謝燦燦

（杭州中泰深冷技術(shù)股份有限公司，浙江杭州 311400）

空分設(shè)備保冷箱內(nèi)的配管設(shè)計與優(yōu)化

謝燦燦

（杭州中泰深冷技術(shù)股份有限公司，浙江杭州 311400）

空氣分離工程是鋼鐵行業(yè)與煤化行業(yè)的重要支撐部分，其中，空分設(shè)備保冷箱內(nèi)的配管設(shè)置質(zhì)量，與工程的總體價值實現(xiàn)具有重要聯(lián)系?；诖耍涂辗衷O(shè)備保冷箱內(nèi)的配管設(shè)計與優(yōu)化進行分析，分別對單元設(shè)備與閥門等的位置設(shè)計、與設(shè)備相連管道的鋪設(shè)、排液管道排放形式等的優(yōu)化進行了介紹，進一步提出了結(jié)合管道應(yīng)力進行優(yōu)化配管現(xiàn)代化發(fā)展方向，以期為空氣分離工程的整體應(yīng)用性能與應(yīng)用效益提升提供有效參考。

空分設(shè)備；保冷箱；配管設(shè)計；排液管道

在鋼鐵行業(yè)與煤化工業(yè)的迅速發(fā)展的大環(huán)境下，空氣分離行業(yè)也迎來了巨大的發(fā)展機遇，逐漸向大型化、多樣化的方向轉(zhuǎn)變。在行業(yè)轉(zhuǎn)型與發(fā)展過程中，對主要設(shè)備保冷箱內(nèi)部的配管設(shè)計提出了安全性與經(jīng)濟性的全新優(yōu)化要求。本文以4萬等級內(nèi)壓縮空分的配管設(shè)計過程為例，對優(yōu)化要求與優(yōu)化方向進行深入探究，對滿足逐漸趨于復(fù)雜的空分設(shè)備保冷箱配管組織形式具有重要意義。

1 單元設(shè)備、冷箱板開孔、閥門位置設(shè)計

在傳統(tǒng)空氣分離工程當(dāng)中，設(shè)計人員對于總圖當(dāng)中單元設(shè)備、冷箱板開孔以及閥門的設(shè)計，常常會加入主觀經(jīng)驗理論，導(dǎo)致設(shè)計圖當(dāng)中多處細(xì)節(jié)難以滿足實際工程要求。管道工程師在按圖配管的過程中，由于設(shè)計圖與配管實際不符的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了配管的順利進行。常見的不合理設(shè)計部分包括上塔安全閥的設(shè)置過高。閥門與管口設(shè)置在兩個完全不同的方向。粗氮塔液空蒸汽區(qū)采用固定方式安裝上塔閥等。在現(xiàn)代工藝的推動下，空氣分離工程的大型化、多元化發(fā)展要進一步結(jié)合規(guī)范化、合理化的配管設(shè)計形式，嚴(yán)格遵循配管需求，在設(shè)計單元設(shè)備、冷箱板開口以及閥門的過程中，要盡量取消非必要的閥門、測點以及管線，進而對管口在容器上的方位進行優(yōu)化，有效提升管道布置的實用性、安全性以及經(jīng)濟性。

2 與設(shè)備相連管道的鋪設(shè)

現(xiàn)階段，空氣分離工程的大型化發(fā)展進程中，原有管道鋪設(shè)在保冷箱壁附近的形式，存在諸多弊端，很有可能導(dǎo)致管道阻力增加以及安全性下降。在現(xiàn)代工藝當(dāng)中，設(shè)備相連管道科學(xué)的鋪設(shè)方式，要求上塔、下塔、粗氬塔、精氬塔、主冷等管口與容器支座之間的落差要有效控制在10m以上。基于同步收縮原理，在實際鋪設(shè)過程中，沿塔體鋪設(shè)的方式較為普遍，為方便焊接管道支架，在實際鋪設(shè)過程中，會在設(shè)備管口的附近預(yù)先焊接貼板，優(yōu)化管道整體的安全性。

在對上塔與過冷器之間的污氮管進行布置設(shè)計的過程中，管道可直接從上塔處沿著容器就近引至過冷器，這種設(shè)置方式，與以往的沿著保冷箱壁布設(shè)的模式相比，利用30°～60°彎管代替，能夠顯著降低90°彎管的上使用數(shù)量，從原來的5～8個直降為零；相應(yīng)的管架數(shù)量也會顯著降低，原本30t的保冷箱內(nèi)管重量，能夠降至26t左右；管架總重能夠從8t降至4t左右。改變以往沿著保冷箱壁設(shè)置的配管方式，能夠有效降低空分設(shè)備的跑冷量，提升設(shè)備性能。

