(中國石化集團洛陽石油化工工程公司配管室，河南洛陽 471003)

煙氣輪機是催化裂化裝置再生煙氣能量回收的專用動力回收設(shè)備，是把催化裂化再生系統(tǒng)燒焦產(chǎn)生的高溫煙氣所具有的熱能和壓力能膨脹做功轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的高速旋轉(zhuǎn)機械，其發(fā)出的功率用于驅(qū)動主風機和通過電動/發(fā)電機發(fā)電，從而達到能量回收的目的。

煙氣輪機是催化裂化裝置中的核心設(shè)備之一，對全裝置能耗起著重要作用，一旦煙氣輪機出現(xiàn)故障，處理不當就可能使整個催化裂化裝置停產(chǎn)，造成巨大的經(jīng)濟損失。因此，能否保證煙氣輪機的正常運轉(zhuǎn)也就關(guān)系到整個催化裂化裝置能否正常運行，而煙氣輪機進出口管道的合理布置，又是保證整個機組正常運行的關(guān)鍵。

煙氣輪機在含有催化劑粉塵的高溫煙氣中工作，操作條件苛刻，因此對煙氣輪機進出口管嘴所受的力和力矩要求極為嚴格。再生煙氣管道溫度高、管徑大，需考慮的問題復雜，煙氣輪機進出口管道設(shè)計的合理與否不僅關(guān)系到煙氣輪機的正常操作和使用壽命，也會影響整個催化裂化裝置的正常運行［1］。由于煙氣輪機進口管道的布置更為復雜，相關(guān)的論述和研究也較多，從而得到了人們足夠的重視，出口管道由于走向和支架相對較為簡單，反而沒有入口管道那么引人重視，本文在此淺談一下煙氣輪機出口管道的設(shè)計。

1 煙氣輪機出口管道的布置型式

煙氣輪機出口管道是指從煙氣輪機出口到煙機出口水封罐入口之間的管道。煙氣輪機按照出口管嘴結(jié)構(gòu)型式不同可分為上排氣式和下排氣式兩種，近年來上排氣式最為常見。水封罐的形式根據(jù)介質(zhì)流向不同可分為側(cè)進頂出式和頂進側(cè)出式兩種。本文僅探討最為常見的兩種煙氣輪機出口管道的布置形式，即上出側(cè)入式和上出頂入式兩種，見圖1。

圖1 煙氣輪機出口管道的布置形式示意圖

2 煙氣輪機出口管道材料的選擇

為避免異物特別是襯里材料脫落后進入煙氣輪機內(nèi)，煙氣輪機出口垂直管段及折轉(zhuǎn)的彎頭或三通應(yīng)采用耐高溫不銹鋼材質(zhì)的熱壁形式，外加保溫結(jié)構(gòu)，其后管段采用隔熱耐磨襯里的冷壁形式，即碳鋼加內(nèi)襯里形式。

3 煙氣輪機出口管道走向及設(shè)計要點

3.1 煙氣輪機出口管道走向

煙氣輪機出口法蘭一般為方形，跟該法蘭配對的煙氣輪機出口過渡段為方形法蘭加一個天圓地方大小頭，一般是由煙氣輪機制造廠家自帶的。由于煙氣輪機出口管道仍處于高溫狀態(tài)，熱膨脹量大，而且煙氣輪機出口受力要求條件苛刻，故在煙氣輪機正上方出口處設(shè)置一個彎管壓力平衡型膨脹節(jié)，主要用于吸收熱態(tài)時煙氣輪機和該段立管的膨脹，并且滿足其受力要求。

根據(jù)煙機出口水封罐的結(jié)構(gòu)形式以及煙氣輪機出口與煙機出口水封罐的相對位置關(guān)系，可以確定彎管壓力平衡型膨脹節(jié)三通的朝向，通過設(shè)置彎管壓力平衡型膨脹節(jié)，管道由垂直方向改為水平方向，其后設(shè)置一個大小頭，小端口徑與彎管壓力平衡型膨脹節(jié)一致，即與煙氣輪機出口過渡段的圓端一致，大端口徑與管道工藝口徑一致。

