都是油污，不利于日常維護和工廠美觀。對應的解決方案如下：(1)為潤滑油站設置了雨棚；(2)在油站附近設置了排污地漏，將含油污水引入地漏。

氣液分離器和段間冷卻器應滿足位差、抽芯檢修和其管道布置的要求。段間冷卻器出口至氣液分離器的管線宜滿足無袋形要求，冷卻器和分離器之間的管道坡向分離罐。因而段間冷卻器宜布置在平臺上。

2 壓縮廠房的結構形式

根據(jù)項目現(xiàn)場的氣候條件和業(yè)主的要求，壓縮廠房為半敞開式的：一樓全部敞開，二樓樓面2.5m以上設圍護結構，以防止危險氣體積聚。廠房頂部設置風帽，以排出積聚在壓縮機廠房上部的危險氣體[1]。

壓縮廠房采用鋼排架結構形式的，皆為6m一跨，南北向10跨，共60m；東西向4跨，共24m。廠房采用的是衍架結構，由四周的排架柱合圍成的建筑物。在廠房內設置平臺柱，來支撐二樓平臺。內部的平臺柱可以偏離軸線，與四周的排架柱不在一條直線上，因此廠房內的設備布局可以不受衍架跨距的影響。

3 二樓平臺的標高

二樓平臺的標高需考慮以下因素：(1)壓縮機入口管道的無袋型要求(該管道坡向入口分離罐)；(2)表冷器的外形尺寸及冷凝液泵的吸入壓頭的影響；(3)進、出口管道與地面、壓縮機混凝土頂板的凈空要求[2]。

3.1 CO2壓縮機一段分離器的設備高度對于二樓平臺標高的影響

所需高度為250+7120+108+1219+470+1300+500=10948mm，向上圓整為EL11.000。

其中，250mm為設備距地面高度(設備基礎標高為EL0.250)；7120mm為裙座到頂部管口高度(業(yè)主不同意將分離器改為臥式的，制造商反饋已無法修改入口分離罐的外形尺寸)；108mm為分離器管口的配對法蘭厚度；1219mm為彎頭的尺寸(壓縮機入口管道管徑為DN800，由入口分離罐頂部管口接出)；470mm為法蘭外徑的二分之一(在靠近入口的水平管段上安裝了法蘭連接形式的過濾器)；1300mm為壓縮機混凝土基礎頂板厚度；500mm為入口管道與混凝土頂板的間距。

3.2 冷凝液泵與表冷器對于二樓平臺標高的影響

廠房中所有冷凝液泵皆選用液下泵，其吸入壓頭對于二樓平臺的標高影響不大。

表冷器的外形尺寸較大，三臺表冷器的規(guī)格皆為φ3200X11800。冷凝液管線(由表冷器熱井的底部管口引出)應坡向冷凝液泵，因而表冷器的支撐標高設置為EL2.600。則表冷器最高點距地面高度為EL6.050。由于表冷器較長，并保證一端抽芯，另一端的端蓋無障礙啟閉，三臺凝氣式機組的管道只能布置在表冷器的上方，即管道標高均在EL6.050以上。經(jīng)配管研究，二樓平臺的標高EL11.000能滿足要求。

4 吊車的軌頂標高

此廠房的吊裝孔設置在廠房的中間，吊裝孔南北兩側各布置兩臺壓縮機，因此吊車的軌頂標高需考慮單個機組最大檢修起吊高度和跨越其他機組起吊高度的兩種情況。廠房中，空氣壓縮機的外形尺寸和最大件檢修尺寸最大。根據(jù)空氣壓縮機的最大檢修起吊高度和CO2壓縮機跨越空氣壓縮機的起吊高度來確定吊車的軌頂標高，詳見圖2和圖3，其中豎直方向的數(shù)據(jù)累加，并考慮一定余量，得出吊車軌頂?shù)臉烁摺?/p>

空氣壓縮機的最大檢修起吊高度為11000+2188+400+1550+3464+1014=18602mm；CO2壓縮機跨越空氣壓縮機的起吊高度為11000+2188+2695+400+1000+1732+1014=20029mm。取其大者，并考慮余量，設置吊車的軌頂標高為EL21.000。

其中，1014mm為吊車樣本中吊鉤到軌頂之間的最小距離，3464mm和1732mm為吊裝時吊繩的長度(按兩側吊繩呈60°夾角計算)。

圖2 空氣壓縮機的最大檢修起吊高度

圖3 CO2壓縮機跨越空氣壓縮機的起吊高度

5 汽輪機蒸汽管道的布置

由于汽輪機蒸汽管線的操作溫度和操作壓力較高，且汽輪機管口的允許受力限制非常嚴格，蒸汽管道的布置是壓縮機配管的難點。為了保證足夠的管道柔性，蒸汽管道通常繞著機組轉半圈，并在管道與汽輪機死點處坐標軸對應的交點位置附近設置限位支架，從而把蒸汽管道的應力和位移切分成若干段，使汽輪機管口的熱膨脹與管道熱膨脹基本相當，以減小管道對汽輪機管口的影響[3]。

此廠房中，氨壓縮機和合成氣壓縮機的進汽蒸汽為超高壓蒸汽(正常操作工況下，溫度壓力分別為505℃，11.5MPa)，其蒸汽管道布置為聯(lián)合壓縮廠房配管的重點。氨壓縮機為雙蒸汽進口，雙進汽口口徑為8"，蒸汽管道的規(guī)格為φ323.8×38。合成氣壓縮機為水平進汽口，進汽口口徑為12"，蒸汽管道的規(guī)格為φ406.4×47。由于溫度壓力高，管徑大，壁厚厚，蒸汽管道上設置了幾個π型補償來保證管道柔性。兩壓縮機蒸汽管線的兩個切斷閥布置在二樓平臺上，以便于操作。蒸汽管線在入口處設置可拆卸法蘭，以便于管道試壓和吹掃。蒸汽管道低點設置積液包和疏水閥組，特別是在管口附近的低點，以排盡冷凝液。氨壓縮機的兩進汽口為對稱布置的。相對應的進汽支管也采用對稱布置，進汽主管為中心線位置，氨壓縮機的進汽蒸汽管道布置如圖4所示。合成氣壓縮機的進汽蒸汽管道布置如圖5所示。

圖4 氨壓縮機的進汽蒸汽管道布置

圖5 合成氣壓縮機的進汽蒸汽管道布置

6 結語

隨著化工生產裝置規(guī)模越來越大型化，對設計和施工的要求也越來越高，本文結合伊朗某年產61.5萬噸合成氨項目的經(jīng)驗，對大型合成氨裝置壓縮機的布置及配管進行探討，以求提高布置及配管的合理性，使壓縮機這個工廠的心臟可以順利地開車、穩(wěn)定地運行。