山東華魯恒升化工股份有限公司酰胺及尼龍新材料工程30 萬t/a 己內(nèi)酰胺裝置項目管道設(shè)計探究

佟浩

（中國興辰工程技術(shù)服務(wù)有限公司管道工程部,天津 300000）

本文所涉及項目為： 建設(shè)內(nèi)容包括30 萬t/a己內(nèi)酰胺裝置及配套公輔裝置。

本項目包括：氨肟化裝置、己內(nèi)酰胺精制裝置、原料及中間品罐區(qū)、成品罐區(qū)、中心控制室、冷凍站（冷凝液回收）、焚燒、機(jī)柜間、消防水池及泵房。

1 泵的設(shè)計

1.1 泵的間距

1）根據(jù)裝置現(xiàn)場實際情況，兩臺泵之間的凈距選為0.8m，泵的間距同時考慮了泵體的機(jī)封水所占空間以及檢修空間。2）泵布置在管廊下方時，泵的檢修空間凈空＞3m。 泵端前面的操作通道寬度大于1.1m。 泵端前面的檢修通道寬度大于1.30m[1]。3）泵布置在裝置外時，泵端與墻之間的凈距＞1.1m，兩排泵間距＞2.0m[2]。 4）泵進(jìn)出口閥門手輪到鄰近泵的最突出部分的凈距最少為0.85m，電機(jī)之間的間距為1.5m[3]。

1.2 泵的基礎(chǔ)

泵的基礎(chǔ)根據(jù)廠家提供的外形圖進(jìn)行設(shè)計，一般情況下預(yù)留孔的邊緣到基礎(chǔ)邊緣的距離為100mm， 泵基礎(chǔ)高度設(shè)計要考慮進(jìn)泵管線的放凈凈空， 過濾器尺寸。 一般泵要比地面高出200～300mm。

1.3 泵的進(jìn)出管線的管架

1）進(jìn)口管線一般采用T 型架加可調(diào)支架的組合方式。

2）進(jìn)出管線附近的調(diào)節(jié)閥組，一般采用一側(cè)在彎頭處固定，另一側(cè)采用滑動架[4]。

1.4 泵的進(jìn)出管線的管架

泵進(jìn)口管線： 泵的吸入管線應(yīng)保持水平，或者帶有一定的坡度。 當(dāng)泵入口需要有變徑的時候，應(yīng)該使用頂平偏心異徑管，為了防止泵吸入口處發(fā)生偏流、漩渦流導(dǎo)致泵的性能下降，應(yīng)在泵的吸入口與彎頭之間留出大于或者等于3～5管徑的直管段。 如果泵進(jìn)口管道有切斷閥，應(yīng)盡量將切斷閥放在垂直管道上。 泵的出口管線應(yīng)具有柔性，如果是工況是高溫高壓狀態(tài)下，泵的出口管線必須經(jīng)過應(yīng)力計算。 泵出口管道為了防止液體倒流，一般情況下會安裝止回閥，升降式止回閥一般安裝在水平管道上，如果管內(nèi)的介質(zhì)存在自下而上的流動應(yīng)采用立式升降式止回閥，旋啟式止回閥應(yīng)盡量安裝在水平管道上，在特殊情況下也可安裝在管內(nèi)介質(zhì)自下而上的的垂直管道中。 泵的輔助管道包括冷卻水管道、沖洗水管道、密封液管道。 泵的冷卻水管線應(yīng)該緊貼泵體布置，由于泵的冷卻水管道管徑較細(xì)，在氣溫較低時會出現(xiàn)管內(nèi)介質(zhì)結(jié)冰，因此泵的冷卻水管線的供水管線與回水管線應(yīng)有連通線并配有閥門。

2 塔的設(shè)計

2.1 塔的布置

1）單排布置：在塔器設(shè)備布置時，常采用單排布置的方式，管廊的一側(cè)有兩個以上的塔器時，一般中心線對齊， 如兩個或兩個以上的塔設(shè)置聯(lián)合平臺時，可以中心線對齊，也可以一邊切線對齊。

2）非單排布置：對于直徑較小本體較高的塔，可以雙排布置或成三角形布置，這樣，可以利用平臺將塔聯(lián)系在一起提高穩(wěn)定性，但應(yīng)注意平臺生根構(gòu)件應(yīng)采用可以滑動的導(dǎo)向節(jié)點以適應(yīng)不同操作溫度的熱膨脹影響[6]。

