淺談硫回收裝置透平鼓風機的配管設計

張保申

(山東三維石化工程股份有限公司，山東 青島 266071)

鼓風機作為硫回收裝置中的關鍵動設備，其主要作用是為硫回收裝置制硫配風及尾氣焚燒提供風源。一旦風機出現(xiàn)故障，就會造成硫回收裝置停車，酸性氣無法處理，導致上游裝置被迫停產，造成巨大經濟損失。因此，保證鼓風機的正常運轉關系到煉化企業(yè)主裝置能否正常運行，而鼓風機管道的合理布置，又是保證風機機組能否正常運行的關鍵。隨著大型煉化企業(yè)的建立，本著節(jié)能原則，透平鼓風機越來越多地應用到大型硫回收裝置中。本文以某煉化企業(yè)10萬t/a硫回收裝置制硫部分用透平鼓風機配管為例，簡單探討一下透平鼓風機的配管設計。

1 透平鼓風機的組成及工作原理

硫回收裝置中用到的透平鼓風機其實是離心鼓風機的一種，出口壓力約0.070 MPa。主要由葉輪、集流器、渦殼、進氣箱等部件組成。其原理是根據(jù)動能轉換為勢能。利用高速旋轉的葉輪將氣體加速，然后減速，改變流向，使動能轉換成勢能(壓力)。壓力增高主要發(fā)生在葉輪中，其次發(fā)生在擴壓過程。

2 透平鼓風機的平面布置

透平鼓風機的布置在滿足工藝專業(yè)的要求下，還應滿足制造廠的要求，其附屬設備宜靠近機組布置，汽輪機周圍應留有足夠的空地以滿足配管和操作的需要[1]。硫回收裝置中，小型鼓風機一般布置在管廊下面，借助管廊平臺進行配管。但是受空間限制，大型透平鼓風機一般布置在寬闊位置，且靠近制硫爐及焚燒爐。某煉化企業(yè)10萬t/a硫回收裝置制硫部分用鼓風機采用1臺電機驅動鼓風機和1臺透平鼓風機。為便于鼓風機進行吊裝維修以及減小風機出口管道壓力損失，鼓風機布置在制硫爐管廊的西側，風機上面設置高4、7.0 m的平臺，透平鼓風機附屬油站置于平臺外面。

3 透平鼓風機管道布置

3.1 透平鼓風機入口管道布置

透平鼓風機入口管道由防雨帽、消聲器(過濾器)、流量計及蝶閥組成。圖1為透平鼓風機入口典型的管道示意圖。

圖1 透平鼓風機入口典型管道示意圖

根據(jù)硫黃回收工藝要求，透平鼓風機吸入口的頂部應設置防雨帽，防雨帽的安全安裝位置應以不吸入裝置操作人員及其它雜物為宜，推薦高出操作及維修人員頭頂1 m左右，即2.8～3.0 m，過高易造成管材浪費。防雨帽四周環(huán)形面積應滿足風機入口風量的要求。在入口管道上加消聲器是為了降低入口流速過大造成的噪聲污染，使風機運行產生的噪聲符合國家有關標準規(guī)范。

風機在正常運轉的情況下，機器本身存在著熱位移，對風機入口管嘴所受的外力和力矩的要求應滿足廠家所供要求及標準規(guī)范規(guī)定。管道工程師主要考慮的問題是：合理布置管道，滿足風機入口管嘴受力要求，減少壓降損失，盡量做到施工簡單，操作方便，維修便捷。圖2為某煉化企業(yè)10萬t/a硫回收裝置透平鼓風機入口管道平面布置圖。

圖2 透平鼓風機入口管道平面布置圖

風機入口閥門、流量計均放置于風機上方7 000 mm平臺上，便于裝置人員日常操作與維護。防雨帽安裝位置比7 000 mm平臺高2 500 mm以上，保證安全距離。

3.2 透平鼓風機出口管道布置

透平鼓風機出口管道一般由溫度計、壓力表、防喘振支線、蝶閥及止回閥組成，蝶閥用于切斷，單向閥防止逆流。防喘振支線由防雨帽、消聲器、蝶閥組成，消聲器的作用主要降低噪聲污染，見圖3。

圖3 透平鼓風機出口管道示意圖

在滿足工藝安裝要求的前提下，風機出口配管上的閥門儀表可布置在地面上，也可借助構架平臺布置在平臺上。根據(jù)某煉化企業(yè)10萬t/a硫回收裝置透平鼓風機出口配管布置，見圖4。

圖4 透平鼓風機出口管道布置圖

借助構架平臺更易解決防喘振支線出口消聲器的支撐問題，閥門的日常操作與維護方便快捷。多臺風機并聯(lián)時，出口管線一般順介質流向45°斜接至風線主管，但受條件限制時也可垂直接入。