上出頂入式管道在大小頭后設(shè)置一段水平管段加一個90度彎頭再加一個復式萬向鉸鏈型膨脹節(jié);與煙機出口水封罐入口相連即可，見圖3。

上出側(cè)入式管道需根據(jù)平面布置在合適位置設(shè)置水平管段后的90度彎頭，然后設(shè)置一個復式萬向鉸鏈型膨脹節(jié)后再設(shè)置一個90度彎頭，再用一水平管段與煙機出口水封罐入口相連，見圖2。

圖2 上出側(cè)入式管道布置示意圖

圖3 上出頂入式管道布置示意圖

3.2 煙氣輪機出口管道的設(shè)計要點

3.2.1 膨脹節(jié)的設(shè)置

膨脹節(jié)的選型一般分為兩步:第一步是根據(jù)煙道的布置及走向確定管段的形狀，然后選擇膨脹節(jié)形式;第二步是計算管段因熱變形而產(chǎn)生的位移量，再估計安裝偏差量，據(jù)此確定膨脹節(jié)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。這里要強調(diào)的是第一步最為關(guān)鍵［2］。

3.2.1.1 彎管壓力平衡型膨脹節(jié)

彎管壓力平衡型膨脹節(jié)可吸收軸向和橫向組合位移而不使系統(tǒng)支座或設(shè)備承受內(nèi)壓推力的作用，所以廣泛用于對荷載敏感的設(shè)備進出口，吸收設(shè)備與管道的熱位移，使設(shè)備所受的載荷減至最小，所以用在煙氣輪機出口處是非常合適的。

圖4 彎管壓力平衡型膨脹節(jié)示意圖

如圖4所示，將彎管壓力平衡型膨脹節(jié)的支耳用螺栓固定在煙道支架上，由煙道支架來承受整個煙氣輪機出口垂直管段和部分水平管段的質(zhì)量，該膨脹節(jié)上的恒力彈簧用來承載膨脹節(jié)的質(zhì)量，工作波和平衡波共同作用，依靠拉桿結(jié)構(gòu)使得波紋管產(chǎn)生的壓力推力大小相等，方向相反而抵消。煙氣輪機本體以及煙氣輪機出口至彎管壓力平衡型膨脹節(jié)支耳處的豎向位移差由彎管壓力平衡型膨脹節(jié)的兩個工作波的軸向位移來吸收，該部分的橫向位移由兩個工作波的轉(zhuǎn)角位移來吸收。

3.2.1.2 復式萬向鉸鏈型膨脹節(jié)

復式萬向鉸鏈型膨脹節(jié)能吸收任一個平面內(nèi)的橫向位移并能承受波紋管壓力推力。不管是在如圖2中所示彎管壓力平衡型膨脹節(jié)支耳至煙機出口水封罐入口的Z型管道上的垂直部分設(shè)置復式萬向鉸鏈型膨脹節(jié)，或者在如圖3中彎管壓力平衡型膨脹節(jié)支耳至煙機出口水封罐入口的L型管道上的垂直部分設(shè)置復式萬向鉸鏈型膨脹節(jié)，均可吸收這兩點之間的橫向位移。而這兩點之間的豎向位移部分相互抵消，部分通過管道的自然補償而吸收。

3.2.2 支架的設(shè)置

一般把煙氣輪機和水封罐等設(shè)備本體視為固定件，在這里可以將煙氣輪機出口和煙機出口水封罐入口視為固定支架，彎管壓力平衡型膨脹節(jié)支耳在煙道支架上固定后相當于一個固定支架，這樣可將一個復雜的管段分成兩個簡單的管段。

由于襯里管道的自重相當大，在彎管壓力平衡型膨脹節(jié)后的水平管段上設(shè)置一個承重支架。對于上出頂入式管道，該承重支架用來承受煙氣輪機出口部分水平管段及入水封罐前垂直管段的重量。對于上出側(cè)入式管道，該承重支架用來承受煙氣輪機出口部分水平管段及隨后彎頭后部分垂直管段的重量，另一部分垂直管段及入水封罐前水平管段的重量分別由立管上的吊架和進水封罐前的彎頭下方的支架來承受。由于該管道溫度較高，熱脹較大的原因，支架和吊架選用彈簧型式。

