淺談大型空分裝置設(shè)備布置與氧氣管線設(shè)計(jì)王芳芳;袁良正【摘要】隨著空分裝置的不斷大型化，設(shè)備布置在工程設(shè)計(jì)中越來越重要，是空分工程設(shè)計(jì)中重要的組成部分.本文從安全性要求、工藝流程要求等幾個(gè)方面對(duì)大型空分裝置設(shè)備布置作了總結(jié)，對(duì)氧氣管線的工藝設(shè)計(jì)、管材選取、管道施工驗(yàn)收等幾個(gè)方面進(jìn)行了探討.【期刊名稱】《廣州化工》【年(卷)，期】2013(041)016【總頁數(shù)】3頁(P174-176)【關(guān)鍵詞】空分;設(shè)備布置;氧壓機(jī);氧氣管道【作者】王芳芳;袁良正【作者單位】東華工程科技股份有限公司，安徽合肥230024;東華工程科技股份有限公司，安徽合肥230024【正文語種】中文［中圖分類】TH61空分裝置簡介與組成空氣分離裝置簡稱空分裝置，主要是利用空氣中各組分物理性質(zhì)不同，采用深度冷凍、吸附、膜分離等方法分離出氧氣、氮?dú)猓蛲瑫r(shí)提取氦氣、氬氣等稀有氣體的過程。空分產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、醫(yī)藥等各行各業(yè);目前大型煤化工行業(yè)多運(yùn)用深冷法生產(chǎn)氧氣、高純度氮?dú)饧耙簹濉?空分裝置的設(shè)備布置空分裝置布置主要包含空分空壓機(jī)系統(tǒng)、空分主裝置、空壓站、氮壓機(jī)廠房、液體貯罐區(qū)幾個(gè)組成部分，各組成部分間由內(nèi)管廊連接;大型空分占地面積大，如52000Nm3/h(O2)的空分裝置占地總長約150m，總寬約130m?？辗盅b置設(shè)備布置時(shí)主要從以下方面考慮：2.1安全性要求空分裝置生產(chǎn)類別為乙類，危險(xiǎn)介質(zhì)有氧氣、氮?dú)狻⒁貉?、液氮、液?氧氣屬于助燃物，氮?dú)庖滓鹬舷?，液氧、液氮、液氬?huì)使人發(fā)生凍傷的危險(xiǎn)。設(shè)備布置時(shí)應(yīng)嚴(yán)格遵守《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》、《深度冷凍法生產(chǎn)氧氣及相關(guān)氣體安全技術(shù)規(guī)程》中的規(guī)定。氧氣調(diào)節(jié)閥組宜設(shè)置獨(dú)立閥門室或防護(hù)墻。冷箱氧氮總放空塔與氧氣閥門室相連布置，并放置在裝置空曠區(qū)。⑶高壓氧放空閥、氧壓機(jī)、氨冷器等設(shè)備根據(jù)要求設(shè)置防爆墻。氧壓機(jī)宜單獨(dú)設(shè)置廠房，若與氮壓機(jī)等布置在一個(gè)廠房時(shí)，要設(shè)置防火墻將氧壓機(jī)隔開。蒸汽放空消音器盡量不要掛在壓縮廠房外墻上，以防蒸汽放空時(shí)太熱對(duì)外墻體造成損害，可在管廊上設(shè)置框架放置消音器?？辗种幸旱A槽、液氧貯槽、液氬貯槽應(yīng)盡量放在一起;根據(jù)工藝要求，設(shè)置貯槽區(qū)防護(hù)圍堰。氧氣(包括液氧)儲(chǔ)罐間的防火間距，應(yīng)不小于相鄰兩罐中較大罐的半徑;氧氣與氮?dú)狻鍤鈨?chǔ)罐的間距及氮?dú)?、氬氣?chǔ)罐之間的間足巨應(yīng)滿足施工和檢修要求，且不宜小于2m。液氧與液氮、液氬儲(chǔ)罐的間距及液氮、液氬儲(chǔ)罐之間的間足巨應(yīng)滿足施工和檢修要求，且不宜小于2m。