空分設(shè)備保冷箱內(nèi)的配管設(shè)計(jì)與優(yōu)化

謝燦燦

（杭州中泰深冷技術(shù)股份有限公司，浙江杭州 311400）

空分設(shè)備保冷箱內(nèi)的配管設(shè)計(jì)與優(yōu)化

謝燦燦

（杭州中泰深冷技術(shù)股份有限公司，浙江杭州 311400）

空氣分離工程是鋼鐵行業(yè)與煤化行業(yè)的重要支撐部分，其中，空分設(shè)備保冷箱內(nèi)的配管設(shè)置質(zhì)量，與工程的總體價(jià)值實(shí)現(xiàn)具有重要聯(lián)系。基于此，就空分設(shè)備保冷箱內(nèi)的配管設(shè)計(jì)與優(yōu)化進(jìn)行分析，分別對(duì)單元設(shè)備與閥門(mén)等的位置設(shè)計(jì)、與設(shè)備相連管道的鋪設(shè)、排液管道排放形式等的優(yōu)化進(jìn)行了介紹，進(jìn)一步提出了結(jié)合管道應(yīng)力進(jìn)行優(yōu)化配管現(xiàn)代化發(fā)展方向，以期為空氣分離工程的整體應(yīng)用性能與應(yīng)用效益提升提供有效參考。

空分設(shè)備；保冷箱；配管設(shè)計(jì)；排液管道

在鋼鐵行業(yè)與煤化工業(yè)的迅速發(fā)展的大環(huán)境下，空氣分離行業(yè)也迎來(lái)了巨大的發(fā)展機(jī)遇，逐漸向大型化、多樣化的方向轉(zhuǎn)變。在行業(yè)轉(zhuǎn)型與發(fā)展過(guò)程中，對(duì)主要設(shè)備保冷箱內(nèi)部的配管設(shè)計(jì)提出了安全性與經(jīng)濟(jì)性的全新優(yōu)化要求。本文以4萬(wàn)等級(jí)內(nèi)壓縮空分的配管設(shè)計(jì)過(guò)程為例，對(duì)優(yōu)化要求與優(yōu)化方向進(jìn)行深入探究，對(duì)滿(mǎn)足逐漸趨于復(fù)雜的空分設(shè)備保冷箱配管組織形式具有重要意義。

1 單元設(shè)備、冷箱板開(kāi)孔、閥門(mén)位置設(shè)計(jì)

在傳統(tǒng)空氣分離工程當(dāng)中，設(shè)計(jì)人員對(duì)于總圖當(dāng)中單元設(shè)備、冷箱板開(kāi)孔以及閥門(mén)的設(shè)計(jì)，常常會(huì)加入主觀經(jīng)驗(yàn)理論，導(dǎo)致設(shè)計(jì)圖當(dāng)中多處細(xì)節(jié)難以滿(mǎn)足實(shí)際工程要求。管道工程師在按圖配管的過(guò)程中，由于設(shè)計(jì)圖與配管實(shí)際不符的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了配管的順利進(jìn)行。常見(jiàn)的不合理設(shè)計(jì)部分包括上塔安全閥的設(shè)置過(guò)高。閥門(mén)與管口設(shè)置在兩個(gè)完全不同的方向。粗氮塔液空蒸汽區(qū)采用固定方式安裝上塔閥等。在現(xiàn)代工藝的推動(dòng)下，空氣分離工程的大型化、多元化發(fā)展要進(jìn)一步結(jié)合規(guī)范化、合理化的配管設(shè)計(jì)形式，嚴(yán)格遵循配管需求，在設(shè)計(jì)單元設(shè)備、冷箱板開(kāi)口以及閥門(mén)的過(guò)程中，要盡量取消非必要的閥門(mén)、測(cè)點(diǎn)以及管線(xiàn)，進(jìn)而對(duì)管口在容器上的方位進(jìn)行優(yōu)化，有效提升管道布置的實(shí)用性、安全性以及經(jīng)濟(jì)性。

2 與設(shè)備相連管道的鋪設(shè)

現(xiàn)階段，空氣分離工程的大型化發(fā)展進(jìn)程中，原有管道鋪設(shè)在保冷箱壁附近的形式，存在諸多弊端，很有可能導(dǎo)致管道阻力增加以及安全性下降。在現(xiàn)代工藝當(dāng)中，設(shè)備相連管道科學(xué)的鋪設(shè)方式，要求上塔、下塔、粗氬塔、精氬塔、主冷等管口與容器支座之間的落差要有效控制在10m以上?；谕绞湛s原理，在實(shí)際鋪設(shè)過(guò)程中，沿塔體鋪設(shè)的方式較為普遍，為方便焊接管道支架，在實(shí)際鋪設(shè)過(guò)程中，會(huì)在設(shè)備管口的附近預(yù)先焊接貼板，優(yōu)化管道整體的安全性。

在對(duì)上塔與過(guò)冷器之間的污氮管進(jìn)行布置設(shè)計(jì)的過(guò)程中，管道可直接從上塔處沿著容器就近引至過(guò)冷器，這種設(shè)置方式，與以往的沿著保冷箱壁布設(shè)的模式相比，利用30°～60°彎管代替，能夠顯著降低90°彎管的上使用數(shù)量，從原來(lái)的5～8個(gè)直降為零；相應(yīng)的管架數(shù)量也會(huì)顯著降低，原本30t的保冷箱內(nèi)管重量，能夠降至26t左右；管架總重能夠從8t降至4t左右。改變以往沿著保冷箱壁設(shè)置的配管方式，能夠有效降低空分設(shè)備的跑冷量，提升設(shè)備性能。

