淺析空分裝置空壓機出口管布置要點及應力

于浩松

連云港石化有限公司 江蘇 連云港 222000

引言

在空分裝置中，原料空氣經空氣過濾器后能有效去除過多的灰塵與機械性雜質，然后進入空壓機中進行壓縮，再到冷卻塔中進行預冷。空氣通過全面壓縮后，溫度會發生相應變化，要控制空壓機管道操作溫度，使其保持在95℃至105℃，操作壓力數值控制在0.45MPa（G）至 0.54MPa（G）。隨著空分裝置應用范圍不斷擴大，空壓機排氣管管徑也在進一步擴大，如管道布置不合理，熱位移得不到有效補償，就會對冷卻塔連接處管口以及空壓機產生較大的推力，從而導致設備發生不同程度的損壞。空壓機排氣管連接壓縮機和空冷塔，相關人員通過分析管道參數，運用計算機進行精確的應力計算，得出在管口推力與力矩控制過程中，可以應用限位架分割熱位移和補償波紋管來控制。

一、管道概況

某空分裝置應用的是3MSGXL型空壓機，壓縮空氣出口位置朝上，其中公稱直徑為DN600，帶短拉桿波紋管，各項數據如表1所示。對空冷塔氣體進入口位置進行判定，管口不能產生初始性位移，其中承受合力不能超出25000N。再對滑動支架、空板流量計等進行設計[1]。

表1 短拉桿波紋管數據表

二、管道應力分析

1.初始分析

通過實踐證明，管道溫度壓力相關數值不是很高，其中正常情況下管道一次應力與二次應力都在許用值規定的范圍內。此管道判定的重點是對管道口實際許用荷載進行校核。在節點位移值變化影響下，將相關數據相減之后能夠獲取實際超出位移量以及波紋管橫向變形數值。得出的超出波紋管設計補償量產生的熱位移各項結果將會導致超負荷發生變形，對管道基本應用質量會產生不同程度影響[2]。

上述問題是由于管道熱膨脹發生所致。管道接口熱位移包括X、Y、Z方向，其中Z向熱位移不能得到有效補償，能夠得出空壓機排氣管Z向熱伸長量，得出相應公式△L=Lα（t2-t1）。其中△L是管道熱伸長量，L是計算管長，t2是管道設計溫度（℃），t1是管道安裝溫度（℃），t1取20℃。α是管道線性膨脹系數[cm/（m·℃）]，此例取11.16×10-4cm/（m·℃）。計算各項數據，將各項數據帶入能夠得出△L=22.3mm。

為了對熱位移進行吸收，可以對直管段長度進行適度補充。然后通過應用軟件模擬計算出空壓機力矩和出口處推力，此方法應用價值較高，但是不能對管口與管道基本荷載與負荷進行控制，主要原因是由于氣體管道基本剛度值與管徑較大。如果管徑較大，管道補償能力將會降低，所以在空分裝置中，通過自然補償提升管道柔性具有一定難度[3]。

2.設置限位架分割熱位移

當前要對管道基本應用特點進行分析，在分析管道基本布置狀態基礎上，通過限位支架對熱位移進行分割，這樣能將管道熱位移分為不同段，其中波紋管主要是吸收節點之前的熱位移，要注意此類方法能對限位架進行調節，促使不同節點段熱脹量能均勻分布，使得限制架兩端具有較高的柔性，保障空壓機以及空冷塔能夠適應實際要求。要對CAESARⅡ限位架間隙值進行多次轉變與試算。

3.應用大補償量補償器

當前除了要設置限位架之外，還需要應用補償力較高的補償器對Z向基本位移進行有效吸收，比如長拉桿波紋管以及復式鉸鏈波紋管，能替換原空壓機自帶的短拉桿波紋管。圖1為帶復式鉸鏈式波紋管的管道應力計算模型圖。

圖1 帶復式鉸鏈式波紋管的管道應力計算模型圖

復式鉸鏈式波紋管橫向補償量與管道Z向熱膨脹量能被波紋管有效吸收。復式鉸鏈式波紋管在實際應用中要注意相應問題，其軸向沒有補償能力，將滑動支架作為彈簧支架，保障空壓機管口能承擔相應的重力荷載。但是如果管道直徑較大，要想全面提升管道支撐性能以及應用穩定性，相關技術人員可以結合實際應用要求在管道支架位置添加相應彈簧，促使空壓器出口荷載能得到有效控制。

三、結語

隨著空分裝置應用規模的逐步擴大，空壓機排氣管道直徑也在擴大。針對大直徑鋼管，可以通過自然補償來提升應用效果。在實際應用中選取限位架與補償器對運行狀態下的管口荷載與設備允許荷載進行控制。通過補償量較大的補償器能夠對管道熱膨脹進行有效吸收，降低管口荷載。※