黃佩佩

（北京石油化工工程有限公司西安分公司，陜西西安 710075）

隨著煤化工行業(yè)的迅猛發(fā)展，大型化和智能化越來越受到人們的關(guān)注，而大型煤化工企業(yè)對氣體物料的輸送離不開壓縮機(jī)[1-5]，特別是離心式壓縮機(jī)，它在化工物料的輸送中占據(jù)核心位置，關(guān)乎著整個裝置的開車能否順利平穩(wěn)運(yùn)行。壓縮機(jī)的配管設(shè)計(jì)合理性是確保機(jī)組運(yùn)行前進(jìn)行水壓實(shí)驗(yàn)、管道化洗、管道吹掃和無應(yīng)力配管的關(guān)鍵。確保管道在與機(jī)組對口中能夠滿足平行度和同心度的要求，螺栓能夠自由傳入螺栓孔。最終實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)正常的運(yùn)轉(zhuǎn)，振動值能夠控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)[6-12]。

本文結(jié)合榆能化年產(chǎn)180萬t甲醇合成裝置，探討了甲醇合成裝置離心式壓縮機(jī)配管的研究。由于該離心式壓縮機(jī)是甲醇合成裝置的心臟，管道設(shè)計(jì)的合理性對整個機(jī)組安裝以及后續(xù)的安全平穩(wěn)運(yùn)行起到關(guān)鍵性的作用。

1 工藝流程

1.1 工程概況

本機(jī)組由GE公司生產(chǎn)制造，機(jī)組由一臺抽凝式汽輪機(jī)和三臺離心式壓縮機(jī)組成，具體見圖1。采用“一拖三”的模式，即利用9.8MPa的高壓蒸汽驅(qū)動汽輪機(jī)，利用汽輪機(jī)和壓縮機(jī)之間的聯(lián)軸器帶動壓縮機(jī)的運(yùn)行。其中汽輪機(jī)的型號為SAC1-10，正常功率為36 442kW，額定功率為41 285kW，額定轉(zhuǎn)速為8 024r/min，跳閘轉(zhuǎn)速為9 268r/min。

圖1 壓縮機(jī)示意圖

1.2 工藝流程簡介

甲醇合成裝置有兩種原料，一種是煤氣化裝置輸送的煤基合成氣，該氣體中氫碳比約為1.29，主要特性為碳多氫少；另一種是天然氣轉(zhuǎn)化過來的合成氣，該氣體中的氫碳比約為4.27，主要特性為氫多碳少，兩種物料實(shí)現(xiàn)了元素互補(bǔ)，最終混合后滿足氫碳比為2.05～2.15。反應(yīng)初期先要對催化劑進(jìn)行升溫，利用轉(zhuǎn)化單元過來的高壓飽和蒸汽在合成塔底部升溫，溫度達(dá)到200℃以上后慢慢退去蒸汽，向合成塔輸送原料氣，利用原料氣放出的熱量實(shí)現(xiàn)催化劑的活化，維持反應(yīng)的繼續(xù)。具體流程如圖2所示，該過程有兩臺壓縮機(jī)，一臺合成氣壓縮機(jī)和一臺煤基氣壓縮機(jī)，兩臺合成塔反應(yīng)器和四臺中間換熱器，最后得到的甲醇為MTO級甲醇，濃度為90%以上。

圖2 工藝流程示意圖

2 壓縮機(jī)進(jìn)出口管線設(shè)計(jì)

2.1 壓縮機(jī)進(jìn)出口管道的布置

機(jī)組管道的布置，應(yīng)能滿足機(jī)組管口允許力矩和位移的要求。因?yàn)閴嚎s機(jī)進(jìn)出口管線要求是無應(yīng)力對口，機(jī)組管口處法蘭的平行度和同心度要嚴(yán)格執(zhí)行壓縮機(jī)廠家的要求，如廠家無要求時要執(zhí)行SH3501和GB20801的有關(guān)規(guī)定，確保螺栓能夠自由穿入螺栓孔為合格。由于甲醇合成壓縮機(jī)相關(guān)管道均為厚壁管，因此為了確保管道水壓實(shí)驗(yàn)、化洗、吹掃和無應(yīng)力配管的順利完成，需要在管道上設(shè)置拆卸段間。壓縮機(jī)入口管道如有低點(diǎn)，應(yīng)在低點(diǎn)設(shè)置集液包，并在集液包上設(shè)置高高液位和低低液位檢測系統(tǒng)，確保進(jìn)入壓縮機(jī)的流體不帶液體，如壓縮機(jī)入口帶液，在高轉(zhuǎn)數(shù)時會沖擊葉輪，造成葉片沖蝕，引起機(jī)組震動。

