張保申

(山東三維石化工程股份有限公司，山東 青島 266071)

鼓風(fēng)機(jī)作為硫回收裝置中的關(guān)鍵動(dòng)設(shè)備，其主要作用是為硫回收裝置制硫配風(fēng)及尾氣焚燒提供風(fēng)源。一旦風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障，就會(huì)造成硫回收裝置停車，酸性氣無法處理，導(dǎo)致上游裝置被迫停產(chǎn)，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。因此，保證鼓風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)關(guān)系到煉化企業(yè)主裝置能否正常運(yùn)行，而鼓風(fēng)機(jī)管道的合理布置，又是保證風(fēng)機(jī)機(jī)組能否正常運(yùn)行的關(guān)鍵。隨著大型煉化企業(yè)的建立，本著節(jié)能原則，透平鼓風(fēng)機(jī)越來越多地應(yīng)用到大型硫回收裝置中。本文以某煉化企業(yè)10萬t/a硫回收裝置制硫部分用透平鼓風(fēng)機(jī)配管為例，簡單探討一下透平鼓風(fēng)機(jī)的配管設(shè)計(jì)。

1 透平鼓風(fēng)機(jī)的組成及工作原理

硫回收裝置中用到的透平鼓風(fēng)機(jī)其實(shí)是離心鼓風(fēng)機(jī)的一種，出口壓力約0.070 MPa。主要由葉輪、集流器、渦殼、進(jìn)氣箱等部件組成。其原理是根據(jù)動(dòng)能轉(zhuǎn)換為勢能。利用高速旋轉(zhuǎn)的葉輪將氣體加速，然后減速，改變流向，使動(dòng)能轉(zhuǎn)換成勢能(壓力)。壓力增高主要發(fā)生在葉輪中，其次發(fā)生在擴(kuò)壓過程。

2 透平鼓風(fēng)機(jī)的平面布置

透平鼓風(fēng)機(jī)的布置在滿足工藝專業(yè)的要求下，還應(yīng)滿足制造廠的要求，其附屬設(shè)備宜靠近機(jī)組布置，汽輪機(jī)周圍應(yīng)留有足夠的空地以滿足配管和操作的需要[1]。硫回收裝置中，小型鼓風(fēng)機(jī)一般布置在管廊下面，借助管廊平臺(tái)進(jìn)行配管。但是受空間限制，大型透平鼓風(fēng)機(jī)一般布置在寬闊位置，且靠近制硫爐及焚燒爐。某煉化企業(yè)10萬t/a硫回收裝置制硫部分用鼓風(fēng)機(jī)采用1臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)和1臺(tái)透平鼓風(fēng)機(jī)。為便于鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行吊裝維修以及減小風(fēng)機(jī)出口管道壓力損失，鼓風(fēng)機(jī)布置在制硫爐管廊的西側(cè)，風(fēng)機(jī)上面設(shè)置高4、7.0 m的平臺(tái)，透平鼓風(fēng)機(jī)附屬油站置于平臺(tái)外面。

3 透平鼓風(fēng)機(jī)管道布置

3.1 透平鼓風(fēng)機(jī)入口管道布置

透平鼓風(fēng)機(jī)入口管道由防雨帽、消聲器(過濾器)、流量計(jì)及蝶閥組成。圖1為透平鼓風(fēng)機(jī)入口典型的管道示意圖。

圖1 透平鼓風(fēng)機(jī)入口典型管道示意圖

根據(jù)硫黃回收工藝要求，透平鼓風(fēng)機(jī)吸入口的頂部應(yīng)設(shè)置防雨帽，防雨帽的安全安裝位置應(yīng)以不吸入裝置操作人員及其它雜物為宜，推薦高出操作及維修人員頭頂1 m左右，即2.8～3.0 m，過高易造成管材浪費(fèi)。防雨帽四周環(huán)形面積應(yīng)滿足風(fēng)機(jī)入口風(fēng)量的要求。在入口管道上加消聲器是為了降低入口流速過大造成的噪聲污染，使風(fēng)機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生的噪聲符合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

風(fēng)機(jī)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，機(jī)器本身存在著熱位移，對(duì)風(fēng)機(jī)入口管嘴所受的外力和力矩的要求應(yīng)滿足廠家所供要求及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范規(guī)定。管道工程師主要考慮的問題是：合理布置管道，滿足風(fēng)機(jī)入口管嘴受力要求，減少壓降損失，盡量做到施工簡單，操作方便，維修便捷。圖2為某煉化企業(yè)10萬t/a硫回收裝置透平鼓風(fēng)機(jī)入口管道平面布置圖。

