淺析空分裝置壓縮機(jī)廠房、設(shè)備布置及配管設(shè)計(jì)

張濤

摘要：空分裝置離心式壓縮機(jī)是空分裝置核心設(shè)備之一，而廠房、設(shè)備平面布置和配管設(shè)計(jì)是壓縮機(jī)廠房設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容本文就離心壓縮機(jī)廠房、設(shè)備布置及管道設(shè)計(jì)注意要點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)要論述。

關(guān)鍵詞：壓縮機(jī)廠房;設(shè)備布置;配管設(shè)計(jì)

一、空分裝置壓縮機(jī)廠房、設(shè)備布置設(shè)計(jì)

空分裝置離心式壓縮機(jī)動(dòng)力來(lái)源通常采用電力驅(qū)動(dòng)或蒸氣透平，兩種形式需結(jié)合項(xiàng)目所在地區(qū)特點(diǎn)從經(jīng)濟(jì)性、可靠性等方面考慮進(jìn)行設(shè)備選型。壓縮機(jī)廠家根據(jù)用戶提供的各項(xiàng)工藝條件確定壓縮機(jī)型號(hào)并提供相關(guān)壓縮機(jī)安裝圖紙。在進(jìn)行壓縮機(jī)布置設(shè)計(jì)前需確定空壓機(jī)入口過(guò)濾器的擺放位置，通?？諌簷C(jī)入口過(guò)濾器的布置需結(jié)合全廠其他裝置的布置情況，結(jié)合全年風(fēng)向以保證過(guò)濾器入口吸入空氣質(zhì)量為原則確定空壓機(jī)入口過(guò)濾器的布置方向，當(dāng)空壓機(jī)入口過(guò)濾器空氣吸入口及排出口方向確定后空壓機(jī)入口即朝向空氣過(guò)濾器，整個(gè)空壓機(jī)布置方向也基本確定。廠房的長(zhǎng)度、寬度的確定需根據(jù)壓縮機(jī)廠家提供的設(shè)備安裝圖紙要求，通常情況下壓縮機(jī)的級(jí)間冷卻器需考慮抽芯檢修的空間，在壓縮機(jī)的設(shè)備安裝圖中通常會(huì)標(biāo)出，壓縮機(jī)布置時(shí)需要在廠房墻面與壓縮機(jī)間留出足夠的距離以滿足級(jí)間冷卻器的抽芯檢修。同時(shí)在壓縮機(jī)廠房布置時(shí)需考慮壓縮機(jī)操作檢修平臺(tái)的設(shè)置空間且壓縮機(jī)基礎(chǔ)與廠房基礎(chǔ)需脫開(kāi)以確保壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的震動(dòng)不影響廠房結(jié)構(gòu)，一般情況下壓縮機(jī)與廠房之間至少應(yīng)留有2.5米的凈距以滿足壓縮機(jī)檢維修的要求。廠方的寬度應(yīng)能夠與廠房橋式起重機(jī)跨度相匹配，如采用標(biāo)準(zhǔn)跨度28.5m的橋式起重機(jī)時(shí)廠房的跨度則可按30m考慮。而壓縮機(jī)廠房起重機(jī)安裝高度的確定可根據(jù)廠家提供的壓縮機(jī)檢修部件的最大起吊高度確定起重機(jī)的安裝高度，起重機(jī)安裝高度計(jì)算方法如下圖：

