空分裝置低溫管道設(shè)計(jì)分析

沈杰 袁楊楊

摘 要：目前大部分空分裝置均采用深度冷凍法制氧，管道長(zhǎng)期在低溫條件下運(yùn)行，低溫管道設(shè)計(jì)的安全可靠將直接影響裝置的運(yùn)行及能耗?；诖耍疚膶墓艿琅涔?、管道絕熱、管道閥門、管道支架四個(gè)方面對(duì)空分裝置低溫管道設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，從而提高空分裝置管道的設(shè)計(jì)質(zhì)量，使其能夠穩(wěn)定運(yùn)行，減少跑冷，降低裝置運(yùn)行能耗。

關(guān)鍵詞：空分裝置;低溫管道;管道配管;絕熱設(shè)計(jì)

引言：空分裝置管道具有嚴(yán)格的要求，需要在低溫環(huán)境下進(jìn)行工作，為此，需要做好管道溫度的控制工作，使溫度能夠穩(wěn)定在一定范圍，并且具有良好的絕熱效果，降低管道內(nèi)部溫度的傳遞。為了滿足上述要求，需要保障管道設(shè)計(jì)的合理性，使管道具有良好的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而使空分裝置能夠正常工作。

1空分裝置低溫管道概述

空分裝置可以有效地對(duì)空氣組分進(jìn)行分離，如N2、O2等，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)氣體的生產(chǎn)過程，完成氣體的制備?？辗盅b置使用時(shí)，需要對(duì)管道溫度進(jìn)行控制，保障溫度滿足界定條件?？辗盅b置低溫界定溫度為-29℃，在實(shí)際操作時(shí)需要溫度控制在界定溫度以下，這樣可以使氣體以液態(tài)的形式進(jìn)行呈現(xiàn)，保障不同氣體成分能夠有效地分離。以氧氣分離為例，氧氣的沸點(diǎn)為-183℃，為了使氧氣為液態(tài)形式，需要保障管道溫度在-183℃附近，而其它的氣體已經(jīng)被分離或者呈現(xiàn)為氣態(tài)，這樣便實(shí)現(xiàn)的氧氣的分離，完成了氧氣生產(chǎn)過程。因此，需要合理地對(duì)空分裝置管道進(jìn)行設(shè)計(jì)，使管道溫度能夠得到控制，保障裝置的氣體分離效果[1]。

2空分裝置低溫管道設(shè)計(jì)

2.1低溫液體管道配管

2.1.1立式低溫配管

當(dāng)管道流量需求過大時(shí)，需要采用立式低溫配管方式，使泵體能夠起到良好的泵進(jìn)效果，使液體能夠在管道中順利流動(dòng)。泵體采用向上抽吸方式，使泵體符合立式工作特征，使液體能夠被有效地吸入，保障液體的傳遞效果。立式低溫配管設(shè)計(jì)時(shí)需要注意以下幾點(diǎn)：第一，泵進(jìn)口需要采用頂平設(shè)計(jì)，保障液體能夠正常進(jìn)行吸入，使液體能夠充滿整個(gè)管道，進(jìn)而提高液體流量的穩(wěn)定性。第二，需要對(duì)管道坡度進(jìn)行控制，使管道能夠以2%的坡度進(jìn)入泵入口，保障管道內(nèi)部流體能夠穩(wěn)定地進(jìn)行銜接。第三，需要合理構(gòu)建虹吸管線，使液化后的氣體能夠及時(shí)排出，使泵體具有良好的冷卻效果。

2.1.2臥式低溫配管

當(dāng)管道流量需求較小時(shí)，需要采用臥式低溫配管方式，使泵體可以有效地對(duì)液體進(jìn)行泵進(jìn)，使液體能夠更好地進(jìn)行輸送。為了保障管道的輸送效果，需要對(duì)管道長(zhǎng)度進(jìn)行限制，將長(zhǎng)度控制在5m以內(nèi)，空分裝置具有穩(wěn)定的工作狀態(tài)。通過這種方式，一方面，有助于溫度的控制，防止液體在流動(dòng)中造成熱量損失，提高對(duì)管道溫度的控制水平。另一方面，可以實(shí)現(xiàn)小流量的輸送，使液體能夠在管道中順利流動(dòng)，使液體流量能夠得到有效控制。泵吸管道坡度需要控制在10%以內(nèi)，使液體能夠順利地流入管道，對(duì)液體進(jìn)行輸送。在泵出口處需要設(shè)置閥門，用于對(duì)氣體進(jìn)行排放，進(jìn)而減少管道內(nèi)部的壓力，保障液體的流速。

2.1.3低溫富氧配管

若管線中含有碳?xì)浠衔锴已鯘舛却笥?0%時(shí)，管道將會(huì)存在爆炸的隱患。為了解決這一問題，需要將房閥門結(jié)構(gòu)應(yīng)用在其中，使氧氣能夠順著閥門排出管道外，使管道內(nèi)氧濃度能夠控制在20%以下，進(jìn)而提高管道使用的安全性，保障液體的正常輸送。當(dāng)閥門開放時(shí)，閥門附近溫度將會(huì)升高，導(dǎo)致液體產(chǎn)生沸騰現(xiàn)象。該現(xiàn)象將會(huì)導(dǎo)致碳?xì)浠衔锎罅慷逊e，使管道安全隱患增加，因而需要對(duì)閥門位置進(jìn)行合理選擇。通常情況下，閥門位置需要設(shè)置在管道較高點(diǎn)，當(dāng)開放閥門排氧時(shí)，位于高點(diǎn)的閥門能夠形成氣封效果，可以降低沸騰現(xiàn)象的發(fā)生時(shí)間，再加上液體流動(dòng)會(huì)帶走部分碳?xì)浠衔铮M(jìn)而提高低溫富氧配管的安全性[2]。