配管沿著單元設(shè)備布置，在設(shè)備上的預(yù)設(shè)貼板能夠?qū)艿肋M(jìn)行直接支撐，且管道與設(shè)備的同步收縮作用，能夠促使管道在滿(mǎn)足補(bǔ)償需求的同時(shí)，簡(jiǎn)化管道布置，減少保冷箱內(nèi)部的焊接點(diǎn)，提升空分設(shè)備整體的安全性。

3 排液管道排放形式設(shè)計(jì)

在原有的空分設(shè)備當(dāng)中，排液管道的主要設(shè)置方式是從主管道的最底部向下引出。這種方式能夠在一定程度上將液體排除主管，但此種排放形式會(huì)導(dǎo)致保冷箱內(nèi)部一直存在一個(gè)低于主管道的點(diǎn)，運(yùn)行時(shí)排放閥處于長(zhǎng)期關(guān)閉狀態(tài)，可能會(huì)造成危險(xiǎn)介質(zhì)在最低點(diǎn)積聚，進(jìn)而威脅到設(shè)備及運(yùn)行的安全。

而在現(xiàn)階段的新型工藝當(dāng)中，排放管的排放形式進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，即將排放管從主管的最低處引出，并在鋪設(shè)過(guò)程中設(shè)置1∶10 的坡度，連接到保冷箱壁進(jìn)行復(fù)熱[1]。通過(guò)此種設(shè)計(jì)優(yōu)化，促使設(shè)備排液過(guò)程呈現(xiàn)為帶壓排放的形式，位于主管道最低點(diǎn)的排放管，能夠?qū)崿F(xiàn)完全排放主管道液體的效果，消除了危險(xiǎn)介質(zhì)積聚的安全隱患。

4 結(jié)合管道應(yīng)力優(yōu)化配管設(shè)計(jì)

在空分設(shè)備配管設(shè)計(jì)的過(guò)程中，考慮足夠補(bǔ)償?shù)刃阅苤笜?biāo)是十分必要的，但若忽視了補(bǔ)償過(guò)多對(duì)設(shè)備運(yùn)行性能的影響，則會(huì)形成極大的安全隱患。在以往的配管設(shè)計(jì)當(dāng)中，設(shè)計(jì)師與管道工程師都習(xí)慣將經(jīng)驗(yàn)理論作為主要的參考依據(jù)，導(dǎo)致管道設(shè)置過(guò)程中存在極大的資源浪費(fèi)，使管架焊接等相關(guān)工作量直接增加。

現(xiàn)階段，在現(xiàn)代信息技術(shù)的幫助下，利用CAESARⅡ應(yīng)力分析軟件，能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確地對(duì)管道進(jìn)行應(yīng)力分析，能夠在配管過(guò)程中達(dá)到準(zhǔn)確補(bǔ)償?shù)男Ч?，既能夠避免補(bǔ)償不足，同時(shí)也能減少補(bǔ)償過(guò)多的現(xiàn)象，同時(shí)促進(jìn)管架設(shè)置數(shù)量與位置的合理優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)空分設(shè)備保冷箱內(nèi)配管設(shè)計(jì)的量化發(fā)展。除此之外，利用這種應(yīng)力分析軟件，還能進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)管道柔性進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，同時(shí)分析設(shè)備所承受的載荷是否有優(yōu)化的空間，進(jìn)而促進(jìn)管道設(shè)備整體的安全性提升，并相應(yīng)延長(zhǎng)管道與設(shè)備的使用壽命，降低配管總體成本。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，對(duì)空分設(shè)備保冷箱內(nèi)的配管設(shè)計(jì)與優(yōu)化進(jìn)行探究，有利于促進(jìn)空分設(shè)備經(jīng)濟(jì)性與安全性的有效提升。通過(guò)相關(guān)優(yōu)化措施的順利實(shí)現(xiàn)，能夠促使空分設(shè)備保冷箱內(nèi)部的配管形式得到最大簡(jiǎn)化、配管性能得到最大優(yōu)化，進(jìn)而推動(dòng)整體空分設(shè)備重量顯著降低，減少設(shè)備設(shè)計(jì)、建造、應(yīng)用的總體成本，提升相關(guān)企業(yè)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 石鈺龍.淺析空分塔主冷箱基礎(chǔ)結(jié)霜現(xiàn)象[J].山東工業(yè)技術(shù)，2015，（1）：257.

Piping Design and Optimization in Air-insulated Equipment

Xie Can-can

Air separation engineering is an important supporting part of the steel industry and coalification industry.Among them，the quality of piping in air-insulated equipment is important，and it is important to realize the overall value of the project.Based on this，the article analyzes the design and optimization of the piping in the cold box of the air separation equipment，and introduces the design of the unit equipment and the valve，the optimization of the laying of the equipment piping and the discharge form of the piping pipeline.The paper puts forward the development direction of piping modernization with pipeline stress，so as to provide an effective reference for the overall application performance and application benefit of air separation project.

air separation equipment；cold box；piping design；drainage pipeline

TQ116.11

B

1003-6490（2017）12-0098-02

2017-10-18

謝燦燦（1986—），女，浙江余杭人，助理工程師，主要研究方向?yàn)闉槔湎渑涔堋?/p>