淺析空分裝置壓縮機廠房、設備布置及配管設計

張濤

摘要：空分裝置離心式壓縮機是空分裝置核心設備之一，而廠房、設備平面布置和配管設計是壓縮機廠房設計的重要內容本文就離心壓縮機廠房、設備布置及管道設計注意要點進行簡要論述。

關鍵詞：壓縮機廠房;設備布置;配管設計

一、空分裝置壓縮機廠房、設備布置設計

空分裝置離心式壓縮機動力來源通常采用電力驅動或蒸氣透平，兩種形式需結合項目所在地區特點從經濟性、可靠性等方面考慮進行設備選型。壓縮機廠家根據用戶提供的各項工藝條件確定壓縮機型號并提供相關壓縮機安裝圖紙。在進行壓縮機布置設計前需確定空壓機入口過濾器的擺放位置，通常空壓機入口過濾器的布置需結合全廠其他裝置的布置情況，結合全年風向以保證過濾器入口吸入空氣質量為原則確定空壓機入口過濾器的布置方向，當空壓機入口過濾器空氣吸入口及排出口方向確定后空壓機入口即朝向空氣過濾器，整個空壓機布置方向也基本確定。廠房的長度、寬度的確定需根據壓縮機廠家提供的設備安裝圖紙要求，通常情況下壓縮機的級間冷卻器需考慮抽芯檢修的空間，在壓縮機的設備安裝圖中通常會標出，壓縮機布置時需要在廠房墻面與壓縮機間留出足夠的距離以滿足級間冷卻器的抽芯檢修。同時在壓縮機廠房布置時需考慮壓縮機操作檢修平臺的設置空間且壓縮機基礎與廠房基礎需脫開以確保壓縮機運行時產生的震動不影響廠房結構，一般情況下壓縮機與廠房之間至少應留有2.5米的凈距以滿足壓縮機檢維修的要求。廠方的寬度應能夠與廠房橋式起重機跨度相匹配，如采用標準跨度28.5m的橋式起重機時廠房的跨度則可按30m考慮。而壓縮機廠房起重機安裝高度的確定可根據廠家提供的壓縮機檢修部件的最大起吊高度確定起重機的安裝高度，起重機安裝高度計算方法如下圖：

橋式起重機的起吊重量需滿足壓縮機最大檢修部件的起吊要求。在壓縮機廠房布置時還應留有檢修區域用于壓縮機部件的臨時放置，檢修區域需靠近廠房檢修大門，大門外道路與裝置主運輸道路連通便于運輸車輛進出廠房。普通空分裝置壓縮機廠房建筑類別為戊類，廠房內地面可設計排水溝，排水溝一般靠近廠房柱設置，并考慮0.3%～0.5%的坡度，坡向集水坑。空分壓縮機所帶油站布置應能保證壓縮機回油管道的坡度滿足回油要求，油站外可設置圍堰防止油污外溢，圍堰內的污水可由地管送入污水收集池后集中處理。壓縮機油路系統如配有高位油箱的高位油箱應盡量布置在室外鋼支架上，不得布置在廠房的屋架部位，以免油箱泄露著火后屋架在持續高溫作用下失穩而下落，從而對廠房結構和安全生產造成極大破壞。同時在設計時應盡量將行車檢修平臺與高位油箱平臺統一設置共用爬梯。