配管沿著單元設(shè)備布置，在設(shè)備上的預(yù)設(shè)貼板能夠?qū)艿肋M行直接支撐，且管道與設(shè)備的同步收縮作用，能夠促使管道在滿足補償需求的同時，簡化管道布置，減少保冷箱內(nèi)部的焊接點，提升空分設(shè)備整體的安全性。

3 排液管道排放形式設(shè)計

在原有的空分設(shè)備當(dāng)中，排液管道的主要設(shè)置方式是從主管道的最底部向下引出。這種方式能夠在一定程度上將液體排除主管，但此種排放形式會導(dǎo)致保冷箱內(nèi)部一直存在一個低于主管道的點，運行時排放閥處于長期關(guān)閉狀態(tài)，可能會造成危險介質(zhì)在最低點積聚，進而威脅到設(shè)備及運行的安全。

而在現(xiàn)階段的新型工藝當(dāng)中，排放管的排放形式進行了優(yōu)化設(shè)計，即將排放管從主管的最低處引出，并在鋪設(shè)過程中設(shè)置1∶10 的坡度，連接到保冷箱壁進行復(fù)熱[1]。通過此種設(shè)計優(yōu)化，促使設(shè)備排液過程呈現(xiàn)為帶壓排放的形式，位于主管道最低點的排放管，能夠?qū)崿F(xiàn)完全排放主管道液體的效果，消除了危險介質(zhì)積聚的安全隱患。

4 結(jié)合管道應(yīng)力優(yōu)化配管設(shè)計

在空分設(shè)備配管設(shè)計的過程中，考慮足夠補償?shù)刃阅苤笜?biāo)是十分必要的，但若忽視了補償過多對設(shè)備運行性能的影響，則會形成極大的安全隱患。在以往的配管設(shè)計當(dāng)中，設(shè)計師與管道工程師都習(xí)慣將經(jīng)驗理論作為主要的參考依據(jù)，導(dǎo)致管道設(shè)置過程中存在極大的資源浪費，使管架焊接等相關(guān)工作量直接增加。

現(xiàn)階段，在現(xiàn)代信息技術(shù)的幫助下，利用CAESARⅡ應(yīng)力分析軟件，能夠?qū)崟r、準(zhǔn)確地對管道進行應(yīng)力分析，能夠在配管過程中達到準(zhǔn)確補償?shù)男Ч?，既能夠避免補償不足，同時也能減少補償過多的現(xiàn)象，同時促進管架設(shè)置數(shù)量與位置的合理優(yōu)化，實現(xiàn)空分設(shè)備保冷箱內(nèi)配管設(shè)計的量化發(fā)展。除此之外，利用這種應(yīng)力分析軟件，還能進一步實現(xiàn)對管道柔性進行優(yōu)化設(shè)計，同時分析設(shè)備所承受的載荷是否有優(yōu)化的空間，進而促進管道設(shè)備整體的安全性提升，并相應(yīng)延長管道與設(shè)備的使用壽命，降低配管總體成本。

5 結(jié)束語

綜上所述，對空分設(shè)備保冷箱內(nèi)的配管設(shè)計與優(yōu)化進行探究，有利于促進空分設(shè)備經(jīng)濟性與安全性的有效提升。通過相關(guān)優(yōu)化措施的順利實現(xiàn)，能夠促使空分設(shè)備保冷箱內(nèi)部的配管形式得到最大簡化、配管性能得到最大優(yōu)化，進而推動整體空分設(shè)備重量顯著降低，減少設(shè)備設(shè)計、建造、應(yīng)用的總體成本，提升相關(guān)企業(yè)運行的經(jīng)濟效益。

[1] 石鈺龍.淺析空分塔主冷箱基礎(chǔ)結(jié)霜現(xiàn)象[J].山東工業(yè)技術(shù)，2015，（1）：257.

Piping Design and Optimization in Air-insulated Equipment

Xie Can-can

Air separation engineering is an important supporting part of the steel industry and coalification industry.Among them，the quality of piping in air-insulated equipment is important，and it is important to realize the overall value of the project.Based on this，the article analyzes the design and optimization of the piping in the cold box of the air separation equipment，and introduces the design of the unit equipment and the valve，the optimization of the laying of the equipment piping and the discharge form of the piping pipeline.The paper puts forward the development direction of piping modernization with pipeline stress，so as to provide an effective reference for the overall application performance and application benefit of air separation project.

air separation equipment；cold box；piping design；drainage pipeline

TQ116.11

B

1003-6490（2017）12-0098-02

2017-10-18

謝燦燦（1986—），女，浙江余杭人，助理工程師，主要研究方向為為冷箱配管。