周永春

（中石化上海工程有限公司，上海 200120)

在石油化工企業(yè)的生產(chǎn)過程中，如果蒸汽系統(tǒng)出現(xiàn)故障，整個生產(chǎn)運行都將受到不利影響。如果某些雜質(zhì)進(jìn)入到鍋爐給水系統(tǒng)，不僅會影響蒸汽的質(zhì)量，甚至?xí)l(fā)重大安全事故。為避免此類情況的發(fā)生，就需要對給水系統(tǒng)進(jìn)行合理設(shè)置來保障蒸汽系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

1 工程概況

在某石油化工企業(yè)的乙烯生產(chǎn)項目中，超高壓鍋爐給水系統(tǒng)屬于一個獨立設(shè)置的單元。在該系統(tǒng)中，除氧器有三臺，給水泵有五臺，其中有三臺氣動給水泵，兩臺電動給水泵。在系統(tǒng)的正常運行中，外來的脫鹽水首先會被送到超高壓除氧器中，除氧器會將低壓蒸汽作為熱源來進(jìn)行脫鹽水的加熱處理，除氧塔中設(shè)置的除氧組件可以完成除氧工作。在正常的工作狀態(tài)下，除氧器壓力是0.21MPa。系統(tǒng)的出水溫度是135℃，經(jīng)過給水泵升壓之后，脫鹽水會被輸送到超高壓輔助鍋爐等單元和其他裝置中。

2 系統(tǒng)設(shè)備布置

本單元采用露天布置的方法，以四層框架結(jié)構(gòu)的形式進(jìn)行布置。在最頂層布置超高壓除氧器，在二層和三層平臺上進(jìn)行油箱和給水泵出口管線等的布置，超高壓給水泵在地面上分兩排布置。

2.1 除氧器布置

在石油化工企業(yè)等的超高壓鍋爐中，除氧器是一項最重要的熱力設(shè)備。在對超高壓除氧器進(jìn)行布置的過程中，首先根據(jù)超高壓鍋爐對于給水泵汽蝕余量方面的要求來確定其安裝高度，并保持一定的余量，以保障整個給水系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。為達(dá)到此要求，避免汽蝕現(xiàn)象發(fā)生，本次設(shè)置及其遵循的高度標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 除氧器安裝高度標(biāo)準(zhǔn)和本次設(shè)置高度情況

由表1可知，在本次設(shè)置中，除氧器最低液面和給水泵運行中心線之間的距離可以達(dá)到14.7m，與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的汽蝕要求完全相符。

同時，也對給水泵入口位置的流量均勻分布要求進(jìn)行了綜合考慮，分別將三臺除氧器在一跨中進(jìn)行布置，并排設(shè)置在了給水泵正上方位置，使其和給水泵相對應(yīng)。同時也進(jìn)行了入孔檢修區(qū)域的留設(shè)，將除氧器東側(cè)設(shè)置為配管區(qū)域，南側(cè)和北側(cè)設(shè)置成入孔檢修區(qū)域，并在每臺除氧器上設(shè)置了一樣的操作平臺[1]。通過這樣的布置方式，可最大限度縮短給水泵入口位置的管道，讓入口阻力得以顯著降低，并進(jìn)一步提升了系統(tǒng)的美觀性和易操作性。

2.2 給水泵布置

在對給水泵進(jìn)行布置的過程中，首先應(yīng)該考慮到其檢修的便捷性，其次應(yīng)該注意給水泵布置的整齊和美觀效果。本單元中，共有給水泵五臺，但是任意的三臺就可以有效滿足整體系統(tǒng)的操作需求。在具體設(shè)計中，除氧器和水泵直上直下進(jìn)行布置，與其對應(yīng)的三臺汽動泵口在北側(cè)整齊布置，兩臺電動泵口在南側(cè)整齊布置，留出中間的一跨用作檢修和操作通道，給水泵布置見圖1。

圖1 給水泵的布置

3 配管設(shè)計分析

3.1 除氧器的配管設(shè)計

除氧器的連接管道和閥組在設(shè)備的操作側(cè)集中布設(shè)，除氧器在受熱情況下將會發(fā)生軸向位移，所以管道應(yīng)具備一定的柔性。在除氧器的安裝平臺上布置壓力調(diào)節(jié)和水位調(diào)節(jié)閥組，所有的閥組都沿著水箱在操作側(cè)縱向布設(shè)。這樣的配管布設(shè)優(yōu)勢在于當(dāng)調(diào)節(jié)閥處于故障狀態(tài)下時，可以立刻將自動調(diào)節(jié)改成手動調(diào)節(jié)，以便相應(yīng)的閥門可以在短時間內(nèi)打開或關(guān)閉，更加有利于對除氧器和其他相關(guān)儀器變化進(jìn)行觀察[2]。將氣液平衡管線設(shè)置在了三臺除氧器之間。

