大型空分设备冷箱内低温管道设计优化技术

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周慧明,马恒高(杭州杭氧股份有限公司设计院,浙江省杭州市东新路388号310004)摘要:大型空分设备冷箱内低温管道的优化设计和安装质量控制,是提高冷箱运行安全性的一个关键因素.
文章系统地介绍了大型空分设备的管道设计优化技术和冷箱内管道的规范性设计,并阐述了管架、仪表管的设计理念,提出了保证富氧介质管道安全的设计方案.
关键词:大型空分设备;低温管道;管路;管架;仪表管;富氧管道中图分类号:TB657.
9文献标识码:BOptimizeddesigntechnologyofgyroscopicpipelineinsidecoldboxoflarge-sizedairseparationplantZhouHuiming,MaHenggao(DesigningInstitute,HangzhouHangyangCo.
,Ltd.
,388DongxinRoad,Hangzhou310004,Zhejiang,P.
R.
China)Abstract:Theoptimizeddesignofgyroscopicpipelineinsidethecoldboxoflarge—sizedairseparationplantandthecontroloftheinstallationqualityisthekeyfactortoimproverunsafetyofthecoldbox.
Here,theoptimizeddesigntechnologyofpipelineandthenormativedesignofpipelineinsidethecoldboxforlarge—sizedairseparationplantaresymmetricallyintroduced,thedesignideaonpipebracketandinstrumentpipesisdescribedandthedesignschemetoensuresafetyofoxygen—richmediumpipelineisraised.
Keywords:Large—sizedairseparationplant;Gyroscopicpipeline;Pipeline;Pipebracket;Instrumentpipes;Oxygen—richpipeline1概述大型空分设备冷箱内管道都在常温下安装、低温下运行,因此需要在设计和安装阶段,考虑管道的应力作用和管道补偿等问题;并且因为所连接的设备、阀门等各不相同,每套空分设备冷箱内管道有各自的特殊性.
这需要设计人员针对每套空分设备的特点进行特殊考虑.
大型空分设备中的单元设备一般都在制造厂内设计、生产、组装,质量由生产厂家控制,但冷箱内低温管道不同于单元设备,6000m0/h等级以上空分设备冷箱内管路系统就需要在用户现场安装,这就需要用户、安装公司和管道设计单位以及监理单位共同来保证空分设备冷箱内管路系统的安全,往往会因为一方的原因就殃及整套空分设备冷箱的安全.
针对以上问题,杭氧通过加强设计规范的制订和设计理念的更新,使低温管道设计规范化、现场安装简单化;同时利用管道应力分析软件对整套冷箱内管道进行应力分析,从理论上保证管系有足够的强度和柔性.
针对大部分低温管道在用户现场安装的事实,管道设计人员通过项目前期设计技术交底、中期安装指导和后期专家检查来保证管道及管架安装的合理性和正确性,对于重点项目或现场技收稿日期:20lO.
08—13作者简介:周慧明,男,1983年生,助理工程师,现在杭州杭氧股份有限公司从事低温管道设计工作,工程管道室副主任.
·12·术力量比较薄弱的项目,则安排设计人员长驻现场来控制安装质量.
通过设计、计算和安装实践,空分设备实际运行中的教训总结以及与外单位的合作、学习等途径,杭氧在空分设备低温管道的设计方面积累了相当可观的技术经验.
当然,对技术层面上的问题每个人的看法总是会存在分歧,杭氧通过集体讨论,制定了相关的设计规范,使设计人员得以从分歧中脱离出来,去思考更高层面的问题.
2低温管道与管架设计低温管道的设计不是单纯地把设备连起来,而是要考虑很多问题,如设计、经济、安装、安全问题等;并且从最近几年的设计运行实践来看,如果在技术上不重视低温管道任一环节,冷箱就容易发生事故为了满足低温管道设计要求,杭氧采用了三维工厂设计系统PDMS软件进行冷箱内管道设计,使管道的布置设计工作更直观、准确,配管单线图更规范.
三维工厂设计系统PDMS软件的最大特点,就是建立了按实际比例设计的设备模型,从管件库中自动提取数据,生成管道图;并可以任意编辑,还可以在不同的位置提取剖视图.
建立好管道模型后,可以将其和设备、冷箱组成一个空分设备整体模型(如图1所示),然后进行碰撞检查,并生成碰撞检查报告,同时在屏幕上显示碰撞效果,可以很直观地进行修改.