2.2 壓縮機(jī)出口止回閥的設(shè)置

壓縮機(jī)出口管道要設(shè)置止回閥，且止回閥應(yīng)盡量靠近機(jī)組出口，一旦機(jī)組發(fā)生故障，確保機(jī)組內(nèi)的流體量最少。止回閥有旋啟式止回閥、軸流式止回閥，如選用軸流式止回閥時需要閥門制造廠家提供開啟壓力，確保止回閥能夠順利開啟，止回閥最好選用法蘭式的止回閥，止回閥在管道化洗和吹掃過程中需要拆除，因?yàn)椴鸪y芯不能保證閥門的氣密性，一旦發(fā)生氣流倒流現(xiàn)象，就會引起壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的反轉(zhuǎn)，損壞葉片。

2.3 壓縮機(jī)入口過濾器的選取

壓縮機(jī)入口管線上應(yīng)設(shè)置過濾器，確保機(jī)組在運(yùn)行前不會有雜質(zhì)進(jìn)入機(jī)組，損壞葉片和轉(zhuǎn)子。管道過濾器有T型折流式過濾器（圖3）和臨時過濾器（圖4），臨時過濾器在拆卸濾網(wǎng)的過程中較為復(fù)雜，需保證拆除過程對過濾器前后管線無影響，否則需重新調(diào)整管道的無應(yīng)力配管，而T型折流式過濾器只需要拆除過濾器末端的法蘭蓋就能將濾網(wǎng)拆除，因此建議選用T型折流式過濾器。同時臨時過濾安裝的位置應(yīng)距離入口管線機(jī)組法蘭處的距離不小于10m，且該過濾器只是在開車時使用，正常工況下需要拆除過濾器的絲網(wǎng)和骨架，只保留孔板。過濾器前后管道上要設(shè)置差壓計(jì)，用于檢測管道是否發(fā)生堵塞。

圖3 T型過濾器示意圖

圖4 臨時過濾器示意圖

3 汽輪機(jī)進(jìn)出口管線設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目中汽輪機(jī)透平采用高壓蒸汽進(jìn)行驅(qū)動，蒸汽操作壓力為9.8MPa，設(shè)計(jì)壓力為11.15MPa，操作溫度為515℃，設(shè)計(jì)溫度為545℃。蒸汽入口管道有三個規(guī)格，分別為：管道尺寸24寸，管道厚度36mm；管道尺寸18寸，管道厚度28mm；管道尺寸10寸，管道厚度SCH100。汽輪機(jī)蒸汽管線在靠近進(jìn)出口的位置處應(yīng)設(shè)置可拆卸短接，以便于管道的試壓、化洗、吹掃和無應(yīng)力對口，同時拆卸短間的長度應(yīng)能夠滿足蒸汽管道吹掃打靶時臨時吹掃線的組裝，如圖5所示。

圖5 汽輪機(jī)入口管線拆卸段的布置

入口蒸汽管線上溫度計(jì)和壓力表的安裝與汽輪機(jī)入口法蘭有一定的距離要求。所有壓力變送器檢測點(diǎn)（連接點(diǎn)）和蒸汽入口法蘭之間的距離不得超過入口管道外徑的30倍。在任何情況下，管線的布置都不得影響壓力表的測量和檢測，壓力表的安裝是用來檢測高壓警報和汽輪機(jī)跳車的。因此，壓力表的安裝位置必須合適且應(yīng)滿足上述要求，如管道設(shè)計(jì)過程中無法滿足要求，需要盡快向汽輪機(jī)廠家或者工藝包廠家提出，以便廠家能夠提供合理的解決措施，確保汽輪機(jī)的正常運(yùn)行及在事故狀態(tài)下能及時反饋信息，對汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子起到保護(hù)作用。所有溫度變送器檢測點(diǎn)（連接點(diǎn)）與蒸汽入口法蘭之間的距離也不得超過入口管道的30倍外徑。在任何情況下，管線的布置不得影響溫度變送器的測量和檢測。這些溫度變送器應(yīng)靠近蒸汽入口法蘭安裝，用來檢測高溫報警、跳閘和低溫報警、跳閘。溫度變送器與壓力變送器用于同一控制回路蒸汽質(zhì)量的控制，溫度計(jì)應(yīng)安裝在適當(dāng)?shù)奈恢?，可以保證在蒸汽主入口管線上檢測到冷凝水的存在。

