空分設備保冷箱內的配管設計與優化

謝燦燦

（杭州中泰深冷技術股份有限公司，浙江杭州 311400）

空分設備保冷箱內的配管設計與優化

謝燦燦

（杭州中泰深冷技術股份有限公司，浙江杭州 311400）

空氣分離工程是鋼鐵行業與煤化行業的重要支撐部分，其中，空分設備保冷箱內的配管設置質量，與工程的總體價值實現具有重要聯系。基于此，就空分設備保冷箱內的配管設計與優化進行分析，分別對單元設備與閥門等的位置設計、與設備相連管道的鋪設、排液管道排放形式等的優化進行了介紹，進一步提出了結合管道應力進行優化配管現代化發展方向，以期為空氣分離工程的整體應用性能與應用效益提升提供有效參考。

空分設備；保冷箱；配管設計；排液管道

在鋼鐵行業與煤化工業的迅速發展的大環境下，空氣分離行業也迎來了巨大的發展機遇，逐漸向大型化、多樣化的方向轉變。在行業轉型與發展過程中，對主要設備保冷箱內部的配管設計提出了安全性與經濟性的全新優化要求。本文以4萬等級內壓縮空分的配管設計過程為例，對優化要求與優化方向進行深入探究，對滿足逐漸趨于復雜的空分設備保冷箱配管組織形式具有重要意義。

1 單元設備、冷箱板開孔、閥門位置設計

在傳統空氣分離工程當中，設計人員對于總圖當中單元設備、冷箱板開孔以及閥門的設計，常常會加入主觀經驗理論，導致設計圖當中多處細節難以滿足實際工程要求。管道工程師在按圖配管的過程中，由于設計圖與配管實際不符的現象，嚴重影響了配管的順利進行。常見的不合理設計部分包括上塔安全閥的設置過高。閥門與管口設置在兩個完全不同的方向。粗氮塔液空蒸汽區采用固定方式安裝上塔閥等。在現代工藝的推動下，空氣分離工程的大型化、多元化發展要進一步結合規范化、合理化的配管設計形式，嚴格遵循配管需求，在設計單元設備、冷箱板開口以及閥門的過程中，要盡量取消非必要的閥門、測點以及管線，進而對管口在容器上的方位進行優化，有效提升管道布置的實用性、安全性以及經濟性。

2 與設備相連管道的鋪設

現階段，空氣分離工程的大型化發展進程中，原有管道鋪設在保冷箱壁附近的形式，存在諸多弊端，很有可能導致管道阻力增加以及安全性下降。在現代工藝當中，設備相連管道科學的鋪設方式，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，在實際鋪設過程中，沿塔體鋪設的方式較為普遍，為方便焊接管道支架，在實際鋪設過程中，會在設備管口的附近預先焊接貼板，優化管道整體的安全性。

在對上塔與過冷器之間的污氮管進行布置設計的過程中，管道可直接從上塔處沿著容器就近引至過冷器，這種設置方式，與以往的沿著保冷箱壁布設的模式相比，利用30°～60°彎管代替，能夠顯著降低90°彎管的上使用數量，從原來的5～8個直降為零；相應的管架數量也會顯著降低，原本30t的保冷箱內管重量，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置的配管方式，能夠有效降低空分設備的跑冷量，提升設備性能。

配管沿著單元設備布置，在設備上的預設貼板能夠對管道進行直接支撐，且管道與設備的同步收縮作用，能夠促使管道在滿足補償需求的同時，簡化管道布置，減少保冷箱內部的焊接點，提升空分設備整體的安全性。

3 排液管道排放形式設計

在原有的空分設備當中，排液管道的主要設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，但此種排放形式會導致保冷箱內部一直存在一個低于主管道的點，運行時排放閥處于長期關閉狀態，可能會造成危險介質在最低點積聚，進而威脅到設備及運行的安全。

而在現階段的新型工藝當中，排放管的排放形式進行了優化設計，即將排放管從主管的最低處引出，并在鋪設過程中設置1∶10 的坡度，連接到保冷箱壁進行復熱[1]。通過此種設計優化，促使設備排液過程呈現為帶壓排放的形式，位于主管道最低點的排放管，能夠實現完全排放主管道液體的效果，消除了危險介質積聚的安全隱患。

4 結合管道應力優化配管設計

在空分設備配管設計的過程中，考慮足夠補償等性能指標是十分必要的，但若忽視了補償過多對設備運行性能的影響，則會形成極大的安全隱患。在以往的配管設計當中，設計師與管道工程師都習慣將經驗理論作為主要的參考依據，導致管道設置過程中存在極大的資源浪費，使管架焊接等相關工作量直接增加。

現階段，在現代信息技術的幫助下，利用CAESARⅡ應力分析軟件，能夠實時、準確地對管道進行應力分析，能夠在配管過程中達到準確補償的效果，既能夠避免補償不足，同時也能減少補償過多的現象，同時促進管架設置數量與位置的合理優化，實現空分設備保冷箱內配管設計的量化發展。除此之外，利用這種應力分析軟件，還能進一步實現對管道柔性進行優化設計，同時分析設備所承受的載荷是否有優化的空間，進而促進管道設備整體的安全性提升，并相應延長管道與設備的使用壽命，降低配管總體成本。

5 結束語

綜上所述，對空分設備保冷箱內的配管設計與優化進行探究，有利于促進空分設備經濟性與安全性的有效提升。通過相關優化措施的順利實現，能夠促使空分設備保冷箱內部的配管形式得到最大簡化、配管性能得到最大優化，進而推動整體空分設備重量顯著降低，減少設備設計、建造、應用的總體成本，提升相關企業運行的經濟效益。

[1] 石鈺龍.淺析空分塔主冷箱基礎結霜現象[J].山東工業技術，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，主要研究方向為為冷箱配管。