3.2 給水泵配管設(shè)計

3.2.1 吸入側(cè)的配管設(shè)計

在給水泵吸入側(cè)的配管設(shè)計中，應(yīng)保障管道與相應(yīng)的汽蝕余量要求相符，并盡可能縮短管道長度，不可出現(xiàn)氣袋。同時也應(yīng)該保障管道具有一定程度的柔性，以降低管道應(yīng)力對給水泵入口管道的負(fù)荷。

按照要求，給水泵入口位置的管線布置應(yīng)該盡量保障每一臺給水泵運行中的流量相同，基于這一情況，本次設(shè)計通過放大管集中后再次分配的方式進(jìn)行設(shè)計，也就是首先將三臺除氧器排出的水在集合總管里匯集，然后再通過集合總管將這些水平均分配給五臺給水泵。通過這樣的方式，可以將整個系統(tǒng)的壓力損失降到最低，并保障各個給水泵均勻給水[3]。另外，在設(shè)計過程中，也要讓管件數(shù)量和管線長度盡量保持一致，以實現(xiàn)管線阻力差異性的最大限度降低。

3.2.2 排出側(cè)的配管設(shè)計

為避免葉輪倒轉(zhuǎn)和流體倒流等問題的發(fā)生，將一個止回閥設(shè)置在給水泵出口和第一個切換閥之前。壓力表在止回閥和泵口之間安裝，并進(jìn)行根部閥的設(shè)置，表盤應(yīng)該朝向操作的一側(cè)。將雙切斷閥設(shè)置在出口管線上，并在其間進(jìn)行了檢查閥的設(shè)置。在給水泵的運行過程中，泵體的運轉(zhuǎn)以及管內(nèi)的流體脈動將會引起相應(yīng)的震動，所以在具體的配管設(shè)計中，管道走向和支架位置的設(shè)置都應(yīng)該不出現(xiàn)共振。具體設(shè)計中，管口的合理以及力矩可以按照以下公式進(jìn)行計算：

FR1為管口合力，N

MR為管口力矩，N·m

FR為管口允許合力，N

MR為管口允許力矩，N·m

通過應(yīng)力計算，進(jìn)行自然補償?shù)暮侠碓O(shè)置，并將導(dǎo)向支架和彈簧支架設(shè)置在相應(yīng)的位置，以避免管道震動，將管口位置的受力情況控制在允許范圍內(nèi)。

將所有的閥門都置在8m的平臺上，并將五臺給水泵出口位置的管線匯集在一起，然后分別送到各個界區(qū)，將取樣點設(shè)置在了總管道位置，以便對實際的給水質(zhì)量進(jìn)行分析，保障超高壓鍋爐的實際運行需求。

3.3 汽動泵汽輪機的進(jìn)出汽配管設(shè)計

三臺汽動泵汽輪機的進(jìn)出口位置進(jìn)行了完全相同的管線布置，進(jìn)汽在從界區(qū)中引入之后就會分別進(jìn)入到這三臺汽輪機中，出汽會先匯集在一起，然后再均勻地輸送到各個界區(qū)。在汽輪機中，所有的進(jìn)汽都來源于蒸汽管網(wǎng)中的高壓過熱蒸汽。為保障熱態(tài)管系施加給出口管的推力與力矩的有效降低，入口管線設(shè)計中應(yīng)對其柔性做到充分考慮，并借助于應(yīng)力計算來進(jìn)行導(dǎo)向支架、彈簧支架和管道支架位置的合理確定。在臨近汽輪機進(jìn)口的管道上設(shè)置一個可拆卸的帶法蘭短節(jié)，為試車前臨時吹掃管線的安裝提供便利。

4 結(jié)束語

綜上，以實際的石油化工項目為例，對高壓鍋爐中的給水系統(tǒng)設(shè)備布置與配管設(shè)計進(jìn)行分析。通過本次的設(shè)備布置和配管設(shè)計，不僅保障了給水系統(tǒng)的正常運行，也保障該石油化工項目的順利開展。在經(jīng)歷了一年多的運行實踐之后，該項目中的超高壓鍋爐運行正常，未發(fā)生故障停運現(xiàn)象，有效保障了正常的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。