3） 框架式布置:DN≤1000mm 的塔還可以布置在框架內(nèi)或框架的一邊， 利用框架提高穩(wěn)定性。

4）兩塔之間的最小間距＞2.5m，為配管及搭設(shè)平臺留出空間[7]。

2.2 附塔管線設(shè)計

1）塔頂管道一般有塔頂氣體、放空管道、以及安全閥泄放管道。 塔頂放空管道一般安裝在塔頂油氣管道最高處水平管段的頂部，如果塔附近有框架，可將塔的調(diào)節(jié)閥組以及安全閥管線放置在框架上（見圖1 和圖2）。

圖1 附塔管線

圖2 附塔管線的安全閥管線

2）塔頂管線內(nèi)的介質(zhì)多為氣相，因此附塔管線應(yīng)做到管道盡量短，步步低，避免出現(xiàn)袋型以免發(fā)生積液。 并且附塔管線應(yīng)具有一定的柔性。

3） 當(dāng)排放取放空總管或火炬總管的介質(zhì)為易凝結(jié)或者含有凝液時，安全閥所在高度應(yīng)該高于總管， 并且管道應(yīng)滿足介質(zhì)順流45 度進(jìn)入放空或者火炬總管。

3 塔的設(shè)計

3.1 塔的附件

塔的的平臺為了方便人孔、手孔、調(diào)節(jié)閥組、法蘭的檢修，液位計、溫度計、壓力表的安裝而設(shè)計。當(dāng)塔的高度超過3600mm 以上應(yīng)該設(shè)置平臺。塔的平臺寬度為1500mm。 在設(shè)計塔平臺的時候考慮了以下事項：1）人孔中心線到塔平臺的最佳距離為600 ～1000mm， 通常最適合的高度為750mm。 2）當(dāng)有兩個及以上的塔并排布置時應(yīng)考慮采用聯(lián)合平臺，平臺的護(hù)欄高度為1.2m。 3）塔平臺的荷載一般采用400kgf/m2。 4）當(dāng)塔的高度＜15m 時，塔平臺上梯子每段高度為5m。 當(dāng)他的高度為＞15m 時，每段的高度應(yīng)＞5m[8]。

3.2 塔的管道支架

1）從他頂部出來的管道，第一個靠近管口的支架為承重架，在承重架下為導(dǎo)向架。 2）直接與塔管口相連接的大于或等于DN150 的閥門下應(yīng)該設(shè)置支架。

4 裝置內(nèi)管廊的布置以及配管

管子外壁或保溫外皮到管道法蘭外徑的距離應(yīng)滿足≥25mm。管子外壁到保溫外皮之間距離應(yīng)滿足≥50mm。 閥門手柄之間的距離應(yīng)滿足≥100mm，管廊上的閥門應(yīng)該錯位布置。 裝置內(nèi)電纜橋架之間和橋架至土建構(gòu)件的凈距應(yīng)滿足≥200mm。 橋架頂部凈空應(yīng)＞200mm。

空氣、氮氣等公用工程氣體和蒸汽管線上的支管應(yīng)從主管的上部引出。 公用工程介質(zhì)總管末端要加放凈閥。 管廊上的所有保溫管道在支撐處都要設(shè)管托。 碳鋼支架不得與不銹鋼管道直接焊接，應(yīng)使用管夾式支吊架，管夾與不銹鋼管道接觸部位應(yīng)用隔離墊。 所有保溫管道在支撐處都要設(shè)管托。

5 壓縮機(jī)

