在空分设备现场开车时,开车调试人员也需特别注意通过阀门控制让气体能带着冷源到每一根管线,这对空分设备调试时的开/停车过程也提出了新的技术要求。
同步收缩式管路布置形式结合浮动阀门设计已使管道设计水平有了一个很大的提升,有效地提高了空分设备冷箱内管道的安全性,降低了管道的沿程阻力,并使设计人员的工作效率、质量都有了明显的改善。
在提高产品质量的同时,也要注重空分设备运行能耗的问题。科学地安排工作可以有效提高设计人员的积极性,避免不必要的重复工作和错误的发生。
国内空分行业经过多年的发展已有一套自已的设计模式,但可以借鉴其他先进公司的产品设计流程和方式,辩证思考,取其精华并结合国情合理利用。
在空分设备不断大型化的趋势下,随着技术的进步,冷箱内管道的设计必将越来越简洁、高效、安全,需要设计人员大胆地去改进、创新,注重质量,同时注重安全意识,保证冷箱内这个隐蔽工程安全、可靠,从而保证空分设备的安全可靠运行。
低温管道作为空分设备冷箱内最复杂的部件之一,是保证空分设备稳定、安全运行的重点。近几年通过不断开发新技术,结合认证、总结使空分设备有了更高效、安全的保障,对设计所包含的各项关键点有了更深的理解。
空分设备冷箱内管道设计复杂、烦锁,每一条管线都有它的工艺要求。设计时需满足正常运行时的气液稳定,并对制造、安装、运行、停车、检修等各方面进行综合评估,检查在各个阶段是否存在风险和危害。设计的每一套空分设备都要达到安全、高效是设计人员需要全面考虑的任务。
一套空分设备有冷箱内管道150 条左右,其中的大部分管道已经通过验证、计算,结合历年的设计经验,形成了比较完整、细致的设计规范,如: 管架的定位、气液封的高度、补偿的要求、仪表管的引出和保温、管道布置和安装方式以及材料安装余量的科学统计等等。
一套空分设备中板翅式换热器冷/热端配管可做为一个模块,在这方面的设计方式已经规范化。板翅式换热器热端管道直接穿出板式冷箱顶板,汇集管布置在冷箱外,热端与冷端相对气流走向为同进同出的U 形汇集形式布置。这样的管道布置形式比较简洁,方便安装及检查。
在大型空分设备中氧、氮精馏塔与板翅式换热器间的纵向距离,随着空分设备规模等级的扩大相应增大,该处的管道补偿在设计上主要通过较小口径的支管实现,冷端主要考虑补偿。板翅式换热器与液空液氮过冷器相连接的管道为一套空分设备当中口径最大的管道,通过调整液空液氮过冷器与主塔位置可有效降低应力值,实现比较安全的管道设计模式。未来模块化设计是空分设计的必然方向。
近年来,空分设备逐渐大型化,同时也有些设备配置了氪氙、氖氦气体提取塔,以近期设计的某套60000m?/h 空分设备为例,在冷箱中涉及7 个以上容器和众多阀门的合理布置问题。
如果以平面的模式,由三视图方式很难将最佳的布置形式设计出来。面对这个总体布置的问题,管道的设计必须提前,参与前期的总体布置,根据图纸进行初期布置,将冷箱钢结构、相关主要容器、阀门进行前期模拟,根据整个系统要求统筹安排,既满足工艺需求,也要满足管线的设计要求。这样能减少冷箱内管道的总长度,降低阻力,为日后空分设备的长期运行、降低管道系统总能量损失创造条件。
因此,设计人员在进行整体容器相对位置调配时,将大部分能同步收缩的管线都沿塔器布置,使设置在塔器贴板上的支架与管线的相对位移降至最小,以此释放管系应力。
在长时间的摸索中得出上塔、下塔与液空液氮过冷器的关联度较高,所以液空液氮过冷器必须与上塔、下塔紧密布置,尽量避免距离过大。由于粗氩Ⅰ塔、粗氩Ⅱ塔与上塔关联,相关阀门应尽量布置在管线的起点到终点之间自然经过的部位,并合理排布。
在多套大型空分设备的设计和对比中发现,特大型空分设备外置主冷所使用的管道材料,比立式主冷要多消耗10t左右。
同时,从管道的安全性上来分析,由于主冷固定在冷箱中上部,连接上塔的氧气管道和连接下塔的氮气管道应力都较大,甚至超过许用应力,多消耗的材料大部分使用在大口径氧气管和大口径氮气管,这种情况下焊缝、管件受力都很大,风险较高,如果采用立式主冷则能很好地解决该问题。
在空分设备大型化的道路上选用卧式主冷还是立式主冷,需要从管道、运输、制造、安装等多方面考虑。
随着空分设备的大型化发展,冷箱内压力管道的直径已经达到1300mm 以上,这样的直径已与早年生产的中型空分设备上塔直径相当。当大直径管道参与补偿时,焊缝的受力应用设计手段使其尽量小,以避免风险,如果处理不好大直径管道补偿问题,那它将是空分设备大型化的障碍。
按相同温度下同一种金属材料的线膨胀系数一致或接近的特性,管道与塔器布置成平行形式,并在塔器上设置支吊架,称之为同步收缩式管路布置。