對(duì)排液、放空、吹掃管路應(yīng)盡量集中放空排放，也方便對(duì)這些物料采取統(tǒng)一的治理措施。2.2滿足工藝流程要求設(shè)備布置要符合工藝流程設(shè)計(jì)要求，做到布置合理，并根據(jù)工藝要求將各種設(shè)備布置在合適的層高，必要時(shí)設(shè)置廠房、框架或利用管廊上部的空間放置設(shè)備，還有根據(jù)地形、全年最小頻率風(fēng)向等情況布置，以免影響工藝的要求?？諝膺^濾器吸入口應(yīng)布置在裝置全年最小頻率風(fēng)向的下風(fēng)側(cè);并且遠(yuǎn)離全廠CO2氣體排放口;如空氣吸入口總圖布置沒考慮好風(fēng)向，經(jīng)常有碳?xì)浠衔锎祦砘蚓嚯xCO2排氣口太近，則會(huì)加大分子篩吸附負(fù)荷，嚴(yán)重時(shí)開車會(huì)后因分子篩出口CO2含量超標(biāo)而導(dǎo)致空分裝置經(jīng)常停車。壓縮機(jī)布置考慮蒸汽管道機(jī)械應(yīng)力，預(yù)留進(jìn)出口氣路大管線上的閥組及放空調(diào)節(jié)閥組位置。⑶壓縮機(jī)油站與高位油箱放在廠房同側(cè)，壓縮機(jī)油站位置放在壓縮機(jī)組總進(jìn)油和總回油管一端。⑷氨冷器放置在防爆廠房中，或裝置邊緣，并與附近的設(shè)備以防爆墻隔開。設(shè)備布置及廠房設(shè)置時(shí)要考慮大管道上流量計(jì)的安裝距離要求，如污氮?dú)?、空氣管道，膨脹機(jī)增壓端進(jìn)口管線上均有流量計(jì)，最好預(yù)先將管道粗略布置一下。設(shè)備布置時(shí)要考慮大管道的機(jī)械應(yīng)力，如分子篩系統(tǒng)管道，最好先大致布置一下較大管道并通過應(yīng)力計(jì)算后再確定最終布置，不然以后配管有修改時(shí)可能會(huì)影響到設(shè)備布置。液體貯槽基礎(chǔ)高度要滿足液體泵的凈正吸入壓頭，防止汽蝕。⑼液體貯存管線從冷箱到貯槽區(qū)距離盡量近，可設(shè)置單獨(dú)的桁架跨至貯槽區(qū)，以減少冷量損失。2.3滿足設(shè)備的操作、檢修、施工要求設(shè)備布置時(shí)應(yīng)考慮到既要給操作者創(chuàng)造一個(gè)良好的操作環(huán)境和空間，也要考慮到設(shè)備以后的維修空間和施工安裝空間。汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的空壓機(jī)增壓機(jī)廠房，最好將兩級(jí)抽汽射氣裝置和排氣安全閥布置在二樓樓面上，方便操作和檢修，又整潔美觀。汽輪機(jī)表冷器上方的空間要留足，能使表冷器下方的熱井抬起放到表冷器基礎(chǔ)里面。壓縮機(jī)基礎(chǔ)表冷器附近的基礎(chǔ)柱間距布置時(shí)，需滿足表冷器循環(huán)水配管的空間要求。壓縮機(jī)廠房樓梯和安全出入口要符合規(guī)范要求。壓縮機(jī)廠房設(shè)置檢修吊車，吊車軌頂高度要根據(jù)最大檢修部件尺寸及壓縮機(jī)尺寸計(jì)算。壓縮機(jī)廠房吊車有操作室時(shí)，要設(shè)置吊車檢修平臺(tái)，平臺(tái)高度要根據(jù)吊車尺寸參數(shù)計(jì)算。⑺寒冷地區(qū)壓縮機(jī)的高位油箱最好放在廠房內(nèi)，防止油箱被凍壞，南方地區(qū)可考慮高位油箱放室外。(8)二層壓縮機(jī)廠房設(shè)吊裝孔和檢修區(qū)域。