三维工厂设计系统PDMS软件能够从管道元件库中提取元件特性,并根据管道设计的实际尺寸生成管道数量,供生产现场选取管道安装所需的材料.
在实际设计过程中,还综合考虑采用小角度弯管以节省材料,降低成本,并减小管道阻力,降低能耗.
图1三维工厂设计系统PDMS软件生成的空分设备整体模型图低温管道的管架设计特别重要,可以说一个管架的设置不当或失效会造成冷箱扒砂.
如某套空分设备的液空进上塔调节阀v1前托架由于点焊在冷箱壁上失效而脱落,致使下塔液空喷射于冷箱板上,直接导致冷箱开裂,并且大量液空迅速汽化,引起冷箱鼓胀.
由此可以看出很多问题:为什么阀前根部会断裂缩接的变径是不是太大了为什么托架会失效脱落托架根部焊接应该怎么焊管道压到托架上的力是不是太大管路布置是不是可以再简洁一些为什么低温液体喷射后冷箱安全阀没有起Nt可见,一起事故往往是很多问题集合和互相作用的结果.
这些问题都是设计时需要综合优化·13·和改进的.
管路的优化不是单纯的管道优化,它与单元设备管口的布置、容器的定位、冷箱上的阀门定位和开孑L密不可分,小到单元设备管口方位,大到整个空分设备冷箱的布置,缺一不可.
杭氧现在的管架设计已形成模块化选型,对每一个管架的设计形式都经过专家组的审核,设计人员只需做定位和选择即可,从而使不合理设计形式出现的概率降到最低,使设计质量提高了一个台阶.
软件中的设计原形在冷箱内管道设计建模完成后,应用CAESARlI软件对管道进行柔性分析,通过将PDMS软件自动生成的单线图信息输入到CAESARII软件,并结合工艺管线的最低工作温度和最高工作压力对管线进行极端情况下的变形和强度进行计算,以保证工艺管线的安全.
通过CAESARII软件,管道设计人员可轻易地分析管线的变形趋势和结果(如图2所示).
模拟低温下变形趋势图2管道设计原形和低温下变形趋势模拟3仪表管设计及其理念空分设备内最细小的管路——仪表管最近几年也事故频发,/l,/l,的仪表点断了,就不得不对整个冷箱进行扒砂,确确实实地验证了"冷箱内无小事"这句话,也足见其重要性.
以往设计人员对于小管道不够重视,导致仪表管断裂等事故频繁发生.
空分设备冷箱内仪表管按功能可分为分析管、测压管、液位计、阻力计、流量计5种,其中,在对液相的分析管路设计时需特别注意不能使仪表管路中充满液体,不然分析会延迟并危及仪表管路安全.
液相仪表管不能垂直沿塔布置,只允许在塔上做补偿时保持倾斜向上状态下使用.
仪表管的设计必须满足4个要求:低温补偿、分析要求、冷热隔断和经济合理.
仪表管按其中介质状态可分为液相、气相两种.
气相仪表管需沿塔布置,到低标高位置再引至冷箱壁;液相仪表管在塔上做适当的冷缩补偿后再直接引至冷箱壁.
这些都是使用了很巧妙的方法使仪表管满足了测量要求和安全的管道补偿,并使仪表管引出位置与设备或管道固定端的距离较近时,测点根部和管道的相对位移最少,对应仪表管的受力最小,因此,在满足工艺分析要求的情况下,尽可能在塔、管道的低标高位置引出仪表管.
根据国·14·内空分设备安装的现实情况,杭氧为每一套空分设备都配备了仪表管单线图,使仪表管和工艺管一样都有图可依;并且制订了仪表管线及管架设置的系列标准,为仪表管的设计和安装提供了依据.
4富氧介质配管设计对于空分设备来说,浓缩不同于精馏,意味着危险,空分设备主冷爆炸事故在业内听说得比较多.
杭氧对管道系统的设计注重了多年,特别是近几年内压缩流程空分设备数量不断增加,而且规模不断增大,液氧管道的通径也不断增大,对于管道系统来说,最重要的就是不能出现盲端蒸发现象,如果同时有液体不断补充就更加危险,随着时间的推移,就很容易由于阀门动作或其他原因,使其中浓缩的碳氢化合物满足了燃烧条件而引发爆炸.
富氧介质管道应避免使用管帽,并且在水平管路上也应使用底平缩接,对部分管内流体有可能不流动的管线,若排液管从主管底部接出,那么管道内就始终存在液体,该液体不流动但存在缓慢的蒸发和液体补充现象,因此就存在微量浓缩,由于排液管口径不大,该现象不是很明显.