橋式起重機(jī)的起吊重量需滿足壓縮機(jī)最大檢修部件的起吊要求。在壓縮機(jī)廠房布置時(shí)還應(yīng)留有檢修區(qū)域用于壓縮機(jī)部件的臨時(shí)放置，檢修區(qū)域需靠近廠房檢修大門(mén)，大門(mén)外道路與裝置主運(yùn)輸?shù)缆愤B通便于運(yùn)輸車輛進(jìn)出廠房。普通空分裝置壓縮機(jī)廠房建筑類別為戊類，廠房?jī)?nèi)地面可設(shè)計(jì)排水溝，排水溝一般靠近廠房柱設(shè)置，并考慮0.3%～0.5%的坡度，坡向集水坑?？辗謮嚎s機(jī)所帶油站布置應(yīng)能保證壓縮機(jī)回油管道的坡度滿足回油要求，油站外可設(shè)置圍堰防止油污外溢，圍堰內(nèi)的污水可由地管送入污水收集池后集中處理。壓縮機(jī)油路系統(tǒng)如配有高位油箱的高位油箱應(yīng)盡量布置在室外鋼支架上，不得布置在廠房的屋架部位，以免油箱泄露著火后屋架在持續(xù)高溫作用下失穩(wěn)而下落，從而對(duì)廠房結(jié)構(gòu)和安全生產(chǎn)造成極大破壞。同時(shí)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量將行車檢修平臺(tái)與高位油箱平臺(tái)統(tǒng)一設(shè)置共用爬梯。

二、空分裝置壓縮機(jī)廠房的管道設(shè)計(jì)

空分裝置壓縮機(jī)管道設(shè)計(jì)應(yīng)滿足工藝的要求同時(shí)需保證管道上閥門(mén)操作方便，滿足應(yīng)力、設(shè)備檢維修要求，現(xiàn)就空分裝置壓縮機(jī)管道設(shè)計(jì)可能出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行論述。

壓縮機(jī)級(jí)間冷卻器循環(huán)水進(jìn)出口管道一般在設(shè)備管口附近管道上設(shè)置膨脹節(jié)，以滿足冷卻器管口受力要求，同時(shí)在各進(jìn)出口循環(huán)水管道上設(shè)置法蘭式蝶閥，以便于冷卻器抽芯，對(duì)夾式蝶閥在設(shè)備檢修時(shí)由于可能造成管道無(wú)法拆卸一般不予使用。同時(shí)在循環(huán)水進(jìn)出口管道上可設(shè)置拆卸短接以便于壓縮機(jī)設(shè)備檢維修。壓縮機(jī)油路系統(tǒng)管道通常采用不銹鋼材質(zhì)，管道應(yīng)分段安裝拆卸法蘭用于管線清洗，油路系統(tǒng)管道應(yīng)按照壓縮機(jī)廠家的要求設(shè)置坡度，一般坡度大于5度潤(rùn)滑油流動(dòng)性較好。油路系統(tǒng)管道在低溫嚴(yán)寒地區(qū)局部應(yīng)設(shè)置伴熱保溫，保證管線內(nèi)潤(rùn)滑油的流動(dòng)順暢?？辗盅b置空壓機(jī)入口管線通常經(jīng)過(guò)入口過(guò)濾器接入空壓機(jī)入口，根據(jù)最新的規(guī)范要求，該管線需采用不銹鋼材質(zhì)，避免管道帶水腐蝕，同時(shí)入口管線側(cè)下方適當(dāng)位置需設(shè)置人孔，用于人員進(jìn)入管道清潔。空壓機(jī)入口管道應(yīng)盡量短，減少空氣進(jìn)入空壓機(jī)入口阻力，降低壓縮機(jī)的運(yùn)行能耗?？諌簷C(jī)出口管線上應(yīng)在出口處設(shè)置止回閥，止回閥與出口之間管道長(zhǎng)度應(yīng)滿足壓縮機(jī)廠家的運(yùn)行容積要求，空壓機(jī)出口管道還應(yīng)在滿足應(yīng)力要求的情況下盡量減少?gòu)濐^降低阻力降，管道上如設(shè)置安全泄放裝置，其放空口應(yīng)引至廠房外安全處?？辗盅b置壓縮機(jī)如采用蒸氣透平驅(qū)動(dòng)的，其蒸氣管道通常為高溫高壓管道，管道設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)尤為注意，由于管線為高溫高壓，管道壁厚厚，因此在管道布置時(shí)需要考慮一定的管道柔性補(bǔ)償，減小汽輪機(jī)管口的管道應(yīng)力，必要時(shí)需在適當(dāng)位置設(shè)置彈簧支架，彈簧架的選型應(yīng)通過(guò)管道應(yīng)力分析確定，對(duì)于超高壓蒸氣管道上設(shè)置管架補(bǔ)強(qiáng)板時(shí)需尤為注意，如圖1