3.3 汽輪機中蒸汽管線的布置

透平鼓風機以中壓蒸汽或過熱中壓蒸汽為驅動，用于消耗裝置中產生的中壓蒸汽。某煉化企業(yè)10萬t/a硫回收裝置蒸汽透平機的入口管道和蒸汽抽出線壓力、溫度均很高，入口過熱中壓蒸汽，管道直徑DN150，操作壓力3.6 MPa，操作溫度410 ℃，抽出低低壓蒸汽管道直徑DN250，操作壓力0.40 MPa，操作溫度297 ℃。

汽輪機是一種高速精密的轉動機械，工程設計中既要考慮氣缸因溫度變化引起的熱脹冷縮問題，又要保證轉動和靜止部分之間留有一定的間隙。一旦汽輪機的進出口管道設計出現(xiàn)問題，就會影響汽輪機的找正，甚至引起間歇破壞，造成蒸汽的損失和降低汽輪機的效率。當管道的推力(力矩)超過了汽輪機氣缸自重的自穩(wěn)能力，就會引起汽輪機的轉動機械移位或卡住，進而影響風機的安全運行[2]。

蒸汽輪機進汽管道上通常會接出一個帶閥門的分支管道，防止遠距離輸送蒸汽時，壓降和溫降較大，通過放空來提高蒸汽的溫度，促使汽輪機正常平穩(wěn)工作。為避免放空管道對機器的影響過大，在管道布置滿足工藝要求的前提下，將進汽管道的放空管盡可能遠離進汽管嘴。另外，在進汽切斷閥前還應設置分支管道引至安全位置，此目的是防止開機時有蒸汽凝結，即“暖管線”，暖管線應盡量靠近嘴子處引出。還需防止凝結水帶入汽輪機損壞葉片，增加排凝。除了“暖管線”外，還需設置“暖機線”，汽輪機在高溫下運行，開機前應對機殼、轉子進行預熱，主蒸汽管道上的切斷閥應設預熱旁路閥。

汽輪機管口附近管道應保證豎直及水平方向都具有足夠的柔性，如果蒸汽管線布置不當，管道對汽輪機管口的作用力和力矩達不到制造廠或者NEMA SM23的要求，使得汽輪機管嘴受力過大，造成汽輪機振動。因此布置用于動力的蒸汽管道時，一般需設置“π”形補償器吸收管道的熱膨脹，嚴禁使用波紋管膨脹節(jié)來吸收管道的熱膨脹，原因為波紋管膨脹節(jié)價格相對較貴，并且容易損壞。如何選擇合適的位置來設置蒸汽管道上的“π”形補償器，應由管道應力分析工程師通過計算進行確定。中壓蒸汽經過消耗后，溫度壓力依然較高，根據(jù)節(jié)約能耗的原則，需要進一步回收低品質蒸汽。此時汽輪機出口蒸汽管線需設置減溫器或減溫減壓器來得到壓力溫度穩(wěn)定的低低壓蒸汽。低低壓蒸汽配管除需滿足蒸汽配管標準規(guī)范規(guī)定以外，還要滿足減溫器或減溫減壓器的直管段要求。根據(jù)工藝要求蒸汽出口管線還需設置安全閥，防止超壓及有效出力。

本次設計中壓蒸汽管線從主管廊過來(見圖5)，借助副管廊邊梁設置支架，利用管道的自然走向補償熱膨脹，減小熱應力對透平機管嘴的影響。圖中配管由于管線較短，沒有設置“π”形補償，經應力專業(yè)嚴格計算得知，管道對汽輪機管口的作用力和力矩已達到制造廠的要求。

蒸汽抽出線經蒸汽透平機管嘴平拐進行配置出口安全閥及減溫器，為保證減溫器直管段要求，管線沿管廊前行3 m以上，然后上管廊送出界區(qū)，這樣配置的優(yōu)點是：既能滿足減溫器的直管段要求，也能設置“π”形補償器來吸收管道的熱膨脹，同時蒸汽透平機蒸汽距地面1 m左右，便于操作和維護管線上的閥門、減溫器及相應儀表，具體見圖5。

圖5 汽輪機出入口管道布置圖

4 透平鼓風機管嘴受力解決辦法

在工程設計中，管道工程師在布置風機管道時需要特別注意的是如何減少風機管嘴受力。一般有以下幾種措施：①在風機出入口管道上且靠近管嘴處設置波紋管膨脹節(jié)，波紋管膨脹節(jié)的價格相對較貴，但效果良好，硫回收裝置一般采用此方法；②在風機出入口管道靠近管嘴處采用軟連接，此方法投資少，施工簡單，便于檢修和更換，是目前較多采用的方法之一。③將管嘴處管道彎頭處的支架做成軟體材質墊板。這種方法簡單易做，但軟體材質容易變質，不易更換，故不宜采用；④在出入口管道上采用合適的彈簧支吊架，但容易造成投資增加，相應也增加了設計和施工的工作量及難度。

5 結語

硫回收裝置透平鼓風機出入口管道布置要根據(jù)標準規(guī)范，合理布置管線走向問題，解決好管嘴受力問題，才能保證風機能夠正常、有效及平穩(wěn)運行。汽輪機出入口管道布置最好設置“π”形補償以解決管道柔性問題，此過程要與應力專業(yè)緊密結合。