⑼控制室和分析小屋位置合理，避開危險(xiǎn)區(qū)，遠(yuǎn)離震動(dòng)設(shè)備。合理安排設(shè)備間距和凈空高度;設(shè)置必要的操作通道和平臺(tái)。設(shè)備布置時(shí)要預(yù)先考慮好大管道閥組的放置，方便操作檢修，不要讓閥組堵塞設(shè)備的操作和檢修通道。分子篩吸附器布置時(shí)需要考慮分子篩和活性氧化鋁的裝填和卸料，各個(gè)廠家設(shè)計(jì)的吸附器吸附器裝填人孔位置不同，分子篩平臺(tái)的設(shè)置也有所不同;臥式分子篩裝填人孔在設(shè)備中間一側(cè)時(shí)，可考慮將分子篩對(duì)稱布置在設(shè)備中間設(shè)置一個(gè)聯(lián)合大平臺(tái);當(dāng)裝填人孔在設(shè)備兩端時(shí)，設(shè)備兩端分設(shè)平臺(tái)，有管道進(jìn)出的一端，上方可設(shè)置聯(lián)合操作平臺(tái)并支撐管道。設(shè)備安裝和維修盡量采用可移動(dòng)式起吊設(shè)備。道路出入口及凈空高度要方便移動(dòng)式吊車的出入。預(yù)留吊裝主要設(shè)備和現(xiàn)場(chǎng)組裝大型設(shè)備需要的場(chǎng)地。(17)預(yù)留珠光砂充裝需要的場(chǎng)地。2.4設(shè)備布置力求經(jīng)濟(jì)合理設(shè)備布置在符合工藝要求的前提下，還應(yīng)以經(jīng)濟(jì)合理為主，并注意整齊美觀;除管道機(jī)械應(yīng)力有要求的管道外，設(shè)備布置時(shí)應(yīng)考慮管道盡量短而直。滿足各項(xiàng)要求的情況下，盡可能縮小占地面積，減少能耗、節(jié)約投資，做到最經(jīng)濟(jì)合理的工程造價(jià)。2.5其他[1]滿足業(yè)主的特殊要求，由于各當(dāng)?shù)亓?xí)慣不同，或?yàn)榱瞬僮髌?，業(yè)主往往提出要求，如建筑物類型、鋪砌范圍、樓梯、升降設(shè)備、凈空高度、搬運(yùn)工具等。根據(jù)氣溫、降水、風(fēng)沙等當(dāng)?shù)貤l件和生產(chǎn)過程或某些設(shè)備的特殊要求，決定是否采用室內(nèi)布置。如寒冷地區(qū)壓縮機(jī)需放置在全封閉的廠房內(nèi)，廠房內(nèi)要設(shè)置采暖;南方地區(qū)壓縮機(jī)可設(shè)置在隔音罩，或半封閉廠房中達(dá)到降噪目的。⑶注意裝置的整齊美觀，如離心泵成排排列，應(yīng)以泵出口管中心線取齊。3氧氣管線的設(shè)計(jì)空分裝置管道布置中比較重要的部分是氧氣管線的布置設(shè)計(jì)，氧氣管線布置關(guān)系到整個(gè)空分裝置的安全，所以布置時(shí)必須嚴(yán)格按照規(guī)范要求。3.1工藝設(shè)計(jì)氧氣管道內(nèi)介質(zhì)流速選取要合適，管徑不宜選小，管道閥門前后要有一定的直管段，這些都能減少氧氣對(duì)管道內(nèi)壁的沖擊，避免引起火災(zāi)事故。高壓低溫空氣節(jié)流從流程上精心設(shè)計(jì)節(jié)流閥前后壓差，以降低每級(jí)節(jié)流壓差，減小流速，提高閥門使用壽命，減少管系振動(dòng)。高壓氧氣輸送管路設(shè)置高壓空氣預(yù)充氣管，以確保高壓氧氣送氣時(shí)的安全性。⑷在高壓差大口徑自動(dòng)閥和特殊的通過閥上設(shè)置旁通閥，防止高速氣流對(duì)設(shè)備、閥門和管路造成損害，尤其對(duì)氧氣管路更可起到事故防范作用。