但随着空分设备大型化后,就需要注意该问题.
可通过从主管上部45.
切线方向引出排液管的方法,使空分设备正常运行时排液管自身几乎不带液,其中唯一少量的液体也可以进入主管线内参与循环,从而避免危险出现.
设计时还应考虑空分设备停车冷备时富氧介质管道是否存在以上类似情况,并可通过气、液封等设计手段解决.
5结束语杭氧通过更新设计思路、制订设计规范、采用先进软件和优化技术,加强对空分设备冷箱内管路、管架和仪表管的设计质量控制;同时通过前期设计技术交底、中期安装指导和后期专家检查来控制低温管路系统的安装质量,使整个空分设备冷箱的安全性上升了一个台阶.
杭氧60000m.
/h等级内压缩流程空分设备通过机械工业联合会鉴定2010年1O月21日,受国家能源局委托,由中国机械工业联合会组织的"杭氧六万等级空分装置科技成果鉴定会暨八万等级及以上成套空分装置研制技术交流会"在北京隆重举行.
国家能源局能源节约与科技装备司副司长黄鹂参加会议,中国机械工业联合会总工程师隋永滨主持会议,杭氧股份公司总经理毛绍融致欢迎辞.
我国科研、设计、高校及用户等单位专家组成60000m/h等级空分设备鉴定委员会.
中国工程院院士、浙江大学机械能源系教授谭建荣任鉴定委员会主任,神华宁煤集团教授级高工赵金立、北京科技大学热能工程系教授李化治任副主任.
杭氧股份公司副总经理邱秋荣、总工程师朱朔元等参加会议.
毛绍融在欢迎辞中说,在各级领导的亲切关怀和大力支持下,在参加研制单位的共同努力下,60000rn/h等级空分设备国产化项目已顺利完成,形成了具有自主知识产权的技术成果.
今天的鉴定会,将为60000m0/h等级空分设备国产化画上圆满的句号.
长期以来,杭氧一直坚持科技兴厂的理念,坚持自主创新,对大型空分设备的国产化作出了努力.
在实现了60000m/h等级空分设备国产化以后,杭氧又积极向80000IT1/h等级空分设备国产化进军,目前已完成了技术储备,具备了设计、制造条件.
在以后的工作中,杭氧将义不容辞地提高产品品质和效率,为市场提供一流的产品,为客户提供一流的服务,为中国装备制造业作出应有的贡献.
杭氧股份公司总工程师朱朔元作60000m3/h等级内压缩流程空分设备工作总结,设计院院长周智勇作60000m3/h等级内压缩流程空分设备研制技术总结,内蒙古大唐多伦煤化工有限责任公司介绍了3套58000ITI/h空分设备的建设、运行情况,神华煤制油化工有限公司包头分公司介绍了4套60000IT1/h空分设备的建设、运行情况.
在听取了研制单位的研制总结、技术工作总结和用户使用等报告,审查了有关技术文件,结合之前成套空分设备的运行现场考察情况后,鉴定委员会提出了鉴定意见:"在国内率先研制成功的六万等级内压缩空分装置,技术性能满足用户使用要求,达到了国际同类装置先进水平.
空分装置工业运行平稳,主要指标符合相关标准和项目合同书要求,具有显著的经济效益和社会效益.
杭氧股份公司工艺装备先进,质量管理体系完善,具备了规模化生产的能力.
鉴定委员会一致同意通过六万等级内压缩空分装置鉴定.
建议进一步研发更高等级的空分装置,满足市场需要.
"会上,杭氧股份公司设计院韩一松博士详细介绍了80000m3/h等级以上空分设备的技术方案、装备水平和制造能力.
专家、用户充分肯定了杭氧此次提出的80000m3/h等级以上成套空分设备的技术方案,认为技术方案成熟、科学、合理、可行,方案中提出的采用自行开发的空分流程设计计算软件包,计算效率与精度已达到国外先进水平.
希望杭氧根据用户的要求,对空分流程进行针对性开发,进行多方案比较,选择安全可靠、节能的最优方案.
要注重设计精细化,最好有原始创新.
毛绍融、朱朔元表示,杭氧将根据广大专家和用户提出的意见,在80000m.
/h等级空分设备节能、可靠性、稳定性、维护操作方便性上下功夫,设计、制造出让用户满意、能彰显中国装备制造实力的空分设备.
本刊·15·