二、空分裝置壓縮機廠房的管道設計

空分裝置壓縮機管道設計應滿足工藝的要求同時需保證管道上閥門操作方便，滿足應力、設備檢維修要求，現就空分裝置壓縮機管道設計可能出現的問題進行論述。

壓縮機級間冷卻器循環水進出口管道一般在設備管口附近管道上設置膨脹節，以滿足冷卻器管口受力要求，同時在各進出口循環水管道上設置法蘭式蝶閥，以便于冷卻器抽芯，對夾式蝶閥在設備檢修時由于可能造成管道無法拆卸一般不予使用。同時在循環水進出口管道上可設置拆卸短接以便于壓縮機設備檢維修。壓縮機油路系統管道通常采用不銹鋼材質，管道應分段安裝拆卸法蘭用于管線清洗，油路系統管道應按照壓縮機廠家的要求設置坡度，一般坡度大于5度潤滑油流動性較好。油路系統管道在低溫嚴寒地區局部應設置伴熱保溫，保證管線內潤滑油的流動順暢。空分裝置空壓機入口管線通常經過入口過濾器接入空壓機入口，根據最新的規范要求，該管線需采用不銹鋼材質，避免管道帶水腐蝕，同時入口管線側下方適當位置需設置人孔，用于人員進入管道清潔。空壓機入口管道應盡量短，減少空氣進入空壓機入口阻力，降低壓縮機的運行能耗。空壓機出口管線上應在出口處設置止回閥，止回閥與出口之間管道長度應滿足壓縮機廠家的運行容積要求，空壓機出口管道還應在滿足應力要求的情況下盡量減少彎頭降低阻力降，管道上如設置安全泄放裝置，其放空口應引至廠房外安全處。空分裝置壓縮機如采用蒸氣透平驅動的，其蒸氣管道通常為高溫高壓管道，管道設計時應尤為注意，由于管線為高溫高壓，管道壁厚厚，因此在管道布置時需要考慮一定的管道柔性補償，減小汽輪機管口的管道應力，必要時需在適當位置設置彈簧支架，彈簧架的選型應通過管道應力分析確定，對于超高壓蒸氣管道上設置管架補強板時需尤為注意，如圖1

上圖中補強板的材質應與管道材質一致，且補強板的壁厚選擇需進行相關計算后選取，避免出現補強板厚度過厚而管道壁厚薄的情況，原因是補強板厚度過厚剛度太大，在管道升降溫過程中管道與補強板不可能同步升降溫和同步變形（熱脹冷縮）：在升溫時，管道溫度高于加強板溫度，管道的膨脹大于加強板，但受到加強板四周角焊縫的約束，加強板區域管道母材受應力作用，而此時管道又處于較高溫度，塑性較好，極易產生變形;在降溫時，情況剛好相反，管道的收縮也受到加強板四周角焊縫的約束，加強板區域管道母材受拉應力作用，此時如果角焊縫根部存在焊接缺陷，則極易發展成裂紋。同時由于變形的加劇使得加強板與管道間間隙逐漸加大，間隙的加大使得加強板與母材之間的傳熱主要靠四周角焊縫傳導來實現，從而造成管道升降溫過程中加強板與母材之間的溫度進一步加大，也就是進一步加劇了上述進程（二者不能同步變形產生應力）最終會造成超高壓蒸氣管道撕裂引發安全事故，基于以上所述可將圖1管架進行優化，如圖2

圖2中止推件選用需經過計算后確定，以DN300，設計溫度550攝氏度，材質12Cr1MoV超高壓蒸氣管道為例，卡箍型固定隔熱管托主要承受軸向載荷與徑向載荷，止推件最薄弱的環節是焊縫，此處主要校核止推件的焊縫強度。止推件的焊縫為角焊縫，焊縫強度的校核應按許用剪切力來判斷，根據機械設計手冊，對于在高溫條件下使用的焊接結構的焊縫許用應力按0.65倍母材的許用拉應力來確定。

止推件材質與管道材質相當或相同，止推件材質為12Cr1MoV，焊縫許用剪切應力為[τ焊縫]=0.65*71（材料相應溫度許用應力）=46.15

對于管徑DN=300的管托，對應的止推件焊角高度h=8mm，單個止推件焊縫長度L=100 mm。

單個止推件承受的最大軸向載荷為：

Fa≤0.7xhxLx[τ焊縫]=0.7x8x100x46.15=25.8KN

之后可根據應力管道應力計算結果選用相應數量的止推件。

（作者單位：中石化南京工程有限公司）