在布置壓縮機(jī)進(jìn)出口管的時候，壓縮機(jī)的出口管道應(yīng)具備足夠的柔性， 優(yōu)先使用自然補(bǔ)償，這樣做可以使壓縮機(jī)管口力和力矩滿足應(yīng)力要求。 在配管設(shè)計中我們可以將壓縮機(jī)管道和氣缸視為一個整體，可以采用將壓縮機(jī)中的氣缸死點設(shè)置為固定架，利用止推支架或者雙向止推支架將管道位移和應(yīng)力分成若干部分，可以減小壓縮機(jī)管口所受的力或力矩。 為了管道內(nèi)的介質(zhì)不發(fā)生偏流、漩渦流，離心式壓縮機(jī)進(jìn)口彎頭不宜直接接入，應(yīng)該留有一定直管段，直管段的距離應(yīng)滿足3～5 倍公稱直徑，并應(yīng)滿足供貨商要求。 為了防止雜物異物進(jìn)入壓縮機(jī)，可以在壓縮機(jī)的入口管道上安裝一段短管，短管應(yīng)該可拆卸，并且在入口管道上安裝臨時的粗過濾器。 壓縮機(jī)出口管線上的止回閥需要盡量靠近管口安裝，以避免壓縮機(jī)停車時，壓縮機(jī)出口到止回閥之間管段中積存的高壓氣體導(dǎo)致壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)。 壓縮機(jī)出口管線到分離罐的管道應(yīng)注意避免形成倒U 型管道，倒U 型管道會產(chǎn)生凝液。 壓縮機(jī)管口的配管應(yīng)遵循不承受自身的重量，因此需要在壓縮機(jī)出口管道處設(shè)置支架，支架的形式可以采用彈簧吊架，如果彈簧吊架不能實現(xiàn)，應(yīng)在壓縮機(jī)機(jī)體附近設(shè)計支撐點，承受管道自身重量[9,10]。

壓縮機(jī)廠房采用敞開、 半敞開式建筑形式，滿足防火防爆要求，保證壓縮機(jī)的安全運行。 在實際的設(shè)計工作中，采用一種半封閉形式，比如一樓敞開，二樓封閉或者部分封閉的結(jié)構(gòu)。 丙烯壓縮廠房的整體尺寸應(yīng)根據(jù)總圖上占地規(guī)模，綜合考慮壓縮機(jī)及附屬設(shè)備尺寸， 吊裝及檢修區(qū)域，樓梯的設(shè)置，級間分離及冷卻設(shè)備的布置方式，吊車的跨距等因素來確定。 機(jī)組由壓縮機(jī)和汽輪機(jī)組成，附屬設(shè)備包括潤滑油系統(tǒng)和密封系統(tǒng)。 丙烯壓縮廠房一般布置兩層，上層布置丙烯壓縮機(jī)、干氣密封盤、射汽抽汽裝置、汽封閥組等設(shè)備，下層布置稀油站、凝汽器、冷凝液泵、汽封冷卻器等設(shè)備。 入口緩沖罐、級間的分離與冷卻設(shè)備可布置在廠房外毗鄰的地面或框架上。 廠房二樓面的高度一般與壓縮機(jī)的基礎(chǔ)高度一致，需要根據(jù)冷凝器外形尺寸及冷凝液泵的NPSH 值來確定，而且要滿足冷凝器的安裝就位要求。二樓以上樓面的高度取決于最大需要維修件的起吊高度，應(yīng)滿足壓縮機(jī)吊裝和檢修的要求。壓縮機(jī)廠家確定后，應(yīng)及時要求廠家提供初版的布置，布置中應(yīng)包括壓縮機(jī)主要部件的初步尺寸和相對位置關(guān)系，得到材料后，確定壓縮機(jī)廠房的布置。

6 換熱器管道設(shè)計

換熱器的管道布置應(yīng)方便操作，并且不影響設(shè)備的檢修操作，同時管道布置不應(yīng)影響設(shè)備的抽芯。 換熱器的基礎(chǔ)標(biāo)高設(shè)計時應(yīng)滿足下部的放凈以及排液管線到樓面以及地面的凈距大于150mm。 換熱器的管道，應(yīng)避免高點和低點，如有高點，應(yīng)在高點設(shè)置放空。 如有低點，則需設(shè)置放凈。 換熱設(shè)備配管區(qū)域管道應(yīng)該做到避免交叉繞行。 換熱器的測量儀器應(yīng)設(shè)置在易觀測和易檢修的地方。 在寒冷地區(qū)，換熱器的循環(huán)水管道的上水管線與回水管線應(yīng)設(shè)置防凍線和排液閥。

