空分裝置低溫管道設計分析

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，管道長期在低溫條件下運行，低溫管道設計的安全可靠將直接影響裝置的運行及能耗。基于此，本文將從管道配管、管道絕熱、管道閥門、管道支架四個方面對空分裝置低溫管道設計進行分析，從而提高空分裝置管道的設計質量，使其能夠穩定運行，減少跑冷，降低裝置運行能耗。

關鍵詞：空分裝置;低溫管道;管道配管;絕熱設計

引言：空分裝置管道具有嚴格的要求，需要在低溫環境下進行工作，為此，需要做好管道溫度的控制工作，使溫度能夠穩定在一定范圍，并且具有良好的絕熱效果，降低管道內部溫度的傳遞。為了滿足上述要求，需要保障管道設計的合理性，使管道具有良好的結構，進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空氣組分進行分離，如N2、O2等，進而實現氣體的生產過程，完成氣體的制備。空分裝置使用時，需要對管道溫度進行控制，保障溫度滿足界定條件。空分裝置低溫界定溫度為-29℃，在實際操作時需要溫度控制在界定溫度以下，這樣可以使氣體以液態的形式進行呈現，保障不同氣體成分能夠有效地分離。以氧氣分離為例，氧氣的沸點為-183℃，為了使氧氣為液態形式，需要保障管道溫度在-183℃附近，而其它的氣體已經被分離或者呈現為氣態，這樣便實現的氧氣的分離，完成了氧氣生產過程。因此，需要合理地對空分裝置管道進行設計，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計

2.1低溫液體管道配管

2.1.1立式低溫配管

當管道流量需求過大時，需要采用立式低溫配管方式，使泵體能夠起到良好的泵進效果，使液體能夠在管道中順利流動。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。立式低溫配管設計時需要注意以下幾點：第一，泵進口需要采用頂平設計，保障液體能夠正常進行吸入，使液體能夠充滿整個管道，進而提高液體流量的穩定性。第二，需要對管道坡度進行控制，使管道能夠以2%的坡度進入泵入口，保障管道內部流體能夠穩定地進行銜接。第三，需要合理構建虹吸管線，使液化后的氣體能夠及時排出，使泵體具有良好的冷卻效果。

2.1.2臥式低溫配管

當管道流量需求較小時，需要采用臥式低溫配管方式，使泵體可以有效地對液體進行泵進，使液體能夠更好地進行輸送。為了保障管道的輸送效果，需要對管道長度進行限制，將長度控制在5m以內，空分裝置具有穩定的工作狀態。通過這種方式，一方面，有助于溫度的控制，防止液體在流動中造成熱量損失，提高對管道溫度的控制水平。另一方面，可以實現小流量的輸送，使液體能夠在管道中順利流動，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，使液體能夠順利地流入管道，對液體進行輸送。在泵出口處需要設置閥門，用于對氣體進行排放，進而減少管道內部的壓力，保障液體的流速。

2.1.3低溫富氧配管

若管線中含有碳氫化合物且氧濃度大于20%時，管道將會存在爆炸的隱患。為了解決這一問題，需要將房閥門結構應用在其中，使氧氣能夠順著閥門排出管道外，使管道內氧濃度能夠控制在20%以下，進而提高管道使用的安全性，保障液體的正常輸送。當閥門開放時，閥門附近溫度將會升高，導致液體產生沸騰現象。該現象將會導致碳氫化合物大量堆積，使管道安全隱患增加，因而需要對閥門位置進行合理選擇。通常情況下，閥門位置需要設置在管道較高點，當開放閥門排氧時，位于高點的閥門能夠形成氣封效果，可以降低沸騰現象的發生時間，再加上液體流動會帶走部分碳氫化合物，進而提高低溫富氧配管的安全性[2]。

2.1.4儲罐進液配管

儲罐進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，使管道滿足低溫環境的要求。為此，需要為管道設置保冷層，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1m，將損耗8%-12%的熱量。因此，對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或低點的出現，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，防止管道內部熱量發生傳遞，進而實現良好的溫度控制效果。儲罐配管過程中需要對管線高差進行控制，使高差處于較低水平，進而提高高差布置合理性。

2.2低溫管道絕熱設計

做好低溫管道的保冷工作非常重要，需要采用保冷結構進行設計，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，需要合理地對管道材料進行選擇，保障管道材料的韌性不受溫度的影響，使管道能夠穩定對液體進行傳輸。由于空分裝置管道需要在低溫環境下進行工作，需要使材料具有較強的抗低溫效果，避免材料在溫度變化時發生損壞。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，使低溫管道能夠穩定運行。

2.3低溫管道閥門設計

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，使管道能夠穩定工作。管道閥門設計時需要注意以下幾點：第一，需要保障閥門的密封效果，避免發生熱量散失，使管道能夠正常對液體進行輸送，使閥門使用更加地安全。第二，需要將閥門位置盡可能設置在水平管段，這樣可以減少液體壓力對閥門的影響，避免液體從閥門處泄漏，增強閥門位置選擇的合理性。第三，閥門關閉時會形成密閉空間，一旦氣體在空間中逐漸累積，將會增加閥門漏液的風險，容易引起安全事故。第四，需要在管道中設置安全閥，使管道能夠得到緊急控制，對管道實施緊急關閉或導通。

2.4低溫管道支架設計

為了保障液體輸送的穩定性，需要使用支架對管道進行固定。支架使用過程中需要注意以下幾點：第一，支架需要具有較強的耐低溫特性，需要防止管道低溫變化導致支架出現開裂，對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，能夠穩定地對管道進行支撐，保障液體流動的穩定性。第三，需要保障支架與保冷層進行穩定搭接，防止支架使管道熱量出現散失，進而實現良好的保冷效果。第四，需要增加支架的軸向位移，防止支架發生脫落現象，使支架安裝更加地穩定，使支架對管道進行有效支撐，保障支架設計的合理性。

結論：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，需要合理地進行設計，使管道能夠有效地對溫度進行控制，使管道具有可靠的溫控范圍，保障空分裝置有效地對空氣組分進行分離，使裝置能夠正常投入使用。

參考文獻：

[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計[J].云南化工，2019，46（05）：102-103.

（1.杭州杭氧化醫工程有限公司;2.浙江省天正設計工程有限公司，浙江 杭州 310012）