空分裝置冷箱內(nèi)配管的工藝流程要求

孫東升 李 超

（開封空分集團(tuán)有限公司設(shè)計(jì)研究院，河南 開封 475004）

本文通過筆者所設(shè)計(jì)的“開祥35000”、“盈德45000”、“恒通20000”空分項(xiàng)目闡述工藝流程對(duì)冷箱內(nèi)配管的要求。“開祥 35000”、“盈德 45000”是四塔內(nèi)壓縮流程，“恒通20000”是單塔自增壓流程。

1 滿足流體靠自重流動(dòng)的要求

空分裝置冷箱內(nèi)空氣的分離是靠精餾實(shí)現(xiàn)的，各個(gè)塔器、容器是靠很多氣相、液相或者氣液兩相流管道相互關(guān)聯(lián)的。對(duì)于從單元設(shè)備A流向單元設(shè)備B的液體管道，如果單元設(shè)備A的操作壓力與單元設(shè)備B的操作壓力一致，又沒有泵或其他裝置提供壓頭，必須將設(shè)備A布置在高于設(shè)備B的位置，并且其高度差要同時(shí)滿足液體能克服管道阻力及其他要求，例如汽蝕余量要求［1］。以下列舉了常見的四塔內(nèi)壓流程和自增壓流程液位高差要求［2］：

①粗氬I的安全液面必須高于“氬泵進(jìn)口”，并且高度差應(yīng)該滿足氬泵汽蝕余量的要求；

②粗氬II“液氬出”管口必須高于上塔“液氬回”管口并且高度差應(yīng)該盡量小，以降低粗氬II的安裝高度，一來可以降低冷箱的高度，二來對(duì)管道的豎向補(bǔ)償有利；

③精氬塔“液氬出”管口應(yīng)高于液氬儲(chǔ)槽最高液面；

④液氧、液氮量筒的液面應(yīng)該分別高于液氧儲(chǔ)槽、液氮儲(chǔ)槽的最高液面；液氧量筒“液氧進(jìn)”管口應(yīng)該低于主冷“液氧出”管口，并且高度差應(yīng)該能克服閥門及管道阻力；

⑤對(duì)于自增壓流程，液氧蒸發(fā)器“液空出”管口應(yīng)該高于相對(duì)應(yīng)的“液空進(jìn)”管口；

2 兩相流管道的配管要求

空分裝置冷箱內(nèi)涉及很多兩相流管道，如果兩相流管道處理不好，輕則影響流動(dòng)的穩(wěn)定性，重則使流程無法走通。

液氬出粗氬塔冷凝器管道是較容易出現(xiàn)問題的地方，如果對(duì)工藝流程了解不夠很容易配錯(cuò)，我們一般直接規(guī)定，液氬出粗氬塔冷凝器兩根支管必須水平配管，然后再插入到分離器。

其實(shí)是不是必須水平配管與精氬塔進(jìn)料方式有關(guān)，如果精氬塔為氣相進(jìn)料，粗氬塔冷凝器的冷凝量是有比例的，冷凝器出口為汽液兩相流，那么兩根支管必須水平。向上翻：液體遲早要灌滿兩根支管，汽相無法通過；向下翻：如果分離器的插入點(diǎn)低于分離器液面，那么也會(huì)使汽相無法通過。如果精氬塔為液相進(jìn)料，那么兩根支管是可以向下翻的，但向上翻會(huì)影響冷凝器有效換熱面積。

3 氣封的設(shè)置

本節(jié)所述氣封是指可以防止塔器中的液體進(jìn)入管道系統(tǒng)所設(shè)置的管道Z型結(jié)構(gòu)。需要設(shè)置氣封的位置大概分為以下幾種：

①考慮事故液位。空氣進(jìn)下塔管道，保守做法是，氣封應(yīng)該高過下塔篩板所持液體和主冷板式及管道內(nèi)液氮全落到底部后的液面；氧氣出主冷管道，氣封應(yīng)該高過所有液體全部打入到上塔后，主冷的液面；粗氬氣進(jìn)粗氬II管道，氣封應(yīng)該高過粗氬I液體泵送到粗氬II后，粗氬II的液面；

②液氮量筒的回氣管線應(yīng)該引到上塔頂部再插入氮?dú)夤芫€或接入氮?dú)馊ブ骼涔芫€；液氧量筒回氣管線的插入氧氣管道的標(biāo)高應(yīng)該與氧氣出主冷氣封高度相同。

③防帶液、防濺、防壁流。如果塔內(nèi)并沒有設(shè)置防濺、防壁流擋板，則污氮?dú)獬錾纤?yīng)該向上傾斜，膨脹空氣進(jìn)上塔應(yīng)該設(shè)置氣封，沿塔布置的氣體儀表管也應(yīng)該設(shè)置氣封，防止壓力波動(dòng)。