圖2 透平鼓風(fēng)機(jī)入口管道平面布置圖

風(fēng)機(jī)入口閥門、流量計(jì)均放置于風(fēng)機(jī)上方7 000 mm平臺(tái)上，便于裝置人員日常操作與維護(hù)。防雨帽安裝位置比7 000 mm平臺(tái)高2 500 mm以上，保證安全距離。

3.2 透平鼓風(fēng)機(jī)出口管道布置

透平鼓風(fēng)機(jī)出口管道一般由溫度計(jì)、壓力表、防喘振支線、蝶閥及止回閥組成，蝶閥用于切斷，單向閥防止逆流。防喘振支線由防雨帽、消聲器、蝶閥組成，消聲器的作用主要降低噪聲污染，見圖3。

圖3 透平鼓風(fēng)機(jī)出口管道示意圖

在滿足工藝安裝要求的前提下，風(fēng)機(jī)出口配管上的閥門儀表可布置在地面上，也可借助構(gòu)架平臺(tái)布置在平臺(tái)上。根據(jù)某煉化企業(yè)10萬t/a硫回收裝置透平鼓風(fēng)機(jī)出口配管布置，見圖4。

圖4 透平鼓風(fēng)機(jī)出口管道布置圖

借助構(gòu)架平臺(tái)更易解決防喘振支線出口消聲器的支撐問題，閥門的日常操作與維護(hù)方便快捷。多臺(tái)風(fēng)機(jī)并聯(lián)時(shí)，出口管線一般順介質(zhì)流向45°斜接至風(fēng)線主管，但受條件限制時(shí)也可垂直接入。

3.3 汽輪機(jī)中蒸汽管線的布置

透平鼓風(fēng)機(jī)以中壓蒸汽或過熱中壓蒸汽為驅(qū)動(dòng)，用于消耗裝置中產(chǎn)生的中壓蒸汽。某煉化企業(yè)10萬t/a硫回收裝置蒸汽透平機(jī)的入口管道和蒸汽抽出線壓力、溫度均很高，入口過熱中壓蒸汽，管道直徑DN150，操作壓力3.6 MPa，操作溫度410 ℃，抽出低低壓蒸汽管道直徑DN250，操作壓力0.40 MPa，操作溫度297 ℃。

汽輪機(jī)是一種高速精密的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械，工程設(shè)計(jì)中既要考慮氣缸因溫度變化引起的熱脹冷縮問題，又要保證轉(zhuǎn)動(dòng)和靜止部分之間留有一定的間隙。一旦汽輪機(jī)的進(jìn)出口管道設(shè)計(jì)出現(xiàn)問題，就會(huì)影響汽輪機(jī)的找正，甚至引起間歇破壞，造成蒸汽的損失和降低汽輪機(jī)的效率。當(dāng)管道的推力(力矩)超過了汽輪機(jī)氣缸自重的自穩(wěn)能力，就會(huì)引起汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械移位或卡住，進(jìn)而影響風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行[2]。

蒸汽輪機(jī)進(jìn)汽管道上通常會(huì)接出一個(gè)帶閥門的分支管道，防止遠(yuǎn)距離輸送蒸汽時(shí)，壓降和溫降較大，通過放空來提高蒸汽的溫度，促使汽輪機(jī)正常平穩(wěn)工作。為避免放空管道對(duì)機(jī)器的影響過大，在管道布置滿足工藝要求的前提下，將進(jìn)汽管道的放空管盡可能遠(yuǎn)離進(jìn)汽管嘴。另外，在進(jìn)汽切斷閥前還應(yīng)設(shè)置分支管道引至安全位置，此目的是防止開機(jī)時(shí)有蒸汽凝結(jié)，即“暖管線”，暖管線應(yīng)盡量靠近嘴子處引出。還需防止凝結(jié)水帶入汽輪機(jī)損壞葉片，增加排凝。除了“暖管線”外，還需設(shè)置“暖機(jī)線”，汽輪機(jī)在高溫下運(yùn)行，開機(jī)前應(yīng)對(duì)機(jī)殼、轉(zhuǎn)子進(jìn)行預(yù)熱，主蒸汽管道上的切斷閥應(yīng)設(shè)預(yù)熱旁路閥。