上圖中補(bǔ)強(qiáng)板的材質(zhì)應(yīng)與管道材質(zhì)一致，且補(bǔ)強(qiáng)板的壁厚選擇需進(jìn)行相關(guān)計(jì)算后選取，避免出現(xiàn)補(bǔ)強(qiáng)板厚度過(guò)厚而管道壁厚薄的情況，原因是補(bǔ)強(qiáng)板厚度過(guò)厚剛度太大，在管道升降溫過(guò)程中管道與補(bǔ)強(qiáng)板不可能同步升降溫和同步變形（熱脹冷縮）：在升溫時(shí)，管道溫度高于加強(qiáng)板溫度，管道的膨脹大于加強(qiáng)板，但受到加強(qiáng)板四周角焊縫的約束，加強(qiáng)板區(qū)域管道母材受應(yīng)力作用，而此時(shí)管道又處于較高溫度，塑性較好，極易產(chǎn)生變形;在降溫時(shí)，情況剛好相反，管道的收縮也受到加強(qiáng)板四周角焊縫的約束，加強(qiáng)板區(qū)域管道母材受拉應(yīng)力作用，此時(shí)如果角焊縫根部存在焊接缺陷，則極易發(fā)展成裂紋。同時(shí)由于變形的加劇使得加強(qiáng)板與管道間間隙逐漸加大，間隙的加大使得加強(qiáng)板與母材之間的傳熱主要靠四周角焊縫傳導(dǎo)來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而造成管道升降溫過(guò)程中加強(qiáng)板與母材之間的溫度進(jìn)一步加大，也就是進(jìn)一步加劇了上述進(jìn)程（二者不能同步變形產(chǎn)生應(yīng)力）最終會(huì)造成超高壓蒸氣管道撕裂引發(fā)安全事故，基于以上所述可將圖1管架進(jìn)行優(yōu)化，如圖2

圖2中止推件選用需經(jīng)過(guò)計(jì)算后確定，以DN300，設(shè)計(jì)溫度550攝氏度，材質(zhì)12Cr1MoV超高壓蒸氣管道為例，卡箍型固定隔熱管托主要承受軸向載荷與徑向載荷，止推件最薄弱的環(huán)節(jié)是焊縫，此處主要校核止推件的焊縫強(qiáng)度。止推件的焊縫為角焊縫，焊縫強(qiáng)度的校核應(yīng)按許用剪切力來(lái)判斷，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，對(duì)于在高溫條件下使用的焊接結(jié)構(gòu)的焊縫許用應(yīng)力按0.65倍母材的許用拉應(yīng)力來(lái)確定。

止推件材質(zhì)與管道材質(zhì)相當(dāng)或相同，止推件材質(zhì)為12Cr1MoV，焊縫許用剪切應(yīng)力為[τ焊縫]=0.65*71（材料相應(yīng)溫度許用應(yīng)力）=46.15

對(duì)于管徑DN=300的管托，對(duì)應(yīng)的止推件焊角高度h=8mm，單個(gè)止推件焊縫長(zhǎng)度L=100 mm。

單個(gè)止推件承受的最大軸向載荷為：

Fa≤0.7xhxLx[τ焊縫]=0.7x8x100x46.15=25.8KN

之后可根據(jù)應(yīng)力管道應(yīng)力計(jì)算結(jié)果選用相應(yīng)數(shù)量的止推件。

（作者單位：中石化南京工程有限公司）