4 液封的設(shè)置

設(shè)置液封的主要目的是防止“串氣”，否則開工的時(shí)候回流無法建立，產(chǎn)品氣組分受到影響，即便是正常操作下，有液封也便于塔的安全穩(wěn)定操作。塔頂氣經(jīng)過冷凝器以后溫度下降，壓力也會(huì)下降，因壓力低于塔內(nèi)的壓力，會(huì)造成塔內(nèi)氣體反串，設(shè)置液封后，液面與回流管口的高度差形成壓力差，冷凝液能夠順利流入塔內(nèi)并封住塔內(nèi)氣體防止反串，液封的高度要經(jīng)流程計(jì)算并根據(jù)具體情況來確定。

靠重力回流的管道必須設(shè)置液封，氬泵后液氬進(jìn)粗氬II、高壓氧泵回流主冷、V8閥后分離罐液相回流下塔等強(qiáng)制回流不需要液封。

5 避免管道形成袋形

管道形成袋形會(huì)阻礙氣體或液體的流動(dòng)，氣體管如果出現(xiàn)U形，它的低點(diǎn)應(yīng)該避開比其溫度更低的管道，防止飽和氣體液化殘存在管道低點(diǎn)。液體管在冷箱內(nèi)最好“步步低”或者“步步高”，不應(yīng)出現(xiàn)高點(diǎn)，以防止形成氣阻。

①液氧、液氮產(chǎn)品管道。與冷箱外工程管道設(shè)計(jì)人員溝通，根據(jù)液體產(chǎn)品管在管廊的放置高度確定相應(yīng)的冷箱開孔標(biāo)高和液體管引出位置以及閥門放置高度，如果能將液體產(chǎn)品管布置為“步步低”，那么冷箱內(nèi)外將不會(huì)出現(xiàn)袋形，整個(gè)管線不需要另設(shè)排氣。

②過冷器不應(yīng)放置過低。過冷器下部一般有污氮?dú)夂偷獨(dú)夤芫€，如果這兩根匯總管分層布置，那么過冷器可能要布置在較高位置，但對(duì)于某些較小等級(jí)空分，或者不分層布置氮、污氮管線，過冷器可能不需要放置很高，但是它的最低標(biāo)高是有限制的，限制條件為：下塔富氧液空抽口至過冷器進(jìn)口的管道應(yīng)該為“步步高”，以免形成氣阻。

6 低溫液體節(jié)流閥的適宜安裝高度

過冷器過冷后的液氮、污液氮、液空和貧液空在節(jié)流閥后會(huì)汽化，液體部分汽化后會(huì)加劇流體的脈動(dòng)，如果流體脈動(dòng)的頻率和管道的固有頻率一致，將引起閥門、管道、管架的震動(dòng)，不但縮短了閥門的壽命，還給管道帶來安全隱患。

在流體流量一定的情況下，閥門的震動(dòng)與閥門口徑和閥門前后的壓差等因素有關(guān)，閥門放置在低處，閥后的液柱靜壓較大，閥門前后的壓差較小，不易產(chǎn)生震動(dòng)。

①液氮、污液氮、液空和貧液空節(jié)流閥一般放置在一層（5m）平臺(tái)以上；

②液空去粗氬塔冷凝頭節(jié)流閥，受過冷器安裝高度限制，可以放置在二層（9m）平臺(tái)，如果精氬塔蒸發(fā)器用液空做熱源，與液空去粗氬塔冷凝頭節(jié)流閥相聯(lián)系的“液空去精氬塔蒸發(fā)器”、“液空去粗氬塔冷凝器”兩個(gè)手動(dòng)蝶閥也設(shè)置在二層（9m）平臺(tái)，還可以方便操作。

7 碳?xì)浠衔锏陌踩雷o(hù)要求

對(duì)于氧氣管道，如果碳?xì)浠衔餄舛冗_(dá)到一定程度，又滿足其他條件的話，可能引起爆炸［2］。液氧管道應(yīng)該防止出現(xiàn)“死區(qū)”，例如液氧排放管，如果從主管道底部引出，碳?xì)浠衔飳⒓墼谝貉跖欧殴艿忘c(diǎn)。國(guó)外廠家通常將排液支管從主管道上部引出，主冷液氧排放從管口接出后傾斜45°向上引出冷箱（引出點(diǎn)不高過排液口600mm）。筆者認(rèn)為如果氣封可靠，液氧排放管線從主管下部引出也是可以的，但必須防止閥門泄露或過程壓力變化等原因?qū)е乱貉趼^高點(diǎn)進(jìn)入常溫區(qū)，因?yàn)樘細(xì)浠衔锔烧艉笫顾跉庀嗟臐舛仍黾樱黾影踩[患。

［1］潘德勝，謝春暉.華魯恒升48 000m3/h空分設(shè)備流程特點(diǎn)和投運(yùn)［J］.深冷技術(shù)，2012（04）：41-44.

［2］周慧明，馬恒高.大型空分設(shè)備冷箱內(nèi)低溫管道設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)［J］.深冷技術(shù)，2012（S1）：22-23.