汽輪機(jī)管口附近管道應(yīng)保證豎直及水平方向都具有足夠的柔性，如果蒸汽管線布置不當(dāng)，管道對(duì)汽輪機(jī)管口的作用力和力矩達(dá)不到制造廠或者NEMA SM23的要求，使得汽輪機(jī)管嘴受力過大，造成汽輪機(jī)振動(dòng)。因此布置用于動(dòng)力的蒸汽管道時(shí)，一般需設(shè)置“π”形補(bǔ)償器吸收管道的熱膨脹，嚴(yán)禁使用波紋管膨脹節(jié)來吸收管道的熱膨脹，原因?yàn)椴y管膨脹節(jié)價(jià)格相對(duì)較貴，并且容易損壞。如何選擇合適的位置來設(shè)置蒸汽管道上的“π”形補(bǔ)償器，應(yīng)由管道應(yīng)力分析工程師通過計(jì)算進(jìn)行確定。中壓蒸汽經(jīng)過消耗后，溫度壓力依然較高，根據(jù)節(jié)約能耗的原則，需要進(jìn)一步回收低品質(zhì)蒸汽。此時(shí)汽輪機(jī)出口蒸汽管線需設(shè)置減溫器或減溫減壓器來得到壓力溫度穩(wěn)定的低低壓蒸汽。低低壓蒸汽配管除需滿足蒸汽配管標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范規(guī)定以外，還要滿足減溫器或減溫減壓器的直管段要求。根據(jù)工藝要求蒸汽出口管線還需設(shè)置安全閥，防止超壓及有效出力。

本次設(shè)計(jì)中壓蒸汽管線從主管廊過來(見圖5)，借助副管廊邊梁設(shè)置支架，利用管道的自然走向補(bǔ)償熱膨脹，減小熱應(yīng)力對(duì)透平機(jī)管嘴的影響。圖中配管由于管線較短，沒有設(shè)置“π”形補(bǔ)償，經(jīng)應(yīng)力專業(yè)嚴(yán)格計(jì)算得知，管道對(duì)汽輪機(jī)管口的作用力和力矩已達(dá)到制造廠的要求。

蒸汽抽出線經(jīng)蒸汽透平機(jī)管嘴平拐進(jìn)行配置出口安全閥及減溫器，為保證減溫器直管段要求，管線沿管廊前行3 m以上，然后上管廊送出界區(qū)，這樣配置的優(yōu)點(diǎn)是：既能滿足減溫器的直管段要求，也能設(shè)置“π”形補(bǔ)償器來吸收管道的熱膨脹，同時(shí)蒸汽透平機(jī)蒸汽距地面1 m左右，便于操作和維護(hù)管線上的閥門、減溫器及相應(yīng)儀表，具體見圖5。

圖5 汽輪機(jī)出入口管道布置圖

4 透平鼓風(fēng)機(jī)管嘴受力解決辦法

在工程設(shè)計(jì)中，管道工程師在布置風(fēng)機(jī)管道時(shí)需要特別注意的是如何減少風(fēng)機(jī)管嘴受力。一般有以下幾種措施：①在風(fēng)機(jī)出入口管道上且靠近管嘴處設(shè)置波紋管膨脹節(jié)，波紋管膨脹節(jié)的價(jià)格相對(duì)較貴，但效果良好，硫回收裝置一般采用此方法；②在風(fēng)機(jī)出入口管道靠近管嘴處采用軟連接，此方法投資少，施工簡單，便于檢修和更換，是目前較多采用的方法之一。③將管嘴處管道彎頭處的支架做成軟體材質(zhì)墊板。這種方法簡單易做，但軟體材質(zhì)容易變質(zhì)，不易更換，故不宜采用；④在出入口管道上采用合適的彈簧支吊架，但容易造成投資增加，相應(yīng)也增加了設(shè)計(jì)和施工的工作量及難度。

5 結(jié)語

硫回收裝置透平鼓風(fēng)機(jī)出入口管道布置要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，合理布置管線走向問題，解決好管嘴受力問題，才能保證風(fēng)機(jī)能夠正常、有效及平穩(wěn)運(yùn)行。汽輪機(jī)出入口管道布置最好設(shè)置“π”形補(bǔ)償以解決管道柔性問題，此過程要與應(yīng)力專業(yè)緊密結(jié)合。