4 煙氣輪機出口管道設(shè)計注意事項

4.1 由于催化裂化裝置平面布置與煙氣管道的布置息息相關(guān)，所以在考慮平面布置的時候就應(yīng)該充分考慮煙氣管道的布置形式，對于煙氣輪機出口管道來說應(yīng)盡早落實煙機出口水封罐的形式，從而落實水封罐的位置并確定煙氣輪機出口管道的布置形式。

4.2 由于煙氣輪機出口管道的重要性和特殊性，建議煙氣輪機出口過渡段的圓端口徑待應(yīng)力分析做到一定深度后將其所需的適宜尺寸返給煙氣輪機制造廠家，該口徑一般會比煙氣輪機出口管道的工藝口徑小些。

4.3 根據(jù)煙氣輪機和煙機出口水封罐的位置關(guān)系，煙氣輪機出口管道彎管壓力平衡型膨脹節(jié)后的水平管段一般都是傾斜著出主風機廠房，規(guī)劃主風機廠房的時候應(yīng)先放樣，確保該廠房的立柱位置不與該管道相干涉，同時在兩立柱間所拉梁上預埋用于放置彈簧的鋼板時應(yīng)與該管道垂直。

4.4 由于煙氣輪機出口向上，緊接著又安裝了彎管壓力平衡型膨脹節(jié)，整個煙氣輪機出口管道的安裝高度較高，考慮到主風機廠房的吊車需要跨越該管道頂，所以該管道的高度直接影響了整個主風機廠房的高度，因此在確定該廠房的軌頂標高前一定要認真核算該管道的高度。

4.5 在煙氣輪機正上方需要設(shè)置煙道支架用于支撐彎管壓力平衡型膨脹節(jié)上的支耳，煙道支架的設(shè)置需要考慮的問題有:①煙道支架立柱生根在主風機和煙氣輪機的聯(lián)合基礎(chǔ)上，兩基礎(chǔ)間有高差，立柱位置應(yīng)避開交界線。②煙道支架不能在機組軸線方向的機組范圍內(nèi)打斜撐，否則可能會碰聯(lián)軸器，垂直于軸線方向的斜撐也需要考慮煙氣輪機的檢修，應(yīng)盡量設(shè)置一根較高的中間梁，在該中間梁上方打斜撐。③煙道支架頂部的橫梁用來放置彎管壓力平衡型膨脹節(jié)上的支耳，該梁上應(yīng)該預留固定支耳用的螺栓孔，螺栓孔到煙氣輪機出口中心的間距應(yīng)由膨脹節(jié)廠家確定，結(jié)構(gòu)專業(yè)確定梁上預留孔的方式后即可確定該梁的位置，而所需要的螺栓螺母是耐高溫的，由膨脹節(jié)廠家自帶并讓其提供尺寸。④煙道支架設(shè)計好之后需將其結(jié)構(gòu)圖紙以及膨脹節(jié)的布置圖返給膨脹節(jié)廠家，讓其核對該支架的梁柱等構(gòu)件是否與膨脹節(jié)本體的構(gòu)件(如拉桿和彈簧等)相干涉，假如有干涉也好做出相應(yīng)的調(diào)整。⑤上出側(cè)入式管道在兩彎頭間的立管上需要設(shè)置彈簧吊架，而此立管就是一個復式萬向鉸鏈型膨脹節(jié)，所以該彈簧的吊點所需的支耳位置(標高及方位)應(yīng)提前提供給膨脹節(jié)廠家，由膨脹節(jié)廠家?guī)Т酥Ф?/p>

5 結(jié)論

隨著裝置規(guī)模的增大，煙氣輪機出口管道的管徑也隨之增大，煙氣輪機出口管道的設(shè)計問題就更加突出，如何合理的布置該管道以及設(shè)置合適的膨脹節(jié)和支吊架就顯得至關(guān)重要，應(yīng)給與足夠的重視。

［1］楊 青，祁魯海.催化裂化煙氣輪機入口管道的設(shè)計［J］.化工設(shè)計，2004，14(3):30－33.

［2］趙鐵柱.催化裂化裝置煙道設(shè)計要點分析［J］.煉油技術(shù)與工程，2004年，34(9):28－31.