(5)氧氣管道的閥門要選擇專用的氧氣閥門，當(dāng)工作壓力大于0.1MPa時(shí)，嚴(yán)禁采用閘閥;公稱壓力大于或等于1.0MPa且公稱直徑大于或等于150mm的手動(dòng)氧氣閥門，宜選用帶旁通的閥門。3.2管材的選取管道材質(zhì)方面，根據(jù)《深度冷凍法生產(chǎn)氧氣及相關(guān)氣體安全技術(shù)規(guī)程》[2](GB16912-2008)第8.3條選用不用壓力等級(jí)下的氧氣管道材質(zhì);大型煤化工所需氧氣壓力較高，大多數(shù)＞5.0MPa,所以在閥后5倍外徑(并不小于1.5m)范圍、壓力調(diào)節(jié)閥組前后各5倍外徑(各不小于1.5m)范圍內(nèi)、放散閥后我們一般選用鎳基合金材料；3.3管道的敷設(shè)氧氣管道必須架設(shè)在非燃燒體支架上。氧氣管道架空敷設(shè)時(shí)，要注意和其他管道及電纜橋架的間距，按照《深度冷凍法生產(chǎn)氧氣及相關(guān)氣體安全技術(shù)規(guī)程》(GB16912-2008)第8.1.10條規(guī)定確定最小凈距。廠房內(nèi)的氧氣管道一般不埋地敷設(shè)。氧氣調(diào)節(jié)閥組要設(shè)置單獨(dú)的閥門室，氧氣安全閥放空最好接到放空總管上排至消音塔，閥門室里的手動(dòng)閥要選用加長閥桿，將閥桿伸出閥門室外操作。氧氣管道的連接盡量采用焊接，但與設(shè)備、閥門連接處可采用法蘭或螺紋;螺紋連接處，應(yīng)采用聚四氟乙烯薄膜作為填料，嚴(yán)禁采用涂鉛紅的麻、棉絲、或其他含油脂的材料。氧氣管線要設(shè)置導(dǎo)除靜電的接地裝置。3.4管道的施工驗(yàn)收氧氣管道、閥門、儀表墊片及其他附件等安裝前必須進(jìn)行嚴(yán)格的除銹、脫脂。氧氣管線各個(gè)分支采用三氯乙烯、丙酮等脫脂劑反復(fù)擦洗脫脂，擦洗完的部件應(yīng)及時(shí)用無脂塑料布包好閥門以免二次污染。氧氣主管線采用強(qiáng)制循環(huán)清洗，將要清洗的管線充滿清洗液，通過臨時(shí)管線與清洗泵站相連接，形成清洗回路通過泵的強(qiáng)制循環(huán)來清洗;主要有水清洗及管道系統(tǒng)試壓、脫脂、水沖洗、酸洗、水沖洗、漂洗、中和鈍化、人工處理、干燥幾個(gè)步驟。脫脂合格后的管道應(yīng)及時(shí)封閉管口并充入干燥氮?dú)?。氧氣管道壓力試?yàn)介質(zhì)采用無油的干燥空氣或氮?dú)?，并按照GB16912-2008規(guī)定執(zhí)行。在安裝過程中及安裝后要采取有效措施，如鈍化或充氮?dú)?，防止受到油脂污染，防止可燃物、銹屑、焊渣、砂土及其他雜物進(jìn)入或一流在管道內(nèi)，并進(jìn)行嚴(yán)格的檢查。在安裝、檢修后或長時(shí)間停用后再投入使用前，應(yīng)將管內(nèi)殘留的水分、鐵屑、雜物等用無油干燥空氣或氮?dú)獯祾吒蓛簟４祾咚俣葢?yīng)不小于20m/s，且不低于氧氣管道設(shè)計(jì)流速。嚴(yán)禁用氧氣吹掃管道。4結(jié)語隨著空分單套裝置產(chǎn)氧量的不斷增大，設(shè)備布置和管道設(shè)計(jì)布置也越來越重要，是空分工程設(shè)計(jì)中重要的組成部分?？辗衷O(shè)備和管道布置是一門需要綜合各個(gè)專業(yè)知識(shí)的技術(shù)，需要在工程設(shè)計(jì)中長期實(shí)踐和積累經(jīng)驗(yàn)，一個(gè)好的裝置和管道布置，可