2.1.4儲(chǔ)罐進(jìn)液配管

儲(chǔ)罐進(jìn)液配管需要具有良好的真空絕熱特性，以此來減少熱量的散失，使管道滿足低溫環(huán)境的要求。為此，需要為管道設(shè)置保冷層，使管道溫度能夠得到控制，減少管道與外界溫度的交換，為管道提供良好的溫控條件。以液氮輸送為例，若不采取溫控手段，液氮每流動(dòng)1m，將損耗8%-12%的熱量。因此，對(duì)管道合理地采用溫控手段非常重要。管道配置需要防止局部高點(diǎn)或低點(diǎn)的出現(xiàn)，需要采取逐步降低的管道配置方式，使管道的走向更加地具有合理性，防止管道內(nèi)部熱量發(fā)生傳遞，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)良好的溫度控制效果。儲(chǔ)罐配管過程中需要對(duì)管線高差進(jìn)行控制，使高差處于較低水平，進(jìn)而提高高差布置合理性。

2.2低溫管道絕熱設(shè)計(jì)

做好低溫管道的保冷工作非常重要，需要采用保冷結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，使熱量傳遞得到有效地控制，保障管道具有良好的絕熱能力。為了提高管道的保冷能力，一方面，需要合理地對(duì)管道材料進(jìn)行選擇，保障管道材料的韌性不受溫度的影響，使管道能夠穩(wěn)定對(duì)液體進(jìn)行傳輸。由于空分裝置管道需要在低溫環(huán)境下進(jìn)行工作，需要使材料具有較強(qiáng)的抗低溫效果，避免材料在溫度變化時(shí)發(fā)生損壞。另一方面，需要使用保溫材料，如珠光砂、PIR等，可以起到良好的保溫效果，增加低溫管道的絕熱能力，使低溫管道能夠穩(wěn)定運(yùn)行。

2.3低溫管道閥門設(shè)計(jì)

空分裝置管道需要裝有一定量的閥門，保障管道具有良好的功能性，使管道能夠穩(wěn)定工作。管道閥門設(shè)計(jì)時(shí)需要注意以下幾點(diǎn)：第一，需要保障閥門的密封效果，避免發(fā)生熱量散失，使管道能夠正常對(duì)液體進(jìn)行輸送，使閥門使用更加地安全。第二，需要將閥門位置盡可能設(shè)置在水平管段，這樣可以減少液體壓力對(duì)閥門的影響，避免液體從閥門處泄漏，增強(qiáng)閥門位置選擇的合理性。第三，閥門關(guān)閉時(shí)會(huì)形成密閉空間，一旦氣體在空間中逐漸累積，將會(huì)增加閥門漏液的風(fēng)險(xiǎn)，容易引起安全事故。第四，需要在管道中設(shè)置安全閥，使管道能夠得到緊急控制，對(duì)管道實(shí)施緊急關(guān)閉或?qū)ā?/p>

2.4低溫管道支架設(shè)計(jì)

為了保障液體輸送的穩(wěn)定性，需要使用支架對(duì)管道進(jìn)行固定。支架使用過程中需要注意以下幾點(diǎn)：第一，支架需要具有較強(qiáng)的耐低溫特性，需要防止管道低溫變化導(dǎo)致支架出現(xiàn)開裂，對(duì)支架固定效果造成影響。第二，需要保障支架具有良好的承載效果，能夠穩(wěn)定地對(duì)管道進(jìn)行支撐，保障液體流動(dòng)的穩(wěn)定性。第三，需要保障支架與保冷層進(jìn)行穩(wěn)定搭接，防止支架使管道熱量出現(xiàn)散失，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)良好的保冷效果。第四，需要增加支架的軸向位移，防止支架發(fā)生脫落現(xiàn)象，使支架安裝更加地穩(wěn)定，使支架對(duì)管道進(jìn)行有效支撐，保障支架設(shè)計(jì)的合理性。

結(jié)論：綜上所述，管道是空分裝置重要組成部分，需要具有良好的低溫特性。為此，需要合理地進(jìn)行設(shè)計(jì)，使管道能夠有效地對(duì)溫度進(jìn)行控制，使管道具有可靠的溫控范圍，保障空分裝置有效地對(duì)空氣組分進(jìn)行分離，使裝置能夠正常投入使用。

參考文獻(xiàn)：

[1]王炎，申世勇.空分裝置低溫管道研究[J].河南科技，2020，39（26）：50-52.

[2]陳渭中.空分裝置低溫液體管道的配管設(shè)計(jì)[J].云南化工，2019，46（05）：102-103.

（1.杭州杭氧化醫(yī)工程有限公司;2.浙江省天正設(shè)計(jì)工程有限公司，浙江 杭州 310012）