7 軟管站

軟管站一般包括工藝空氣、 水和蒸汽等介質(zhì)。 排列順序為氮氣、空氣、水和蒸汽（面向軟管站方向）。 每個軟管站的服務(wù)半徑為15m。

8 裝置內(nèi)管架

在每一個支吊點的支吊架結(jié)構(gòu)型式選擇前，應(yīng)仔細(xì)研究管道布置周圍的建筑結(jié)構(gòu)以及鄰近的管道和設(shè)備。 支吊架必須支承在可靠的構(gòu)筑物上，且不應(yīng)影響設(shè)備檢修以及其他管道的安裝和擴(kuò)建。 在水平管道方向改變處，兩支吊架之間的管子展開長度不應(yīng)超過水平直管支吊架間距的3/4，其中一個支吊架盡量靠近彎管或彎頭的起彎點。 當(dāng)支吊架承載結(jié)構(gòu)的承載能力受到限制時，可采用較小的支吊架間距。 要設(shè)計適合的管道支架以避免過大的荷載和熱應(yīng)力作用在設(shè)備管口上。 與管道直接接觸的支吊架零部件，其材料應(yīng)按管道設(shè)計溫度選用。 與管道直接焊接的零部件，其材料還應(yīng)與管道材料相同。

對于以后可能要拆卸的管道，管架的設(shè)置要符合要求。 與泵口連接管線的管架設(shè)計類型要便于泵和電機(jī)的對中及維修，靠近吸入口的支架應(yīng)是可調(diào)支架。 壓力泄放閥出口管線的管架設(shè)置要經(jīng)過管機(jī)專業(yè)人員確認(rèn)。 非金屬管道的支架選用除了符合《管架標(biāo)準(zhǔn)圖》HG/T21629-1999，還應(yīng)符合非金屬管道制造廠家的支架要求。 振動管道支架應(yīng)采用管夾式支架， 其上不得支撐其他管道。應(yīng)設(shè)獨立基礎(chǔ)， 盡量避免生根在廠房的梁柱上，不可避免時，應(yīng)與結(jié)構(gòu)專業(yè)商定。 保冷管道，應(yīng)選用管夾支吊架，管夾與管道之間可選用高密度的硬質(zhì)聚氨酯為隔冷塊。

9 總結(jié)

1）氨肟化裝置、己內(nèi)酰胺精制裝置內(nèi)設(shè)備布置按功能分別布置，儲罐布置在裝置外圍，反應(yīng)器中心對齊，離心泵進(jìn)口對齊，精餾塔在鋼框架內(nèi)中心對齊，這樣為了好進(jìn)行管道設(shè)計。

2)按照HGT20519-2009 化工工藝設(shè)計施工圖內(nèi)容和深度統(tǒng)一規(guī)定，在氨肟化裝置、己內(nèi)酰胺精制裝置內(nèi)，泵之間按凈距為0.8m 考慮比較合理可行，這樣同時考慮了泵體的機(jī)封水所占空間以及檢修空間。

3）在氨肟化裝置內(nèi)，泵進(jìn)出管線的管架采用T 型架加可調(diào)支架的組合方式。 閥組采用一側(cè)在彎頭處固定，另一側(cè)采用滑動架，這樣可以降低管道產(chǎn)生的應(yīng)力。

4）附塔管線設(shè)計做到管道盡量短，步步低，避免出現(xiàn)袋型以免發(fā)生積液。 并且附塔管線應(yīng)具有一定的柔性，充分考慮附塔氣相管道無應(yīng)力的設(shè)計要求。

5）在己內(nèi)酰胺精制裝置內(nèi)，塔平臺的設(shè)置綜合考慮了人孔的位置、調(diào)節(jié)閥組檢修、自控儀表的安裝方便等因素， 使平臺的設(shè)計更趨合理，檢修更方便。

6）在氨肟化裝置內(nèi)，壓縮機(jī)廠房采用敞開、半敞開式建筑形式， 使其裝置滿足防火防爆要求，保證壓縮機(jī)的安全運行。

7） 按照化工工藝設(shè)計施工圖內(nèi)容和深度統(tǒng)一規(guī)定，換熱器的管道，應(yīng)避免高點和低點，如有高點，應(yīng)在高點設(shè)置放空。 如有低點，則需設(shè)置放凈。 應(yīng)考慮在冬季生產(chǎn)中，換熱器的冷卻水管道設(shè)置防凍線和排液閥。