入口蒸汽管道應(yīng)設(shè)置暖管線，同時蒸汽暖管放空管線的接口應(yīng)靠近入口閥門，暖管放空管線的口徑不宜太小。暖管線的口徑和位置要能夠確保一旦汽輪機(jī)的切斷閥打開能夠避免機(jī)器中進(jìn)入水。因此建議將暖管線安裝在小于10倍入口管道外徑的位置。蒸汽入口管線低點(diǎn)設(shè)置集液包，集液包上設(shè)置疏水閥，其余地方設(shè)置導(dǎo)淋閥即可，蒸汽管線暖管的時打開全部導(dǎo)淋，待導(dǎo)淋口沒有凝液才可使蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)進(jìn)行暖機(jī)，具體如圖6所示。蒸汽入口閥門應(yīng)靠近汽輪機(jī)管口，可以減少汽輪機(jī)的暖機(jī)時間。由于汽輪機(jī)蒸汽管線操作溫度較高，汽輪機(jī)管口的允許受力限制非常嚴(yán)格，蒸汽管道的柔性設(shè)計(jì)是管道應(yīng)力分析中的難點(diǎn)之一。為了保證足夠的管道柔性，建議蒸汽管道至少繞機(jī)組半圈，并在管道與汽輪機(jī)死點(diǎn) 處坐標(biāo)軸對應(yīng)的交點(diǎn)位置附近設(shè)置限位支架，從而把蒸汽管道的應(yīng)力和位移切分成若干段，使汽輪機(jī)管口的熱膨脹與管道熱膨脹基本相當(dāng)，以減小管道對汽輪機(jī)管口的影響。

圖6 汽輪機(jī)蒸汽管線的布置

本項(xiàng)目中汽輪機(jī)透平中抽管線的蒸汽操作壓力為4.1MPa，設(shè)計(jì)壓力為4.6MPa，操作溫度為429℃，設(shè)計(jì)溫度為460℃。蒸汽入口管道有兩個規(guī)格，分別為：管道尺寸24寸，管道厚度20mm；管道尺寸12寸，管道厚度12mm。中抽管線也需要對管道進(jìn)行試壓、化洗、吹掃和無應(yīng)力配管，因此也應(yīng)該設(shè)置拆卸段，確保管道的工作順利進(jìn)行。管線上的止回閥和安全閥必須在距離排氣法蘭的距離不超過排氣管外徑的30倍。如管道設(shè)計(jì)過程中無法滿足要求，需要盡快向汽輪機(jī)廠家或者工藝包廠家提出，以便廠家能夠提供合理的解決措施。

4 結(jié)論

合成氣壓縮機(jī)是甲醇合成裝置的“心臟”，是整個裝置平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵。本文通過對榆能化項(xiàng)目年產(chǎn)180萬t離心式壓縮機(jī)配管的研究，為后續(xù)相關(guān)壓縮機(jī)的配管提供技術(shù)支持。主要結(jié)論如下：

1）壓縮機(jī)及汽輪機(jī)上的進(jìn)出口管道為了便于管道的試壓、化洗、吹掃和無應(yīng)力對口，盡量設(shè)置拆卸法蘭。

2）壓縮機(jī)入口管道如有低點(diǎn)，應(yīng)在低點(diǎn)設(shè)置集液包，并在集液包上設(shè)置高高液位和低低液位檢測系統(tǒng)，確保進(jìn)入壓縮機(jī)的流體不帶液體，如壓縮機(jī)入口帶液，在高轉(zhuǎn)數(shù)時會沖擊葉輪，造成葉片沖蝕，引起機(jī)組震動。

3）壓縮機(jī)入口管線上的過濾器盡量選用T型折流式過濾器。

4）壓縮機(jī)出口管道上應(yīng)設(shè)置止回閥，且止回閥應(yīng)盡量靠近出口，出口盡量選用法蘭式的旋啟式止回閥，如選用軸流式止回閥，應(yīng)核實(shí)開啟壓力。

5）汽輪機(jī)入口管線上的壓力表和溫度計(jì)的安裝應(yīng)確保接入點(diǎn)的距離與蒸汽入口法蘭之間的距離也不得超過入口管道的30倍外徑。

6）汽輪機(jī)中抽管線上的止回閥和安全閥應(yīng)滿足工藝包廠家和機(jī)組廠家的要求，如無法滿足要求，需盡快與廠家溝通，配合廠家提出合理解決方案。