孙东远

摘要：本文主要以4万等级内压缩空分的配管設计过程为例，对优化要求与优化方向进行深入探究，对满足逐渐趋于复杂的空分设备保冷箱配管组织形式具有重要意义。 关键词：空分设备；保冷箱；配管设计；优化

近年来由于钢铁行业和煤化工行业的快速发展，使得为其配套的空气分离行业迅速地向多样化、大型化等方向发展。外压缩流程、自增压流程、内压缩空气膨胀进下塔流程、内压缩氮气膨胀流程等多种流程组织形式不断变化使得空分冷箱内的管道更为复杂。由于空分等级不断加大造成系统内部管道口径也不断增大。

一、流程简介

该套空气4万等级空分是内压缩空气膨胀进下塔流程。来自纯化系统后分为两部分：一部分直接进入低压换热器冷却至约一173。C进入下塔：另一部分通过空气增压机进一步压缩，其中抽出一股压力为28MPa的空气进入膨胀机增压端增压后进入主换热器冷却.冷却后的空气进入膨胀端膨胀后得到部分含湿的空气进入下塔。另一股从空气增压机末级排出的空气经过增压机后冷却器冷却后送人冷箱经高压换热器冷却后节流进入下塔。在塔内经过精馏后得到液氧和氮气。液氧经过高、低压泵压缩至用户指定压力后经过高压换热器得到高压氧气。

二、冷箱内管道的特点

空分冷箱高60米左右，冷箱内管道走向多为垂直走向，落差较大。安装温度到工作温度相差210。C左右。国内空分设备冷箱内管道多为铝镁合金管道，通过金属的线膨胀系数可计算出管道的位移有250ram左右（和实际测量值基本相符）。根据以上因素可知管道收缩比较严重，管道的一次应力、二次应力、各个支吊架受力情况等都是需要设计人员认真考虑的问题.且根据《CB/r 20801-2006压力管道规范》规定工作温度在一70。C以下的管道必须进行应力分析。

三、空分设备保冷箱内配管设计与优化

（一）单元设备、冷箱板开孔、阀门位置设计

在传统空气分离工程当中，设计人员对于总图当中单元设备、冷箱板开孔以及阀门的设计，常常会加入主观经验理论，导致设计图当中多处细节难以满足实际工程要求。管道工程师在按图配管的过程中，由于设计图与配管实际不符的现象，严重影响了配管的顺利进行。常见的不合理设计部分包括上塔安全阀的设置过高。阀门与管口设置在两个完全不同的方向。粗氮塔液空蒸汽区采用固定方式安装上塔阀等。在现代工艺的推动下，空气分离工程的大型化、多元化发展要进一步结合规范化、合理化的配管设计形式，严格遵循配管需求，在设计单元设备、冷箱板开口以及阀门的过程中，要尽量取消非必要的阀门、测点以及管线，进而对管口在容器上的方位进行优化，有效提升管道布置的实用性、安全性以及经济性。

（二）与设备相连管道的铺设

现阶段，空气分离工程的大型化发展进程中，原有管道铺设在保冷箱壁附近的形式，存在诸多弊端，很有可能导致管道阻力增加以及安全性下降。在现代工艺当中，设备相连管道科学的铺设方式，要求上塔、下塔、粗氩塔、精氩塔、主冷等管口与容器支座之间的落差要有效控制在lOm以上。基于同步收缩原理，在实际铺设过程中，沿塔体铺设的方式较为普遍，为方便焊接管道支架，在实际铺设过程中，会在设备管口的附近预先焊接贴板，优化管道整体的安全性。

在对上塔与过冷器之间的污氮管进行布置设计的过程中，管道可直接从上塔处沿着容器就近引至过冷器，这种设置方式，与以往的沿着保冷箱壁布设的模式相比，利用30。—60。弯管代替，能够显著降低90。弯管的上使用数量，从原来的5～8个直降为零；相应的管架数量也会显著降低，原本30t的保冷箱内管重量，能够降至26t左右；管架总重能够从8t降至4t左右。改变以往沿着保冷箱壁设置的配管方式，能够有效降低空分设备的跑冷量，提升设备性能。

配管沿着单元设备布置，在设备上的预设贴板能够对管道进行直接支撑，且管道与设备的同步收缩作用，能够促使管道在满足补偿需求的同时，简化管道布置，减少保冷箱内部的焊接点，提升空分设备整体的安全性。

（三）排液管道排放形式设计

在原有的空分设备当中，排液管道的主要设置方式是从主管道的最底部向下引出。这种方式能够在一定程度上将液体排除主管，但此种排放形式会导致保冷箱内部一直存在一个低于主管道的点，运行时排放阀处于长期关闭状态，可能会造成危险介质在最低点积聚，进而威胁到设备及运行的安全。

而在现阶段的新型工艺当中，排放管的排放形式进行了优化设计，即将排放管从主管的最低处引出，并在铺设过程中设置1：10的坡度，连接到保冷箱壁进行复热。通过此种设计优化，促使设备排液过程呈现为带压排放的形式，位于主管道最低点的排放管，能够实现完全排放主管道液体的效果，消除了危险介质积聚的安全隐患。

（四）结合管道应力优化配管设计

在空分设备配管设计的过程中，考虑足够补偿等性能指标是十分必要的，但若忽视了补偿过多对设备运行性能的影响，则会形成极大的安全隐患。在以往的配管设计当中，设计师与管道工程师都习惯将经验理论作为主要的参考依据，导致管道设置过程中存在极大的资源浪费，使管架焊接等相关工作量直接增加。

现阶段，在现代信息技术的帮助下，利用CAESARⅡ应力分析软件，能够实时、准确地对管道进行应力分析，能够在配管过程中达到准确补偿的效果，既能够避免补偿不足，同时也能减少补偿过多的现象，同时促进管架设置数量与位置的合理优化，实现空分设备保冷箱内配管设计的量化发展。除此之外，利用这种应力分析软件，还能进一步实现对管道柔性进行优化设计，同时分析设备所承受的载荷是否有优化的空间，进而促进管道设备整体的安全性提升，并相应延长管道与设备的使用寿命，降低配管总体成本。

四、结束语

总而言之，冷箱内的设计工作是复杂的系统工作，设备布置、管道设计、应力计算是相互影响的。设计人员应从全局出发，总体考虑各个工作环节使得各项工作更加优化。这方面的经验需要设计人员在日常工作中锻炼全局意识、管道受力分析意识等才能不断提高设计质量。

参考文献：

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[2]闫俊超，李惠民.空分设备保冷箱内配管设计与优化[J].河南科技，2014（08）：141-142.